anÁlise tribolÓgica do comportamento de...

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ

DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE MECÂNICA

CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA

Caio Eduardo Nodari

Diego Miranda Rossi

ANÁLISE TRIBOLÓGICA DO COMPORTAMENTO DE COMPÓSITOS

POLIMÉRICOS EM ENSAIO PINO SOBRE DISCO

TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO

(Tcc2 - Nº de Inscrição - 15)

CURITIBA

2017

Caio Eduardo Nodari

Diego Miranda Rossi

ANÁLISE TRIBOLÓGICA DO COMPORTAMENTO DE COMPÓSITOS

POLIMÉRICOS EM ENSAIO PINO SOBRE DISCO

Monografia do Projeto de Pesquisa apresentada à

disciplina de Trabalho de Conclusão de Curso -

Tcc2 do curso de Engenharia Mecânica da

Universidade Tecnológica Federal do Paraná, como

requisito parcial para aprovação na disciplina.

Orientador: Prof. PhD, Tiago Cousseau

CURITIBA

2017

O Termo de Aprovação assinado encontra-se em arquivo da coordenação

TERMO DE APROVAÇÃO Por meio deste termo, aprovamos a monografia do Projeto de Pesquisa " Análise Tribológica do Comportamento de Compósitos Poliméricos em Ensaio Pino sobre Disco ", realizado pelo aluno(s) Caio Eduardo Nodari e Diego Miranda Rossi, como requisito para aprovação na disciplina de Trabalho de Conclusão de Curso 2, do curso de Engenharia Mecânica da Universidade Tecnológica Federal do Paraná.

Prof. PhD. Tiago Cousseau DAMEC, UTFPR Orientador Prof. Dr. Carlos Henrique da Silva DAMEC, UTFPR Avaliador Prof. Dr. Giuseppe Pintaúde DAMEC, UTFPR Avaliador

Curitiba, 8 de dezembro de 2017.

RESUMO

NODARI, Caio Eduardo; ROSSI, Diego Miranda. ANÁLISE TRIBOLÓGICA DO COM-PORTAMENTODE COMPÓSITOS POLIMÉRICOS EM ENSAIO PINO SOBRE DISCO.85 f. Monografia do Projeto de Pesquisa – Departamento Acadêmico de Engenharia Mecâ-nica Engenharia Mecânica, Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Curitiba, 2017.

A crescente utilização dos polímeros como materiais tribológicos nós últimos anos, bus-cando substituir os metais e outros materiais contribuiu para o desenvolvimento de novospolímeros de engenharia. O objetivo deste trabalho é mapear as condições operacionaisde termorrígidos comerciais, identificando as suas características tribológicas através dosresultados experimentais do ensaio de escorregamento puro utilizando equipamento pinosobre disco de aço AISI 304, em um tribômetro. Verificou-se a taxa de desgaste dos po-límeros utilizados analisando a possibilidade de suprir a utilização de lubrificantes emdeterminadas aplicações. Hierarquizou-se os corpos de provas testados em algumas con-dições de operação, comparando o desempenho com suas propriedades físicas, químicase mecânicas. Foram utilizadas amostras de polímeros no formato cilíndrico de cor azulque tem como base o poliéster e a amostra de cor branca que possui como base o poliu-retano, para realizar o estudo e os parâmetros de ensaio foram determinados com basena norma (ASTM) G99. Para verificação da taxa de desgaste as amostras foram pesadasantes e após o ensaio em uma balança de alta precisão, adquirindo assim a massa perdidadas amostras provocada pelo desgaste. Para este estudo primeiramente foram utilizadasquatro condições de cargas diferentes, que para efeito de comparação com o estudo deBoutin e Rocha (2015), foram utilizadas as cargas presentes no estudo do (PTFE) porémcom uma gama maior de ensaios o que possibilitou uma melhor análise da influência dosparâmetros de velocidade e pressão. Para este estudo foi necessário o levantamento dacomposição dos materiais no qual foi utilizada a técnica da Espectroscopia de Infraver-melho (FTIR) o qual resultou em uma amostra de polímero base de poliéster e outra depoliuretano e para presença de outros elementos químicos presentes foi utilizada a técnicaEspectroscopia de Energia Dispersiva (EDS). O compósito a base de poliéster apresentouum desempenho de coeficiente de atrito cinético melhor que o PTFE e o compósito a basede poliuretano que apresenta um comportamento borrachoso e apresentou tendências aformação de ondas de Schallamach o que elevou seu coeficiente de atrito cinético.

Palavras-chave: Polímeros, tribologia, atrito , desgaste.

