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Categoria: Tribologia Líquida

 

Desempenho da Lixa Abrasão Usando um Tribômetro

DESEMPENHO DA LIXA NA ABRASÃO

USANDO UM TRIBÔMETRO

teste de abrasão com lixa

Preparado por

DUANJIE LI, PhD

INTRODUÇÃO

A lixa consiste em partículas abrasivas coladas a uma face de um papel ou pano. Vários materiais abrasivos podem ser usados para as partículas, tais como granada, carboneto de silício, óxido de alumínio e diamante. A lixa é amplamente aplicada em diversos setores industriais para criar acabamentos de superfície específicos em madeira, metal e drywall. Muitas vezes, elas trabalham sob contato de alta pressão aplicada manualmente ou com ferramentas elétricas.

IMPORTÂNCIA DA AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DA LIXA DE LIXA POR ABRASÃO

A eficácia da lixa é muitas vezes determinada por seu desempenho em termos de abrasão sob diferentes condições. O tamanho do grão, ou seja, o tamanho das partículas abrasivas incrustadas na lixa, determina a taxa de desgaste e o tamanho dos arranhões do material a ser lixado. As lixas de maior granulometria têm partículas menores, resultando em menores velocidades de lixamento e acabamentos superficiais mais finos. Lixas com o mesmo número de grãos, mas feitas de materiais diferentes, podem ter comportamentos não semelhantes sob condições secas ou úmidas. São necessárias avaliações tribológicas confiáveis para garantir que a lixa fabricada possua o comportamento abrasivo desejado. Estas avaliações permitem aos usuários comparar quantitativamente os comportamentos de desgaste de diferentes tipos de lixas de forma controlada e monitorada, a fim de selecionar o melhor candidato para a aplicação desejada.

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

Neste estudo, apresentamos a capacidade do Tribômetro Pneumático de Alta Carga NANOVEA T2000 de avaliar quantitativamente o desempenho de abrasão de várias amostras de lixa em condições secas e úmidas.

NANOVEA T2000 Alta Carga
Tribômetro pneumático

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Tribômetro pneumático de alta carga NANOVEA T2000

PROCEDIMENTOS DE TESTE

O coeficiente de atrito (COF) e o desempenho à abrasão de dois tipos de lixas foram avaliados pelo Tribômetro NANOVEA T100. Uma bola de aço inoxidável 440 foi usada como contra-material. As cicatrizes de desgaste da esfera foram examinadas após cada teste de desgaste utilizando o NANOVEA Perfilador óptico 3D sem contato para garantir medições precisas de perda de volume.

Observe que uma bola de aço inoxidável 440 foi escolhida como material do contador para criar um estudo comparativo, mas qualquer material sólido poderia ser substituído para simular uma condição de aplicação diferente.

parâmetros de teste de abrasão com lixa
teste de tribologia com lixa

RESULTADOS DOS TESTES E DISCUSSÃO

A FIGURA 1 mostra uma comparação COF da lixa 1 e 2 em condições ambientais secas e úmidas. A lixa 1, em condições secas, mostra um COF de 0,4 no início do teste que diminui progressivamente e se estabiliza a 0,3. Em condições úmidas, esta amostra apresenta um COF médio mais baixo de 0,27. Em contraste, o COF da amostra 2 mostra um COF seco de 0,27 e um COF úmido de ~ 0,37. 

Observe que a oscilação nos dados de todos os gráficos de COF foi causada pelas vibrações geradas pelo movimento de deslizamento da bola contra as superfícies ásperas da lixa.

coeficiente de abrasão da lixa

FIGURA 1: Evolução do COF durante os testes de desgaste.

