Wstęp

Polimery mają szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach i stały się nieodzowną częścią życia codziennego. Polimery naturalne, takie jak bursztyn, jedwab i kauczuk naturalny, odegrały istotną rolę w historii ludzkości. Proces wytwarzania polimerów syntetycznych może być zoptymalizowany w celu uzyskania unikalnych właściwości fizycznych, takich jak wytrzymałość, lepkosprężystość, samosmarowność i wiele innych.

Znaczenie zużycia i tarcia polimerów

Polimery są powszechnie stosowane w aplikacjach trybologicznych, takich jak opony, łożyska i taśmy transportowe.
W zależności od właściwości mechanicznych polimeru, warunków kontaktu oraz właściwości pozostałości lub filmu transferowego powstałego w procesie zużycia, występują różne mechanizmy zużycia. Aby zapewnić, że polimery posiadają wystarczającą odporność na zużycie w warunkach eksploatacji, konieczna jest wiarygodna i wymierna ocena tribologiczna. Ocena tribologiczna pozwala nam na ilościowe porównanie zachowania się różnych polimerów pod względem zużycia w sposób kontrolowany i monitorowany, aby wybrać materiał kandydujący do docelowego zastosowania.

Tribometr Nanovea oferuje powtarzalne badania zużycia i tarcia z wykorzystaniem trybów obrotowych i liniowych zgodnych z normami ISO i ASTM, z opcjonalnymi modułami zużycia w wysokiej temperaturze i smarowania dostępnymi w jednym wstępnie zintegrowanym systemie. Ten niezrównany zakres pozwala użytkownikom symulować różne środowiska pracy polimerów, w tym skoncentrowane naprężenia, zużycie i wysoką temperaturę, itp.

CEL POMIARU

W tym badaniu wykazaliśmy, że Nanovea Tribometr jest idealnym narzędziem do porównywania odporności na tarcie i zużycie różnych polimerów w dobrze kontrolowany i ilościowy sposób.

PROCEDURA TESTOWA

Za pomocą Tribometru Nanovea oceniono współczynnik tarcia (COF) i odporność na zużycie różnych popularnych polimerów. Jako materiał licznika (szpilka, próbka statyczna) zastosowano kulkę Al2O3. Ślady zużycia polimerów (dynamicznie obracające się próbki) mierzono za pomocą a bezkontaktowy profilometr 3D i mikroskop optyczny po zakończeniu badań. Należy zauważyć, że opcjonalnie można zastosować bezdotykowy czujnik endoskopowy do pomiaru głębokości, na jaką pin wnika w próbkę dynamiczną podczas testu zużycia. Parametry badania podsumowano w tabeli 1. Szybkość zużycia K oszacowano za pomocą wzoru K=Vl(Fxs), gdzie V to objętość zużycia, F to normalne obciążenie, a s to droga poślizgu.

Należy pamiętać, że w tym badaniu jako materiał przeciwny zastosowano kulki Al2O3. Każdy materiał stały może być zastąpiony w celu dokładniejszej symulacji działania dwóch próbek w rzeczywistych warunkach zastosowania.

WYNIKI I DYSKUSJA

Szybkość zużycia jest istotnym czynnikiem określającym czas użytkowania materiałów, natomiast tarcie odgrywa krytyczną rolę podczas zastosowań tribologicznych. Na rysunku 2 porównano ewolucję współczynnika COF dla różnych polimerów względem kulki Al2O3 podczas testów zużycia. COF działa jako wskaźnik, kiedy dochodzi do awarii i proces zużycia wchodzi w nowy etap. Spośród badanych polimerów, HDPE utrzymuje najniższy stały COF wynoszący ~0,15 podczas całego testu zużycia. Gładki COF sugeruje, że tworzy się stabilny tribo-kontakt.

Rysunek 3 i rysunek 4 porównują ślady zużycia próbek polimerowych po badaniu mierzonym przez mikroskop optyczny. Bezkontaktowy profilometr 3D In-situ dokładnie określa objętość zużycia próbek polimerowych, umożliwiając dokładne obliczenie wskaźników zużycia odpowiednio 0,0029, 0,0020 i 0,0032m3/N m. Dla porównania, próbka CPVC wykazuje najwyższy współczynnik zużycia 0,1121m3/N m. Głębokie równoległe blizny zużycia są obecne w śladach zużycia CPVC.

PODSUMOWANIE

Odporność polimerów na zużycie odgrywa istotną rolę w ich wydajności użytkowej. W tej pracy pokazaliśmy, że Tribometr Nanovea ocenia współczynnik tarcia i szybkość zużywania się różnych polimerów w sposób następujący
w sposób dobrze kontrolowany i ilościowy. HDPE wykazuje najniższy współczynnik COF wynoszący ~0,15 wśród badanych polimerów. Próbki HDPE, Nylonu 66 i Polipropylenu charakteryzują się niskimi wskaźnikami zużycia wynoszącymi odpowiednio 0.0029, 0.0020 i 0.0032 m3/N m. Połączenie niskiego tarcia i dużej odporności na zużycie czyni HDPE dobrym kandydatem do zastosowań tribologicznych polimerów.

Bezkontaktowy profilometr 3D In-situ umożliwia precyzyjny pomiar objętości zużycia i oferuje narzędzie do analizy szczegółowej morfologii śladów zużycia, zapewniając większy wgląd w podstawowe zrozumienie mechanizmów zużycia.