Introducción

Los polímeros se han utilizado ampliamente en una gran variedad de aplicaciones y se han convertido en una parte indispensable de la vida cotidiana. Los polímeros naturales, como el ámbar, la seda y el caucho natural, han desempeñado un papel esencial en la historia de la humanidad. El proceso de fabricación de los polímeros sintéticos puede optimizarse para conseguir propiedades físicas únicas, como resistencia, viscoelasticidad, autolubricación y muchas otras.

Importancia del desgaste y la fricción de los polímeros

Los polímeros se utilizan habitualmente en aplicaciones tribológicas, como neumáticos, rodamientos y cintas transportadoras.
Se producen diferentes mecanismos de desgaste en función de las propiedades mecánicas del polímero, las condiciones de contacto y las propiedades de los residuos o la película de transferencia que se forma durante el proceso de desgaste. Para garantizar que los polímeros posean una resistencia al desgaste suficiente en las condiciones de servicio, es necesaria una evaluación tribológica fiable y cuantificable. La evaluación tribológica nos permite comparar cuantitativamente los comportamientos de desgaste de diferentes polímeros de forma controlada y supervisada para seleccionar el material candidato para la aplicación deseada.

El tribómetro Nanovea ofrece pruebas repetibles de desgaste y fricción utilizando modos rotativos y lineales que cumplen con las normas ISO y ASTM, con módulos opcionales de desgaste a alta temperatura y lubricación disponibles en un sistema preintegrado. Esta gama inigualable permite a los usuarios simular los diferentes entornos de trabajo de los polímeros, incluyendo tensión concentrada, desgaste y alta temperatura, etc.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En este estudio, demostramos que Nanovea Tribómetro es una herramienta ideal para comparar la fricción y la resistencia al desgaste de diferentes polímeros de una manera bien controlada y cuantitativa.

PROCEDIMIENTO DE PRUEBA

El coeficiente de fricción (COF) y la resistencia al desgaste de diferentes polímeros comunes se evaluaron mediante el tribómetro Nanovea. Se utilizó una bola de Al2O3 como material de contacto (pasador, muestra estática). Las marcas de desgaste en los polímeros (muestras dinámicas giratorias) se midieron utilizando un perfilómetro 3D sin contacto y un microscopio óptico una vez concluidas las pruebas. Cabe señalar que, como opción, se puede utilizar un sensor endoscópico sin contacto para medir la profundidad a la que el pasador penetra en la muestra dinámica durante una prueba de desgaste. Los parámetros de la prueba se resumen en la tabla 1. La tasa de desgaste, K, se evaluó utilizando la fórmula K=Vl(Fxs), donde V es el volumen desgastado, F es la carga normal y s es la distancia de deslizamiento.

Tenga en cuenta que en este estudio se utilizaron bolas de Al2O3 como material de contraste. Se puede sustituir por cualquier material sólido para simular con mayor precisión el rendimiento de dos muestras en condiciones de aplicación reales.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

La tasa de desgaste es un factor vital para determinar la vida útil de los materiales, mientras que la fricción desempeña un papel fundamental durante las aplicaciones tribológicas. La figura 2 compara la evolución del COF de diferentes polímeros frente a la bola de Al2O3 durante las pruebas de desgaste. El COF sirve como indicador de cuándo se producen fallos y el proceso de desgaste entra en una nueva etapa. Entre los polímeros probados, el HDPE mantiene el COF constante más bajo, de ~0,15, a lo largo de toda la prueba de desgaste. El COF suave implica que se forma un contacto tribológico estable.

Las figuras 3 y 4 comparan las huellas de desgaste de las muestras de polímero después de medir la prueba con el microscopio óptico. El perfilómetro 3D sin contacto in situ determina con precisión el volumen de desgaste de las muestras de polímero, lo que permite calcular con exactitud las tasas de desgaste de 0,0029, 0,0020 y 0,0032 m3/N m, respectivamente. En comparación, la muestra de CPVC muestra la tasa de desgaste más alta, de 0,1121 m3/N m. En la huella de desgaste del CPVC se observan profundas marcas de desgaste paralelas.

CONCLUSIÓN

La resistencia al desgaste de los polímeros desempeña un papel fundamental en su rendimiento. En este estudio, demostramos que el tribómetro Nanovea evalúa el coeficiente de fricción y la tasa de desgaste de diferentes polímeros en un
de manera bien controlada y cuantitativa. El HDPE presenta el COF más bajo, ~0,15, entre los polímeros probados. Las muestras de HDPE, nailon 66 y polipropileno poseen bajos índices de desgaste de 0,0029, 0,0020 y 0,0032 m3/N m, respectivamente. La combinación de baja fricción y gran resistencia al desgaste hace que el HDPE sea un buen candidato para aplicaciones tribológicas de polímeros.

El perfilómetro 3D sin contacto in situ permite medir con precisión el volumen de desgaste y ofrece una herramienta para analizar la morfología detallada de las huellas de desgaste, lo que proporciona una mayor comprensión de los mecanismos fundamentales del desgaste.