O FIGURA 2 resume os resultados da análise das cicatrizes de desgaste. As cicatrizes de desgaste foram medidas usando um microscópio ótico e um NANOVEA 3D Non-Contact Optical Profiler. FIGURA 3 e FIGURA 4 comparam as cicatrizes de desgaste das bolas SS440 desgastadas após os testes de desgaste em Lixa 1 e 2 (condições úmidas e secas). Como mostrado no FIGURA 4, o NANOVEA Optical Profiler captura com precisão a topografia da superfície das quatro bolas e suas respectivas faixas de desgaste que foram então processadas com o software NANOVEA Mountains Advanced Analysis para calcular a perda de volume e a taxa de desgaste. No microscópio e na imagem do perfil da bola, pode-se observar que a bola utilizada para o teste de lixa 1 (seca) exibia uma cicatriz de desgaste achatada maior em comparação com as outras, com uma perda de volume de 0,313 mm3. Em contraste, a perda de volume da Lixa 1 (molhada) foi de 0,131 mm3. Para Lixa 2 (seca) a perda de volume foi de 0,163 mm3 e para Lixa 2 (úmida) a perda de volume aumentou para 0,237 mm3.

Além disso, é interessante observar que o COF desempenhou um papel importante no desempenho de abrasão das lixas. A lixa 1 exibiu COF mais alto na condição seca, levando a uma maior taxa de abrasão para a esfera SS440 utilizada no teste. Em comparação, o maior COF da lixa 2 na condição úmida resultou em uma maior taxa de abrasão. Os rastros de desgaste das lixas após as medidas são exibidos na FIGURA 5.

Ambas as lixas 1 e 2 afirmam funcionar em ambientes secos e úmidos. No entanto, eles exibiram desempenho de abrasão significativamente diferente em condições secas e úmidas. NANOVEA tribômetros fornecem recursos de avaliação de desgaste bem controlados, quantificáveis e confiáveis que garantem avaliações de desgaste reproduzíveis. Além disso, a capacidade de medição in situ do COF permite aos usuários correlacionar diferentes estágios de um processo de desgaste com a evolução do COF, o que é fundamental para melhorar a compreensão fundamental do mecanismo de desgaste e das características tribológicas da lixa.

teste de tribologia por abrasão com lixa

FIGURA 2: Usar o volume da cicatriz das bolas e o COF médio sob diferentes condições.

teste de abrasão com lixa - seco
teste de abrasão com lixa - seco
teste de abrasão com lixa - úmido
teste de abrasão com lixa - úmido

FIGURA 3: Usar as cicatrizes das bolas após os testes.

abrasão com lixa - perfilometria
abrasão com lixa - perfil da superfície
teste de abrasão com lixa - perfil da superfície 3D
teste de abrasão com lixa - digitalização 3D da superfície

FIGURA 4: Morfologia 3D das cicatrizes de desgaste nas bolas.

resultados do teste de abrasão com lixa
resultados dos testes de abrasão com lixa
resultados do teste de tribologia por abrasão com lixa
resultados dos testes de abrasão com lixa

FIGURA 5: Desgaste de faixas nas lixas sob diferentes condições.

CONCLUSÃO

O desempenho em abrasão de dois tipos de lixas com o mesmo número de grãos foi avaliado sob condições secas e úmidas neste estudo. As condições de serviço da lixa têm um papel fundamental na eficácia do desempenho do trabalho. A lixa 1 teve um comportamento de abrasão significativamente melhor sob condições secas, enquanto a lixa 2 teve um melhor desempenho sob condições úmidas. O atrito durante o processo de lixamento é um fator importante a ser considerado ao avaliar o desempenho em termos de abrasão. O NANOVEA Optical Profiler mede com precisão a morfologia 3D de qualquer superfície, como cicatrizes de desgaste em uma bola, garantindo uma avaliação confiável do desempenho de abrasão da lixa neste estudo. O Tribômetro NANOVEA mede o coeficiente de atrito in situ durante um teste de desgaste, fornecendo uma visão sobre as diferentes etapas de um processo de desgaste. Ele também oferece testes de desgaste e atrito repetíveis usando os modos rotativo e linear compatíveis com ISO e ASTM, com módulos opcionais de desgaste e lubrificação a alta temperatura disponíveis em um sistema pré-integrado. Esta gama inigualável permite aos usuários simular diferentes ambientes severos de trabalho dos rolamentos de esferas, incluindo alta tensão, desgaste e alta temperatura, etc. Também fornece uma ferramenta ideal para avaliar quantitativamente os comportamentos tribológicos de materiais superiores resistentes ao desgaste sob cargas elevadas.