NODARI, Caio Eduardo; ROSSI, Diego Miranda. 85 f. Monografia do Projeto de Pes-quisa – Departamento Acadêmico de Engenharia Mecânica Engenharia Mecânica, Uni-versidade Tecnológica Federal do Paraná. Curitiba, 2017.

The increasing use of polymers as tribological materials in recent years, seeking to replacemetals and other contributing materials for the development of new engineering polymers.The objective of this work is to map as operational conditions of terminology, identifyingas its tribological characteristics through the experimental results of the trial of slip pureuse equipment pin on steel disk (AISI 304) in a tribometer. It was verified the wear rate ofthe polymers used, analyzing the possibility of supplying the use of lubricants in certainapplications.The tested test bodies were hierarchized under some operating conditions,comparing the performance with their physical, chemical and mechanical properties. Poly-mer samples of the blue cylindrical format based on the polyester and the white samplebased on polyurethane were used to carry out the study and the test parameters weredetermined based on the standard (ASTM G99). To verify the wear rate the samples wereweighed before and after the test on a high precision scale, thus acquiring the lost samplemass caused by wear. For this study, four different loading conditions were used, whichfor comparison purposes with the (BOUTIN F. F E ROCHA, 2015), the loads present inthe (PTFE) (Polytetrafluoroethylene) study were used, but with a larger range of tests,which enabled a better analysis of the influence of the speed and pressure parameters.For this study it was necessary to survey the composition of the materials in which theInfrared Spectroscopy (FTIR) technique was used, which resulted in a sample of polyesterbase polymer and another of polyurethane and for the presence of other chemical elementspresent was used Dispersive Energy Spectroscopy (EDS) technique. The polyester-basedcomposite exhibited a better kinetic friction coefficient performance than PTFE and thepolyurethane-based composite that exhibited a rubbery behavior and presented tenden-cies to Schallamach wave formation, which increased its coefficient of kinetic friction.

Keywords: Polymers, tribology, friction, wear.

LISTA DE SIGLAS

AISI American Iron and Steel Institute – Instituto Americano de Ferro e AçoASTM American Society for Testing and Materials – Sociedade Americana de Testes e

MateriaisPTFE PolitetrafluoretilenoHDPE Polietileno de alta densidadeUHMWPEPolietileno de ultra peso molecularLPDE Polietileno de baixa densidadePMMA PolimetacrilatoFTIR Fourier Transform Infrared SpectroscopyEDS Espectroscopia de Energia DispersivaUTFPR Universidade Tecnológica Federal do ParanáCETR-UMTComprehensive Materials Testing for Mechanical Tribological Properties – Testes

Compressivos de Materiais para Propriedades Tribológicas Mecânicas

Faest - Força de atrito estático

µest - Coeficiente de atrito estático

N - Força normal

Fadin - Força de atrito dinâmica

µdin - Coeficiente de atrito dinâmico

Ra - Média dos valores absolutos da rugosidade

Rq - Desvio médio quadrático da rugosidade

Rt - Máximo valor de amplitude pico-a-vale

Rpm - Média das cinco alturas máximas

Rp - Máxima altura de pico acima da linha média

Sk - Estimativa da média da primeira derivada do contorno da superfície

Wt - Ondulação

Aa - Área de contato aparente

Ar - Área de contato

Syc - Limite de escoamento em compressão

P - Pressão de contato

v - Velocidade de deslizamento

Fn - Força normal

Q - Volume removido por unidade de distância de deslizamento.

K - Coeficiente de desgaste adimensional.

W - Carga

H - Dureza

E- Módulo de elasticidade

LISTA DE FIGURAS

Figura 1.1 – Panorama Evolutivo dos Materiais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15Figura 2.1 – Ligações de um termoplástico e de um termorrígido . . . . . . . . . . 17Figura 2.2 – Curva teórica da área de contato x carga . . . . . . . . . . . . . . . . 19Figura 2.3 – Coeficiente de atrito cinético de polímeros contra aço polido em dife-

rentes ambientes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20Figura 2.4 – Força de atrito F necessária para promover movimento por (a) rolagem

e (b) deslizamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21Figura 2.5 – Força de atrito F necessária para promover movimento por (a) rolagem

e (b) deslizamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22Figura 2.6 – Tabela de afinidade metalúrgica baseada nos diagramas de fase, pro-

posta por Rabinowicz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25Figura 2.7 – Mecanismo de desgaste por abrasão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26Figura 2.8 – Mecanismo de desgaste e transferência de filme para o PTFE . . . . . 27Figura 2.9 – Mecanismo de transferência por fragmentos da maioria dos polímeros . 28Figura 2.10–Componentes de um sistema tribológico . . . . . . . . . . . . . . . . . 28Figura 2.11–Interações de um sistema tribológico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29Figura 2.12–Efeito da energia superficial do contra corpo na formação de filmes de

