Importancia de la evaluación de la fricción a bajas velocidades

La fricción es la fuerza que resiste el movimiento relativo de las superficies sólidas que se deslizan una contra otra. Cuando se produce el movimiento relativo de estas dos superficies en contacto, la fricción en la interfaz convierte la energía cinética en calor. Este proceso también puede provocar el desgaste del material y, por tanto, la degradación del rendimiento de las piezas en uso.
Con una gran relación de estiramiento, alta resiliencia, así como grandes propiedades de impermeabilidad y resistencia al desgaste, el caucho se aplica ampliamente en una variedad de aplicaciones y productos en los que la fricción desempeña un papel importante, como los neumáticos de los automóviles, las escobillas del limpiaparabrisas. las suelas de los zapatos y muchos otros. Dependiendo de la naturaleza y los requisitos de estas aplicaciones, se desea una fricción alta o baja contra diferentes materiales. En consecuencia, resulta fundamental una medición controlada y fiable de la fricción del caucho contra diversas superficies.

Objetivo de medición

El coeficiente de fricción (COF) del caucho contra diferentes materiales se mide de forma controlada y monitorizada mediante el Nanovea Tribómetro. En este estudio, nos gustaría mostrar la capacidad del Nanovea Tribometer para medir el COF de diferentes materiales a velocidades extremadamente bajas.

Resultados y discusión

El coeficiente de fricción (COF) de las bolas de caucho (6 mm de diámetro, RubberMill) sobre tres materiales (acero inoxidable SS 316, Cu 110 y acrílico opcional) se evaluó mediante el tribómetro Nanovea. Las muestras metálicas probadas se pulieron mecánicamente hasta conseguir un acabado superficial similar al de un espejo antes de la medición. La ligera deformación de la bola de goma bajo la carga normal aplicada creó un área de contacto, que también ayuda a reducir el impacto de las asperezas o la falta de homogeneidad del acabado de la superficie de la muestra en las mediciones del COF. Los parámetros de la prueba se resumen en la Tabla 1.

El COF de una pelota de goma contra diferentes materiales a cuatro velocidades distintas se muestra en la Figura 2, y en la figura 3 se resumen y comparan los COF medios calculados automáticamente por el software. Resulta interesante que las muestras metálicas (SS 316 y Cu 110) muestran un aumento significativo de los COF a medida que la velocidad de rotación aumenta desde un valor muy bajo de 0,01 rpm hasta 5 rpm -el valor del COF de la pareja caucho/SS 316 aumenta de 0,29 a 0,8, y de 0,65 a 1,1 para la pareja caucho/Cu 110. Este hallazgo coincide con los resultados comunicados por varios laboratorios. Como propone Grosch⁴ La fricción del caucho viene determinada principalmente por dos mecanismos: (1) la adhesión entre el caucho y el otro material, y (2) las pérdidas de energía debidas a la deformación del caucho causada por las asperezas de la superficie. Schallamach⁵ observaron ondas de desprendimiento del caucho del contramaterial a través de la interfaz entre las esferas de caucho blando y una superficie dura. La fuerza que ejerce el caucho para desprenderse de la superficie del sustrato y la velocidad de las ondas de desprendimiento pueden explicar la diferente fricción a diferentes velocidades durante la prueba.

En comparación, la pareja de material de caucho/acrílico presenta un alto COF a diferentes velocidades de rotación. El valor del COF aumenta ligeramente de ~ 1,02 a ~ 1,09 a medida que la velocidad de rotación aumenta de 0,01 rpm a 5 rpm. Este elevado COF se atribuye posiblemente a una mayor unión química local en la cara de contacto formada durante las pruebas.

 

 

Conclusión:

En este estudio, mostramos que a velocidades extremadamente bajas, el caucho muestra un comportamiento de fricción peculiar: su fricción contra una superficie dura aumenta con el incremento de la velocidad del movimiento relativo. El caucho muestra una fricción diferente cuando se desliza sobre diferentes materiales. El Tribómetro Nanovea puede evaluar las propiedades de fricción de los materiales de forma controlada y monitorizada a diferentes velocidades, lo que permite a los usuarios mejorar la comprensión fundamental del mecanismo de fricción de los materiales y seleccionar la mejor pareja de materiales para las aplicaciones de ingeniería tribológica previstas.

El tribómetro Nanovea ofrece pruebas de desgaste y fricción precisas y repetibles mediante modos rotativos y lineales conformes a las normas ISO y ASTM, con módulos opcionales de desgaste a alta temperatura, lubricación y tribo-corrosión disponibles en un sistema preintegrado. Es capaz de controlar la etapa rotativa a velocidades extremadamente bajas, de hasta 0,01 rpm, y supervisar la evolución de la fricción in situ. La gama inigualable de Nanovea es una solución ideal para determinar toda la gama de propiedades tribológicas de revestimientos, películas y sustratos finos o gruesos, blandos o duros.