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Teste de Desgaste do Pistão

TESTE DE DESGASTE DO PISTÃOUSANDO O TRIBÔMETRO NANOVEA

Teste de desgaste do pistão utilizando o tribômetro NANOVEA em condições lubrificadas.

Preparado por

LIU FRANCA

O que é o teste de desgaste do pistão?

O teste de desgaste do pistão avalia o atrito, a lubrificação e a durabilidade do material entre as saias do pistão e os revestimentos do cilindro em condições controladas de laboratório. Utilizando um tribômetro, os engenheiros podem replicar o movimento recíproco real e medir com precisão o coeficiente de atrito, a taxa de desgaste e a topografia da superfície 3D. Esses resultados fornecem informações importantes sobre o comportamento tribológico de revestimentos, lubrificantes e ligas usados em pistões de motores, ajudando a otimizar o desempenho, a eficiência de combustível e a confiabilidade a longo prazo.

Esquema mostrando a interface de lubrificação da saia do pistão e do revestimento do cilindro durante o teste de desgaste.

 Esquema do sistema de cilindros de potência e das interfaces saia-saia-cilindro-lubrificante-cilíndrico do pistão.

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Por que o teste de desgaste do pistão é importante no desenvolvimento de motores

O óleo de motor é um lubrificante bem projetado para sua aplicação. Além do óleo básico, são adicionados aditivos como detergentes, dispersantes, melhorador de viscosidade (VI), agentes anti-desgaste/antifricção e inibidores de corrosão para melhorar seu desempenho. Estes aditivos afetam a forma como o óleo se comporta sob diferentes condições operacionais. O comportamento do óleo afeta as interfaces P-L-C e determina se está ocorrendo desgaste significativo do contato metal-metal ou se está ocorrendo lubrificação hidrodinâmica (muito pouco desgaste).

É difícil entender as interfaces P-L-C sem isolar a área das variáveis externas. É mais prático simular o evento com condições que sejam representativas de sua aplicação na vida real. O NANOVEA O Tribômetro é ideal para isso. Equipado com vários sensores de força, sensor de profundidade, um módulo de lubrificação gota a gota e um estágio de reciprocidade linear, o NANOVEA T2000 é capaz de imitar fielmente os eventos que ocorrem dentro de um bloco de motor e obter dados valiosos para compreender melhor as interfaces PLC.

Configuração do módulo de teste de desgaste e atrito do pistão do tribômetro nanovea

Módulo Líquido no Tribômetro NANOVEA T2000

O módulo drop-by-drop é crucial para este estudo. Como os pistões podem se mover a uma velocidade muito rápida (acima de 3000 rpm), é difícil criar uma fina película de lubrificante submergindo a amostra. Para resolver este problema, o módulo gota a gota é capaz de aplicar uma quantidade constante de lubrificante na superfície da saia do pistão.

A aplicação de lubrificante fresco também elimina a preocupação com contaminantes de desgaste desalojados que influenciam as propriedades do lubrificante.

Como os tribômetros simulam
Desgaste real do pistão-camisa

As interfaces entre a saia do pistão, o lubrificante e o revestimento do cilindro serão estudadas neste relatório. As interfaces serão replicadas através da realização de um movimento recíproco linear. teste de desgaste com módulo lubrificante gota a gota.

O lubrificante será aplicado à temperatura ambiente e em condições de aquecimento para comparar as condições de partida a frio e de operação ideal. O COF e a taxa de desgaste serão observados para entender melhor como as interfaces se comportam nas aplicações da vida real.

NANOVEA T2000
Tribômetro de alta carga

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Tribômetro pneumático de alta carga NANOVEA T2000

Parâmetros e configuração do teste de desgaste do pistão

CARREGAR ………………………. 100 N

DURAÇÃO DO TESTE ………………………. 30 min

SPEED ………………………. 2000 rpm

AMPLITUDE ………………………. 10 mm

DISTÂNCIA TOTAL ………………………. 1200 m

REVESTIMENTO DA PELE ………………………. Moli-grafite

PIN MATERIAL ………………………. Liga de Alumínio 5052

PIN DIAMETER ………………………. 10 mm

LUBRICANTE ………………………. Óleo de motor (10W-30)