PTFE a)Contra-corpo com baixa energia superficial. b) Contra-corpocom alta energia superficial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Figura 2.13–Relação entre dureza e taxa de desgaste de vários tipos de materiais(Carta 16 - ASHBY, 1999) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Figura 2.14–Relação entre Módulo de elasticidade e resistência de vários tipos demateriais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

Figura 2.15–Esquema do processo de desgaste, para contato do tipo metal-polímero,em função da rugosidade do contra-corpo a) superfície extremamentelisa b) superfície com nível de rugosidade mais elevado . . . . . . . . . 33

Figura 2.16–Efeito da rugosidade do contra corpo no desgaste do UHMWPE desli-zando contra aço inoxidável para dois níveis de velocidade de desliza-mento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

Figura 2.17–Curvas de temperatura no contato em função do tempo para váriascondições PV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

Figura 2.18–Taxa de desgaste mássico médio por nível para 500m de deslizamento . 36Figura 2.19–Desgaste por fusão em polímeros causados por altas temperaturas de

contato devido ao atrito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37Figura 2.20–Fatores que afetam a temperatura das superfícies . . . . . . . . . . . . 38

Figura 2.21–Variação da taxa de desgaste em função do carregamento normal parapolímeros deslizando contra superfícies lisas de aço . . . . . . . . . . . 39

Figura 2.22–Coeficiente de atrito cinético em função da velocidade de deslizamentopara PTFE deslizando contra AISI 304 polido para pressões de contatode 30 a 35 MPa. Ra = 0, 10a0, 20µ 40

Figura 2.23–Relação entre coeficiente de atrito cinético e umidade relativa paravários polímeros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

Figura 2.24–Desvios geométricos de forma nominal, ondulações e rugosidade . . . . 42Figura 2.25–Diferentes contornos de superfície podem ter os mesmos valores de Ra

ou Rq. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42Figura 2.26–Definições de parâmetros DIN e ISO para rugosidade superficial, on-

dulação e assimetria (Cortesia da Hommel America Inc., New Britain,Ct.) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

Figura 2.27–O contato real entre duas superfícies está somente nas pontas das as-perezas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

Figura 2.28–Desenho esquemático do ensaio pino sobre disco . . . . . . . . . . . . 45Figura 3.1 – Amostra de Poliéster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49Figura 3.2 – Amostra de Poliuretano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50Figura 3.3 – Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV) . . . . . . . . . . . . . . . 51Figura 3.4 – Desenho de fabricação dos discos de AISI 304 . . . . . . . . . . . . . . 53Figura 3.5 – a)Parte frontal do disco b) Parte posterior do disco onde verifica-se a

presença do ressalto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53Figura 3.6 – Tribômetro da Bruker, utilizado nos ensaios pino sobre disco, localizado

no laboratório de polímeros da UTFPR . . . . . . . . . . . . . . . . . 54Figura 3.7 – Porta Amostras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54Figura 3.8 – Termovisor modelo Flir ThermoCam E45 . . . . . . . . . . . . . . . . . 55Figura 3.9 – Termo-Higrômetro modelo MTH-1361 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55Figura 3.10–Pistas que serão utilizadas nos ensaios . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58Figura 4.1 – Área real de contato x Índice de Plasticidade . . . . . . . . . . . . . . 60Figura 4.2 – Mapeamento térmico do poliéster a 64N e 0,84m/s . . . . . . . . . . . 61Figura 4.3 – Coeficiente de atrito médio em função da distância para carga de 18,4N,

poliéster. a) 0,48 m/s b)0,54 m/s c)0,65 m/s d) 0,84 m/s . . . . . . . . 62Figura 4.4 – Coeficiente de atrito médio em função da distância para carga de 32N,

poliéster. a) 0,54 m/s b)0,65 m/s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62Figura 4.5 – Coeficiente de atrito médio em função da distância para velocidade

constante de 0,65 m/s, poliéster. a)18,4 N b) 23,7 N c)2 8N d) 32 N . 63Figura 4.6 – Coeficiente de atrito médio em função da distância para velocidade

constante de 0,84 m/s, poliéster. a)18,4 N b) 32 N c)64 N . . . . . . . 64

Figura 4.7 – Coeficiente de atrito médio em função da distância para carga de 18,4N,poliuretano. a) 0,48 m/s b)0,54 m/s c)0,65 m/s d) 0,84 m/s . . . . . . 65

Figura 4.8 – Coeficiente de atrito médio em função da distância para carga de 32N,poliuretano. a) 0,48 m/s b)0,54 m/s c)0,65 m/s d) 0,84 m/s . . . . . . 65

