はじめに

高分子はさまざまな用途に幅広く利用され、日常生活に欠かせないものとなっている。琥珀、絹、天然ゴムなどの天然高分子は、人類の歴史において不可欠な役割を担ってきた。合成高分子の製造プロセスを最適化することで、強靭性、粘弾性、自己潤滑性など、ユニークな物理的特性を実現することができる。

高分子の摩耗と摩擦の重要性

ポリマーは、タイヤ、ベアリング、コンベヤーベルトなどのトライボロジー用途によく使われている。
ポリマーの機械的特性、接触条件、摩耗過程で形成される破片や転写膜の特性によって、さまざまな摩耗メカニズムが発生します。ポリマーが使用条件下で十分な耐摩耗性を有することを確認するためには、信頼性が高く定量的なトライボロジー評価が必要である。トライボロジー評価により、異なるポリマーの摩耗挙動を制御・監視しながら定量的に比較し、目的とする用途に適した材料候補を選択することができます。

ナノベーストライボメータは、ISOとASTMに準拠した回転・直線モードによる再現性の高い摩耗・摩擦試験と、オプションで高温摩耗・潤滑モジュールを1つの統合済みシステムで利用できます。この比類のないラインナップにより、ユーザーは、集中応力、摩耗、高温など、ポリマーのさまざまな作業環境をシミュレートすることができます。

測定目的

この研究では、Nanovea が トライボメータ は、さまざまなポリマーの摩擦抵抗と耐摩耗性を、適切に制御された定量的な方法で比較するための理想的なツールです。

試験方法

さまざまな一般的なポリマーの摩擦係数 (COF) と耐摩耗性は、Nanovea Tribometer によって評価されました。 Al2O3 ボールをカウンター材 (ピン、静止サンプル) として使用しました。ポリマー（動的回転サンプル）の摩耗痕跡は、 非接触3D表面形状計 テスト終了後の光学顕微鏡。オプションとして、非接触内視鏡センサーを使用して、摩耗試験中に動的サンプルにピンが貫通する深さを測定できることに注意してください。試験パラメータを表 1 にまとめます。摩耗率 K は、式 K=Vl(Fxs) を使用して評価しました。ここで、V は摩耗量、F は垂直荷重、s は滑り距離です。

なお，本研究ではAl2O3ボールを対向材として使用した。実際の適用条件下での2つの試料の性能をより詳細にシミュレートするために、任意の固体材料に置き換えることができます。

結果および考察

摩擦はトライボロジー応用において重要な役割を果たす一方、摩耗速度は材料の寿命を決定する重要な要因です。図2はAl2O3ボールに対する各種ポリマーの摩耗試験におけるCOFの推移を比較したものである。COFは、いつ故障が発生し、摩耗が新しい段階に入るかを示す指標として機能します。試験したポリマーのうち、HDPEは摩耗試験中、COFが最も低く、0.15程度に保たれています。COFが滑らかであることは、安定したトライボコンタクトが形成されていることを示唆しています。

図3と図4は、試験後のポリマーサンプルの摩耗軌跡を光学顕微鏡で測定した結果を比較したものです。In-situ非接触三次元形状測定機は、ポリマー試料の摩耗量を正確に測定し、それぞれ0.0029、0.0020、0.0032m3/N mの摩耗量を正確に計算することが可能です。一方、CPVCの摩耗痕には深い平行摩耗痕が認められ、0.1121m3/N mという最も高い摩耗量を示した。

まとめ

高分子の耐摩耗性は、そのサービス性能に重要な役割を果たします。この研究では、ナノベーストライボメータが、様々なポリマーの摩擦係数と摩耗率を、1つの試験片で評価することを紹介しました。
をよく制御し、定量的な方法で行った。HDPEは試験したポリマーの中で最も低いCOFを示し、約0.15であった。HDPE、ナイロン66、ポリプロピレンはそれぞれ0.0029、0.0020、0.0032 m3/N mという低い摩耗率を有しています。低摩擦と優れた耐摩耗性の組み合わせにより、HDPEはポリマートライボロジー用途に適した材料といえます。

In-situ 非接触型3次元形状測定器は、精密な摩耗量測定を可能にし、摩耗痕の詳細な形態を解析するツールを提供することで、摩耗メカニズムの基本的な理解への洞察を深めます