APPROX. TAXA DE FLUXO ………………………. 60 mL/min

TEMPERATURA ………………………. Temperatura ambiente & 90°C

Relevância no mundo real de
Teste de Desgaste do Pistão

Os testes de desgaste de pistões com tribômetro fornecem informações essenciais sobre como as escolhas de materiais e as estratégias de lubrificação afetam a confiabilidade real do motor. Em vez de depender de testes caros com motores completos, os laboratórios podem avaliar revestimentos, óleos e superfícies de ligas sob condições realistas de carga mecânica e temperatura. A NANOVEA Perfilometria 3D e os módulos de tribologia permitem o mapeamento preciso da profundidade do desgaste e da estabilidade do atrito, ajudando as equipes de P&D a otimizar o desempenho e reduzir os ciclos de desenvolvimento.

Resultados e análise do teste de desgaste do pistão

Comparação das marcas de desgaste do pistão a partir do teste de desgaste lubrificado com tribômetro

Nesta experiência, utilizou-se A5052 como material de contraposição. Embora os blocos de motor sejam normalmente fabricados em alumínio fundido, como o A356, o A5052 tem propriedades mecânicas semelhantes às do A356 para este teste simulado [1].

Nas condições de teste, observou-se um desgaste significativo na saia do pistão à temperatura ambiente em comparação com 90 °C. Os arranhões profundos observados nas amostras sugerem que o contato entre o material estático e a saia do pistão ocorre frequentemente ao longo do teste. A alta viscosidade à temperatura ambiente pode estar impedindo que o óleo preencha completamente as lacunas nas interfaces e criando contato metal-metal. Em temperaturas mais altas, o óleo se torna mais fino e é capaz de fluir entre o pino e o pistão. Como resultado, observa-se um desgaste significativamente menor em temperaturas mais altas. A FIGURA 5 mostra que um lado da marca de desgaste se desgastou significativamente menos do que o outro lado. Isso provavelmente se deve à localização da saída de óleo. A espessura da película lubrificante era maior em um lado do que no outro, causando um desgaste desigual.

[1] “Alumínio 5052 vs Alumínio 356.0.” MakeItFrom.com, makeitfrom.com/compare/5052-O-Aluminum/A356.0-SG70B-A13560-Cast-Aluminum

O COF dos testes de tribologia linear recíproca pode ser dividido em alta e baixa aprovação. O passe alto refere-se à amostra que se move na direção da frente, ou positiva, e o passe baixo refere-se à amostra que se move na direção inversa, ou negativa. A média de COF para o óleo RT foi observada como sendo inferior a 0,1 para ambas as direções. O COF médio entre os passes foi de 0,072 e 0,080. O COF médio do óleo de 90°C foi encontrado como diferente entre os passes. Os valores médios de COF de 0,167 e 0,09 foram observados. A diferença no COF dá uma prova adicional de que o óleo só foi capaz de molhar adequadamente um dos lados do pino. O COF alto foi obtido quando uma película espessa foi formada entre o pino e a saia do pistão devido à ocorrência de lubrificação hidrodinâmica. O COF mais baixo é observado na outra direção quando a lubrificação mista está ocorrendo. Para mais informações sobre lubrificação hidrodinâmica e lubrificação mista, por favor, visite nossa nota de aplicação em Curvas de Stribeck.
resultados do coeficiente de atrito e taxa de desgaste do teste de desgaste do pistão lubrificado

Tabela 1: Resultados do teste de desgaste lubrificado em pistões.

gráficos do coeficiente de atrito para o teste de desgaste do pistão à temperatura ambiente, mostrando perfis brutos de alta e baixa passagem

FIGURA 1: Gráficos COF para o teste de desgaste do óleo à temperatura ambiente A perfil cru B alto passe C baixo passe.

gráficos do coeficiente de atrito para o teste de desgaste do pistão a 90 graus Celsius, mostrando perfis brutos de alta e baixa passagem

FIGURA 2: Gráficos COF para teste de óleo de desgaste a 90°C A perfil cru B alto passe C baixo passe.

Imagem de microscópio óptico da marca de desgaste do pistão proveniente do teste de desgaste do óleo do motor à temperatura ambiente.

FIGURA 3: Imagem ótica da cicatriz de desgaste do teste de desgaste do óleo do motor RT.