Figura 4.9 – Coeficiente de atrito médio em função da distância para velocidadeconstante de 0,65 m/s, poliuretano. a)18,4 N b) 23,7 N c) 28N d) 32 N 66

Figura 4.10–Coeficiente de atrito médio em função da distância para velocidadeconstante de 0,84 m/s, poliuretano. a)18,4 N b) 32 N c)64 N . . . . . 67

Figura 4.11–Gráfico comparativo do Coeficiente de atrito médio em função da dis-tância para carga de 18,4 N. a) 0,48 m/s b)0,54 m/s c)0,65 m/s d) 0,84m/s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

Figura 4.12–Gráfico comparativo do Coeficiente de atrito médio em função da dis-tância para carga de 23,7 N e velocidade 0,65 m/s . . . . . . . . . . . . 68

Figura 4.13–Gráfico comparativo do Coeficiente de atrito médio em função da dis-tância para carga de 28 N. a) 0,54 m/s b)0,65 m/s . . . . . . . . . . . 69

Figura 4.14–Gráfico comparativo do Coeficiente de atrito médio em função da dis-tância para carga de 32 N. a) 0,48 m/s b)0,54 m/s c)0,65 m/s d) 0,84m/s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

Figura 4.15–Gráfico comparativo do Coeficiente de atrito médio em função da dis-tância para carga de 64 N e velocidade 0,84 m/s . . . . . . . . . . . . . 70

Figura 4.16–Gráfico comparativo entre PTFE, poliéster e poliuretano . . . . . . . . 71Figura 4.17–Superfície do disco ensaiado para poliéster , obtida pelo MEV . . . . . 73Figura 4.18–Superfície do disco ensaiado para poliuretano , obtida pelo MEV . . . . 74Figura 4.19–Superfície da amostra de poliéster, mostrando o sentido de deslizamento

e a formação de lâminas, obtida pelo MEV . . . . . . . . . . . . . . . . 75Figura 4.20–Superfície da amostra de poliéster, mostrando riscos de abrasão e ma-

terial dentro do sulco, obtida pelo MEV . . . . . . . . . . . . . . . . . 76Figura 4.21–Superfície da amostra de poliuretano, mostrando a formação de filme

sobre os poros, obtida pelo MEV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76Figura 4.22–Superfície da amostra de poliuretano, mostrando a formação de lâminas

sobre os poros, obtida pelo MEV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77Figura 4.23–Análise topográfica para o poliéster. a) Vista superior fora da pista de

rolamento. b) Vista 3D fora da pista de rolamento. c) Vista superiordentro da pista de rolamento. d) Vista 3D dentro da pista de rolamento 78

Figura 4.24–Análise topográfica para o poliuretano. a) Vista superior fora da pistade rolamento. b) Vista 3D fora da pista de rolamento. c) Vista superiordentro da pista de rolamento. d) Vista 3D dentro da pista de rolamento 78

LISTA DE TABELAS

Tabela 2.1 – Características Tribológicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18Tabela 3.1 – Propriedades do Poliéster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49Tabela 3.2 – Propriedades do Poliuretano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49Tabela 3.3 – Análises do poliéster e poliuretano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50Tabela 3.4 – Composição química . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52Tabela 3.5 – Definição dos Ensaios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56Tabela 3.6 – Planejamento dos Ensaios de Boutin e Rocha (2015) . . . . . . . . . . 56Tabela 3.7 – Definição dos Ensaios com carga de 18,4 [N] . . . . . . . . . . . . . . . 57Tabela 3.8 – Definição dos Ensaios com carga de 23,7 [N] . . . . . . . . . . . . . . . 57Tabela 3.9 – Definição dos Ensaios com carga de 28 [N] . . . . . . . . . . . . . . . . 57Tabela 3.10–Definição dos Ensaios com carga de 32 [N] . . . . . . . . . . . . . . . . 57Tabela 4.1 – Índice de Plasticidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59Tabela 4.2 – Variação da temperatura em 64N e 0,84 m/s . . . . . . . . . . . . . . . 61Tabela 4.3 – COF Últimos 200 metros dos Ensaios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70Tabela 4.4 – Taxa de Desgaste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

