Contribuţii la studiul comportării tribologice a compozitelor cu poliamidă şi microsfere de sticlă

Abstract

Stadiul actual în domeniul tribologiei polimerilor, a permis analiza critică a problemelor privind comportarea compozitelor cu matrice de poliamidă, pe baza căreia au fost elaborate probele şi programul de testare. 2. Metodologia experimentală aplicată prezintă idei originale privind studiul interdisciplinar al proceselor tribologice (teste cu monitorizare şi control în intervale înguste ale parametrilor de testare, metode nedistructive de analiză); din literatura de specialitate nu au fost evidenţiate studii care să abordeze complex (fizic, chimic, termic) procesele tribologice pentru compozitele polimerice. 3. Familia de compozite are ca matrice poliamida, cu adaos de microsfere de sticlă cu dispersie largă a dimensiunilor. Aceste materiale au dovedit proprietăţi tribologice remarcabile, mai ales pe concentraţii medii ale microsferelor de sticlă, 10…30%, pentru care literatura de specialitate consultată nu oferă încă date, marea majoritate a studiilor existente oprindu-se în jurul concentraţiei de 10% material de adaos. 4. Valorile parametrilor de testare au fost: • regimuri de lucru caracterizate de v=0,5…1…3 m/s şi p=1…3 MPa; • regimuri relativ severe la v = 0,5 m/s, p = 2…3 MPa. Pentru fiecare din aceste regimuri s-au identificat procesele tribologice din stratul superficial al compozitului, acestea fiind specifice, uneori nemaiîntâlnite la alte compozite polimerice. A fost estimată influenţa regimului de lucru asupra coeficientului de frecare şi uzurii şi s-a constatat că: • pentru majoritatea testelor s-au putut identifica etapele Czichos înregistrându-se valori relative acceptabile, pentru concentraţii de 20…30% microsfere de sticlă; pentru concentraţii mari, coeficientul de frecare creşte variind într-un interval destul de larg de 0,6…0,8; • analizând variaţia uzurii în funcţie de concentraţie şi regimul de testare, s-au constatat valori de cel puţin patru ori mai mici pentru p=1 MPa, comparativ cu poliamida; pentru aceeaşi presiune, influenţa vitezei de alunecare a fost mai evidentă la concentraţii de până la 10% microsfere; în cazul acestor concentraţii, valorile uzurii se grupează într-un interval foarte mic; pentru p=2 şi 3 MPa, s-au obţinut rezultate foarte bune în privinţa uzurii la compozitele având concentraţii in intervalul 20%...50% microsfere de sticlă; pentru compozitele cu concentraţii mici, 2,5…10% microsfere de sticlă, uzura a fost mică, de acelaşi ordin de mărime, pentru v=0,5 şi v=1 m/s; la v=1,5 m/s, uzura acestor compozite a fost relativ mai mare; la v=1,5 m/s şi p=2 MPa, uzura este comparabilă cu cea a polimerului, lucru explicabil pe baza unei dispersii neuniforme a sferelor la concentraţii mici; compozitele polimerice cu concentraţii mici sunt puternic dependente de tehnologia de obţinere şi de gradul de dispersie. 5. Monitorizarea termografică a contactului pe durata fiecărui test şi compararea temperaturilor la marginea contactului ştift-disc a confirmat ipoteza că la viteze şi solicitări mai mari polimerul se înmoaie şi determină o frecare vâscoasă şi scăderea coeficientului de frecare şi a uzurii; deşi înmuiat, polimerul nu este eliminat din contact ca urmare a acumulării de microsfere în stratul superficial ce menţin polimerul între ele. 6. În urma investigării stratului superficial, forma ranfortului este foarte eficientă din punct de vedere al rezistenţei mecanice în contact pentru că nu s-au identificat microsfere sparte, fisurate sfărâmate etc., spre deosebire de compozitele cu fibre unde fibrele sunt rupte, sfărâmate, devenind factori ai uzurii abrazive.7. Studiul parametrilor 3D pe suprafeţele uzate a permis determinarea influenţei regimului de alunecare asupra calităţii suprafeţelor uzate după încheierea testelor, studii ce sunt necesare pentru posibile aplicaţii ale materialelor, având în vedere că elementele de maşini au funcţionare intermitentă, aceste suprafeţe uzate devenind suprafeţe iniţiale pentru următoarele cicluri de funcţionare ale contactului. 8. Pe baza valorilor medii ale parametrilor de amplitudine studiaţi, s-a constatat că se păstrează o calitate relativ bună a suprafeţelor pentru concentraţiile 10…30% microsfere pentru v=0,5…1 m/s (Sa şi Sq fiind similare ca valori unei rectificări fine); pentru concentraţii mici şi pentru 50% microsfere de sticlă, valorile parametrilor cresc dar fără a se identifica o relaţie distinctă cu regimul de lucru, mai ales pentru 2,5 şi 5 % microsfere de sticlă. 9. În urma testelor experimentale a rezultat că familia de compozite polimerice cu matrice din poliamidă şi adaos de microsfere de sticlă poate avea aplicabilitate în domeniul etanşărilor şi a lagărelor de alunecare.