Superfície do pistão mostrando marca de desgaste localizada destacada para análise tribológica
Análise do volume e profundidade da marca de desgaste do pistão a partir do teste tribométrico

FIGURA 4: Volume de uma análise de cicatriz de desgaste de um furo do teste de desgaste de óleo de motor RT.

Digitalização da perfilometria da superfície 3D da marca de desgaste do pistão, mostrando a profundidade e a rugosidade do desgaste

FIGURA 5: Exame de profilometria da cicatriz de desgaste do teste de desgaste do óleo do motor RT.

Imagem de microscópio óptico da marca de desgaste do pistão após teste de desgaste do óleo do motor a 90 graus

FIGURA 6: Imagem ótica da cicatriz de desgaste de 90°C teste de desgaste do óleo do motor

Saia do pistão mostrando a zona de desgaste analisada durante o teste de desgaste do pistão no tribômetro
Medição do volume e da profundidade do desgaste do pistão a partir de um teste de tribometria com óleo de motor a 90 graus.

FIGURA 7: Volume de uma análise de cicatriz de desgaste de um furo de 90°C de teste de desgaste de óleo de motor.

Digitalização da perfilometria da superfície 3D da marca de desgaste do pistão a partir de um teste de desgaste do óleo do motor a 90 graus, mostrando a profundidade e a textura do desgaste.

FIGURA 8: Varredura da cicatriz de desgaste de 90°C do teste de desgaste do óleo do motor.

Conclusão: Avaliação do desgaste do motor com tribômetros NANOVEA

Um teste de desgaste linear lubrificado foi realizado em um pistão para simular eventos que ocorrem em um motor operacional real. As interfaces entre a saia do pistão, o lubrificante e o revestimento do cilindro são cruciais para o funcionamento de um motor. A espessura do lubrificante na interface é responsável pela perda de energia devido ao atrito ou desgaste entre a saia do pistão e o revestimento do cilindro. Para otimizar o motor, a espessura da película deve ser a mais fina possível, sem permitir que a saia do pistão e o revestimento do cilindro se toquem. O desafio, no entanto, é como as mudanças de temperatura, velocidade e força afetarão as interfaces P-L-C.

Com sua ampla faixa de carga (até 2000 N) e velocidade (até 15000 rpm), o tribômetro NANOVEA T2000 é capaz de simular diferentes condições possíveis em um motor. Estudos futuros possíveis sobre este tema incluem como as interfaces P-L-C se comportarão sob diferentes cargas constantes, cargas osciladas, temperatura do lubrificante, velocidade e método de aplicação do lubrificante. Esses parâmetros podem ser facilmente ajustados com o tribômetro NANOVEA T2000 para proporcionar uma compreensão completa dos mecanismos das interfaces entre a saia do pistão, o lubrificante e o revestimento do cilindro.

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Medição contínua da curva de Stribeck usando o Tribômetro Pin-on-Disk

Introdução:

Quando a lubrificação é aplicada para reduzir o desgaste/fricção das superfícies em movimento, o contato de lubrificação na interface pode mudar de vários regimes, tais como Limite, Lubrificação Mista e Hidrodinâmica. A espessura do filme fluido desempenha um papel importante neste processo, principalmente determinado pela viscosidade do fluido, a carga aplicada na interface e a velocidade relativa entre as duas superfícies. Como os regimes de lubrificação reagem ao atrito é mostrado no que é chamado de curva de Stribeck [1-4].

Neste estudo demonstramos pela primeira vez a capacidade de medir uma curva de Stribeck contínua. Usando o Nanovea Tribômetro controle avançado de velocidade sem etapas, de 15.000 a 0,01 rpm, em 10 minutos o software fornece diretamente uma curva de Stribeck completa. A configuração inicial simples exige apenas que os usuários selecionem o modo de rampa exponencial e insiram as velocidades inicial e final, em vez de ter que realizar vários testes ou programar um procedimento passo a passo em velocidades diferentes, exigindo a junção de dados para as medições convencionais da curva de Stribeck. Este avanço fornece dados precisos durante toda a avaliação do regime de lubrificantes e reduz substancialmente o tempo e o custo. O teste mostra um grande potencial para ser utilizado em diferentes aplicações de engenharia industrial.