SUMARIO

1 INTRODUCAO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

1.1 Contexto do Tema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141.2 Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141.3 Justificativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2 FUNDAMENTACAO TEORICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.1 Polímeros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.1.1 Termoplásticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.1.2 Termorígidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172.2 Contato entre metal e polímero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182.2.1 Comportamento Viscoelástico dos Polímeros . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.3 Atrito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212.3.1 Força de Atrito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222.3.1.1 Força de Atrito Estático . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232.3.1.2 Força de Atrito Dinâmico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232.4 Atrito de Polímeros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242.5 Desgaste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242.5.1 Desgaste Abrasivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252.5.2 Desgaste Adesivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262.5.3 Adesão Metal-Polímero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272.6 Tribologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282.6.1 Sistemas Tribológicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282.7 Parâmetros que Influenciam o Sistema Tribológico Metal-Polímero . . . . . 292.7.1 Energia superficial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292.7.2 Dureza do Contracorpo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302.7.3 Rugosidade do Contracorpo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322.7.4 Limite PV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342.7.5 Temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362.7.6 Carga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382.7.7 Velocidade de Deslizamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392.8 Umidade Relativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402.9 Topografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412.9.1 Parâmetros de rugosidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422.10 Tribologia dos Polímeros Compostos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442.10.1 Mistura de Polímeros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442.11 Ensaio pino sobre disco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

2.11.1 Parâmetros Importantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452.12 Revisão Bibliográfica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

3 METODOLOGIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

3.1 Materiais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483.1.1 Corpos de Provas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483.1.2 Características das Amostras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483.1.3 Poliéster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483.1.4 Poliuretano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493.2 Composição das Amostras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 503.2.1 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) . . . . . . . . . . . . . . . . . 503.2.2 Medição da rugosidade superficial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 513.3 Características do Contracorpo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523.3.1 Ensaios Tribológicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533.3.2 Acessórios Utilizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 543.3.2.1 Porta-Amostras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 543.3.2.2 Termovisor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 553.3.2.3 Termo-Higrômetro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 553.3.3 Planejamento dos Ensaios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

4 RESULTADOS E DISCUSSAO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

4.1 Índice de Plasticidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 594.1.1 Temperatura da região de contato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 604.2 Análise do Coeficiente de Atrito Cinético do Poliéster . . . . . . . . . . . . 614.2.1 Influência da Velocidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 614.2.2 Influência Da Carga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 634.3 Análise do Coeficiente de Atrito Cinético do Poliuretano . . . . . . . . . . 644.3.1 Influência da Velocidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 644.3.2 Influência da Carga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 664.4 Análise Comparativa entre Poliéster e Poliuretano . . . . . . . . . . . . . . 674.5 Taxa de Desgaste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 724.6 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) . . . . . . . . . . . . . . . . . 724.6.1 Contra-corpo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 724.6.2 Amostras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 744.7 Rugosidade dos Discos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

5 CONCLUSOES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

6 SUGESTOES PARA TRABALHOS FUTUROS . . . . . . . . . . . 81

7 CONSIDERACOES FINAIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

13

1 INTRODUCAO

Existem apenas três maneiras as quais as peças podem “falhar”: obsolência, que-bra ou desgaste acentuado. A falha por desgaste é um processo gradual e que nenhumcomponente escapa, devendo-se atentar que não há projeto que evite completamente todosos tipos de desgaste, apenas adiá-los (NORTON, 2004).

Falhas por desgaste normalmente envolvem a perda de algum material, e apre-sentam um custo elevado para a economia mundial (NORTON, 2004).

O grau de rugosidade de um componente terá influência tanto no tipo como naintensidade de desgaste a que a peça estará sujeita, porém afetará levemente o coeficientede atrito (NORTON, 2004).

O atrito pode-se definir como a resistência ao movimento de um corpo sobreoutro corpo (STACHOWIAK G.W BATCHELOR, 2005). O desperdício de energia e afalha de componentes estruturais de máquinas, equipamentos e sistemas devido ao atrito,ao desgaste e a ineficiência da lubrificação constituem um problema cuja a demanda écrescente neste século XXI, salientando a importância da Ciência e Engenharia Tribológica(SILVA, 2006).

Ressalta-se que os materiais termoplásticos apresentam um coeficiente de atritobaixo tanto em deslizamento sobre materiais poliméricos tanto quanto deslizando sobreoutros tipos de materiais. São muitas vezes aplicados a seco, deslizando sobre superfíciesrelativamente duras (HUTCHINGS, 1992). Com a possibilidade de trabalhar a seco estesmateriais tornam-se atrativos para o projeto de máquinas que tem especial interesse dereduzir o atrito sem a adição de lubrificantes que encarecem o projeto (VALE J. L SILVA,2015)apud (KHODDAMZADEH A. LIU, 2009) e contaminam o meio ambiente, semcontar os custos adicionais que devem ser previstos para regenerá-los e eliminá-los (VALEJ. L SILVA, 2015) apud (CONTE M. IGARTUA, 2012).

Neste contexto, o estudo de novos polímeros e a sua caracterização tornam-semuito importantes. A Companhia Paranaense de Energia (COPEL) está estudando odesempenho de três polímeros autolubrificantes em ensaios com água. No entanto, tambémhá interesse no estudo destes polímeros a seco para possíveis aplicações em seu parquegerador. Neste trabalho, apenas dois destes materiais foram utilizados, visto que um nãopode trabalhar a seco por recomendação do fabricante. A avaliação destes materiais requero levantamento do seu comportamento quanto ao coeficiente de atrito tanto como a suataxa de desgaste no ensaio pino sobre disco na ausência de qualquer meio lubrificante.Para levantar este comportamento, uma gama de ensaios pino sobre disco foram realizados

Capítulo 1. Introdução 14

afim de obter um ranking destes materiais e ainda compará-los ao PTFE já estudado poroutros pesquisadores como (BOUTIN F. F E ROCHA, 2015). Para avaliar estes polímeros,a base será o estudo realizado por estes autores, utilizando-se as cargas que os mesmosutilizaram para o PTFE, porém com uma maior variedade de velocidades para que oefeito da velocidade e da carga possam ser analisados isoladamente.

1.1 CONTEXTO DO TEMA

O contato (fricção) entre superfícies móveis é a causa do desgaste dos componentesque poderá levar a falha futuramente. Para reduzir os efeitos do atrito sobre o mecanismode desgaste, utilizam-se os lubrificantes que diminuem o coeficiente de atrito e em algumassituações removem o calor. Pode-se dizer que um fluido é um lubrificante quando esteatinge os propósitos citados acima.

Alguns lubrificantes, como os utilizados em mancais de turbinas de usinas hidre-létricas, são altamente prejudiciais ao meio ambiente e a vaporização dos mesmos causadanos ao maquinário (SILVA, 2017).

Sendo assim, o estudo de materiais autolubrificantes, como as amostras de dife-rentes polímeros de engenharia a serem estudadas, que atendem os requisitos tribológicospara operação de um sistema, desperta o interesse não só do setor das usinas hidrelétri-cas, mas bem como a de outros pólos industriais, uma vez que estes polímeros podemdispensar a lubrificação hidrodinâmica.

1.2 OBJETIVOS

O objetivo deste trabalho é mapear as condições operacionais de polímeros deengenharia comerciais no ensaio de deslizamento puro pino sobre disco sem lubrificação,hierarquizá-los visando suprir a necessidade de lubrificação em algumas aplicações, comoem mancais guia, articulações de reguladores de velocidade, bucha de palhetas, pás dedistribuidor e compara-los ao PTFE estudado por Boutin F. F e Rocha (2015).

1.3 JUSTIFICATIVA

A performance tribológica dos materiais tem uma contribuição elevada na con-fiabilidade e eficiência de todas as máquinas. Assim, faz-se necessário o desenvolvimentoe estudo de materiais e soluções mais eficazes e capazes de responder aos desafios atu-ais, sempre em constante evolução. Neste contexto, surgem os materiais poliméricos e oseu crescente e cada vez maior interesse por parte dos investigadores (NEALE, 1995).Os polímeros ganharam ênfase devido a sua baixa densidade, fácil processamento, baixocoeficiente de atrito e desgaste (em alguns casos) e pelo fato de não necessitarem delubrificação. (FEYZULLAHOGLU E SAFFAK, 2008)

Capítulo 1. Introdução 15

Segundo (STACHOWIAK G.W BATCHELOR, 2005) o atrito e o desgaste sãouma das maiores causas de desperdício energético e econômico a nível industrial e por-tanto, devem ser evitados.

Apesar do grande desenvolvimentos ao longo dos últimos anos no setor da enge-nharia de materiais, ainda existem desafios tecnológicos, incluindo o desenvolvimento demateriais ainda mais sofisticados, e considerações sobre o impacto ambiental que devemser discutidos (CALLISTER, 2008). Na figura 1.1 encontra-se o panorama evolutivo dosmateriais assim como sua importância relativa ao longo do tempo, onde pode-se notarque a partir de 1950 a importância dos materiais poliméricos sintéticos aumenta ao longodo tempo.

Figura 1.1 – Panorama Evolutivo dos MateriaisFonte:Adaptado de (CRUZ, 2012)

16

2 FUNDAMENTACAO TEORICA

2.1 POLIMEROS

A utilização de materiais não metálicos aumentou muito nos últimos 50 anos.Dentre os de interesse para substituição dos metais, estão os polímeros, pois possuemuma grande variedade de propriedades, das quais se destacam baixo peso, boas resistênciaselétrica e à corrosão e custo relativamente baixo em comparação aos metais de engenharia. A palavra polímero vem de poli = muitas e de meros = partes, ou seja, macromoléculasformadas a partir de unidades estruturais menores (os monômeros). Os monômeros sãomoléculas de baixa massa molecular os quais, a partir das reações de polimerização, vêma gerar a macromolécula polimérica. As unidades repetitivas, chamadas mero provém daestrutura de monômero. Os polímeros são moléculas orgânicas de cadeias muito longasbaseadas em compostos de carbono, podendo ser naturais ou sintetizadas pelo homemcomo grande parte dos polímeros utilizados em engenharia. (NORTON, 2004)