 

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Comparação da gota de lubrificação utilizando o Nanovea T50 Tribometer

Importância das Soluções de Teste de Queda de Olhos

Soluções de gota ocular são utilizadas para aliviar os sintomas causados por uma série de problemas oculares. Por exemplo, elas podem ser usadas para tratar irritações oculares menores (por exemplo, ressecamento e vermelhidão), retardar o início do glaucoma ou tratar infecções. As soluções para gotas oculares vendidas sem receita médica são usadas principalmente para tratar a secura. Sua eficácia na lubrificação do olho pode ser comparada e medida com um teste de coeficiente de atrito.
 
Olhos secos podem ser causados por uma ampla gama de fatores, por exemplo, a tensão ocular do computador ou estar ao ar livre em condições climáticas extremas. Boas gotas lubrificantes para os olhos ajudam a manter e complementar a umidade na superfície externa dos olhos. Isto funciona para aliviar o desconforto, ardor ou irritação e vermelhidão associados aos olhos secos. Medindo o coeficiente de atrito (COF) de uma solução de colírio, sua eficiência lubrificante e como ela se compara a outras soluções podem ser determinadas.

Objetivo da medição

Neste estudo, o coeficiente de atrito (COF) de três soluções diferentes de gota de lubrificante foi medido usando o ajuste pino-a-disco no Nanovea T50 Tribometer.

Procedimento e procedimentos de teste

Um pino esférico de 6 mm de diâmetro feito de alumina foi aplicado a uma lâmina de vidro com cada solução de gota de olho atuando como o lubrificante entre as duas superfícies. Os parâmetros de teste utilizados para todos os experimentos estão resumidos na Tabela 1 abaixo.

Resultados e Discussão

Os valores máximo, mínimo e médio do coeficiente de atrito para as três diferentes soluções de gota ocular testadas estão tabulados na Tabela 2 abaixo. Os gráficos do COF v. Revoluções para cada solução de gota ocular estão representados nas Figuras 2-4. O COF durante cada teste permaneceu relativamente constante durante a maior parte da duração total do teste. A amostra A tinha a menor média de COF indicando que tinha as melhores propriedades de lubrificação.

 

Conclusão

Neste estudo, mostramos a capacidade do Nanovea T50 Tribometer em medir o coeficiente de atrito de soluções com três gotas oftálmicas. Com base nestes valores, mostramos que a amostra A tinha um coeficiente de atrito menor e, portanto, apresenta melhor lubrificação em comparação com as outras duas amostras.

Nanovea Tribômetros oferece testes de desgaste e fricção precisos e repetíveis usando módulos rotativos e lineares em conformidade com ISO e ASTM. Ele também fornece módulos opcionais de desgaste, lubrificação e tribocorrosão em alta temperatura, disponíveis em um sistema pré-integrado. Essa versatilidade permite aos usuários simular melhor o ambiente real de aplicação e melhorar a compreensão fundamental do mecanismo de desgaste e das características tribológicas de vários materiais.

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Desempenho de rigidez da escova usando o Tribômetro

As escovas estão entre as ferramentas mais básicas e amplamente utilizadas no mundo. Elas podem ser usadas para remover material (escova de dentes, escova arqueológica, escova de triturador de bancada), aplicar material (pincel, pincel de maquiagem, pincel de dourar), pentear filamentos, ou adicionar um padrão. Como resultado das forças mecânicas e abrasivas sobre eles, as escovas têm que ser constantemente substituídas após uso moderado. Por exemplo, as cabeças das escovas de dentes devem ser substituídas a cada três ou quatro meses por causa do desgaste em conseqüência do uso repetido. Tornar os filamentos de fibra da escova de dente muito rígidos corre o risco de desgastar o dente real em vez da placa bacteriana macia. Tornar as fibras da escova de dente muito macias faz com que a escova perca sua forma mais rapidamente. Entender a curva de mudança da escova, assim como o desgaste e a mudança geral de forma nos filamentos sob diferentes condições de carga é necessário para projetar escovas que melhor atendam à sua aplicação.

Desempenho de rigidez da escova usando o Tribômetro

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