Os polímeros são divididos em classes de acordo com as características que cadaum apresenta. Para o interesse da pesquisa, têm os termoplásticos e os termofixos:

2.1.1 TERMOPLASTICOS

Termoplásticos se amolecem quando aquecidos (e eventualmente se liquefazem)e se endurecem quando resfriados, processos que são totalmente reversíveis e podem serrepetidos, ou seja, são materias recicláveis. Estes materiais são normalmente fabricadospela aplicação simultânea de calor e pressão(CALLISTER, 2008). Esta reversão é somentefísica, e não química. Porém, para elevados números de ciclos, pode haver dano a estruturado termoplástico. Em sua estrutura, esta classe de polímero conta com ligações covalentes,de cadeias lineares ou eventualmente ramificadas, com ausência de ligações cruzadas.Como só existem interações intramoleculares secundárias entre as cadeias poliméricas, oprocesso é reversível com a temperatura, aquecendo ou resfriando.

Dentro dos termoplásticos, podemos classificar em dois grupos:

•Convencionais: polietileno de baixa densidade, polietileno de alta densidade,polipropileno, poli (cloreto de vinila) e o poliestireno;

•Especiais ou de engenharia: nylons, policarbonatos, poliacetais, poliésteres ter-moplásticos, ABS (graus de engenharia), poli (óxido de fenileno) modificado com polies-tireno, polissulfonas, poli (sulfeto de fenileno) e poli (éter-éter-cetona);

A fabricação normalmente acontece com a aplicação de pressão e calor simulta-

Capítulo 2. Fundamentação Teórica 17

neamente. Analisando macroscopicamente, conforme a temperatura aumenta, as forçasde ligação de Van der Waals são enfraquecidas. Tal fato facilita o movimento relativo dascadeias lineares quando aplicado uma tensão. Quando a temperatura for suficientementealta para que as vibrações moleculares sejam tão fortes a ponto de quebrar as ligaçõesprimárias covalentes, irá ocorrer a degradação irreversível.

2.1.2 TERMORIGIDOS

Polímeros termorígidos se tornam permanentemente duros quando calor é apli-cado e não se amolece no subsequente aquecimento. Durante o tratamento térmico inicial,ligações cruzadas covalentes são formadas entre cadeias moleculares adjacentes, formandouma estrutura de cadeia tridimensional estável; estas ligações ancoram as cadeias entresi para resistir aos movimentos vibracional e rotacional de cadeia a altas temperatu-ras.(CALLISTER, 2008)

Ligações cruzadas criam conexões (como os degraus de uma escada de pintor)entre as moléculas de cadeia longa que se enrolam e se torcem através de um polímero.Essas ligações cruzadas adicionam resistência e rigidez. (NORTON, 2013) Devido a estacaracterística, a energia necessária para o rompimento destas ligações é muito alta.Talfato impede o reaquecimento do material para ser moldado, portanto, não podem serrecicláveis. ’

Para deixar claro a diferença entre os dois, segue abaixo a representação dasligações de cada um:

Figura 2.1 – Ligações de um termoplástico e de um termorrígidoFonte: http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/polimero-termoplastico-

termorrigido.htm


Na tabela 2.1 podemos verificar as características tribológicas de alguns políme-ros:

Tabela 2.1 – Características TribológicasPolímeros Características TribológicasPolitetrafluoretileno (PTFE) Baixo coeficiente de atrito, porém elevada

taxa de desgaste. É normalmente mistu-rados com outros polímeros ou reforçadoatravés de um material compósito. Limi-tado a altas temperaturas de operação.

Nylons Coeficiente de atrito moderado e baixataxa de desgaste. Desgaste acelerado pelaágua. Temperaturas relativamente baixas.

Poliacetato Performance similar a do Nylon.Polietilieno de ultra alto peso molecular(UHMWPE)

Resistência ao desgaste muito alta mesmona presença de água. Coeficiente de atritomoderado. Boa resistência a abrasão. Tem-peraturas relativamente baixas.

Poliimidas Polímeros de alto desempenho adequadopara elevadas tensões de contato e altastemperaturas* de operação.

*Alto limite de temperatura operacional refere-se a temperaturas acima de 150 CºFonte: Adaptado de Stachowiak Batchelor, 2005

No caso do PTFE a alta estabilidade das ligações Carbono-Flúor proporcionamcaracterísticas de resistência química, isolamento elétrico e baixo coeficiente de atrito.

2.2 CONTATO ENTRE METAL E POLIMERO

Existem significativas diferenças nos mecanismos de desgaste e no atrito de mate-riais não metálicos, estas diferenças podem ser exploradas para a produção de novos ma-teriais com melhores performances tribológicas. (STACHOWIAK G.W BATCHELOR,2005)

Devido o índice de plasticidade de um polímero macio ser cerca de um décimo dovalor de um metal o contato entre polímero/metal é predominantemente elástico, excetopara superfícies muito rugosas, isto ocorre pois a razão módulo de elasticidade e durezados polímeros é aproximadamente 10 enquanto para metais esse valor é tipicamente 100(HUTCHINGS, 1992)

Verifica-se que a proporção de contatos de aspereza em que o fluxo de plásticoocorre depende do valor do índice de plasticidade visto na equação 2.1.

ψ = (E/H) ∗ (σ/r)1/2 (2.1)


Onde:

E - Módulo de elasticidade combinado;

H - Dureza do material mais mole do par tribológico;

σ− Desvio padrão da distribuição das alturas das asperezas.

(σ/r)1/2−É aproximadamente igual a média da inclinação das asperezas.

Para calcular o módulo de elasticidade combinado utiliza-se a equação 2.2.

1/E = (1 − v21)/E1 + (1 − v2

2)/E2 (2.2)

Onde:

v1 e v2 - Coeficiente de Poisson dos materiais que formam o par tribológico.

Na figura 2.2 verifica-se uma curva teórica da área de contato versos a cargaaplicada.

Figura 2.2 – Curva teórica da área de contato x cargaFonte: Adaptado Bhushman (2001)

Hutchings (1992) deixa claro a importância da topografia da superfície em contatoassim como a forte dependência do tempo de contato sobre as propriedades mecânicasdos polímeros, já que muitos deles são viscoelásticos.

Durante o deslizamento polímero-metal, o atrito do polímero é influenciado pordois mecanismos, deformação e aderência. A deformação envolve dissipação de energia emum relativamente grande volume em volta da zona de contato. O mecanismo de aderência


também envolve dissipação de energia , mas se origina da quebra de ligações poliméricase consequente ligação do polímero com a superfície oposta (HUTCHINGS, 1992).

Quando uma aspereza rígida, durante o deslizamento, penetra e se arrasta sobrea superfície de um polímero, a energia pode ser dissipada por deformação elástica e/ouplástica. Associada a estes fenômenos surge o aumento da temperatura da zona de contato,de modo que torna-se praticamente impossível dissociar e identificar o contributo daadesão e da deformação para a formação do atrito. Ambos os processos são influenciadospelas características viscoelásticas dos polímeros (SEABRA, 2000).

O coeficiente de atrito (µ) dos polímeros esta na faixa de 0.1 a 0.5, e este é de-finido como a razão entra a força de atrito F e o carregamento normal W,e devido aesse baixo coeficiente de atrito os polímeros são utilizados em aplicações tribológicas semlubrificação geralmente deslizando contra um corpo de prova mais duro (HUTCHINGS,1992). Um exemplo de polímero que mesmo na ausência de lubrificante pode proporcionarum coeficiente de atrito de 0.5 é o Politetrafluoretileno (STACHOWIAK G.W BATCHE-LOR, 2005). Na figura 2.3 é possível verificar o coeficiente de atrito dinâmico de algunspolímeros em ensaios laboratoriais contra aço polido em diferentes ambientes.

Figura 2.3 – Coeficiente de atrito dinâmico de polímeros contra aço polido em diferentesambientes

Fonte: Adaptado Seabra (2000)

Como visto na figura 2.3 o PTFE apresente menor atrito e o Nylon o maior atrito.O Nylon pertence a família das poliamidas possuindo um bom desempenho em aplicaçõesmecânicas, elétricas e químicas. Tem uma alta resistência à tração, elasticidade, tenacidadee à abrasão. Mesmo em altas ou em baixas temperaturas, ele mantém essas propriedadesmecânicas constantes. Por pertencer a família das poliamidas o desgaste é acelerado pelapresença de água pois as ligações C-N sofrem facilmente hidrólise (CANEVAROLO, 2006).

Quanto ao desgaste, segundo Stachowiak G.W Batchelor (2005), o PTFE possuiuma taxa de desgaste elevada enquanto os nylons possuem baixa taxa de desgaste.

2.2.1 COMPORTAMENTO VISCOELASTICO DOS POLIMEROS

As propriedades mecânicas dos polímeros são caracterizadas pelo modo como es-tes materiais respondem as solicitações mecânicas aplicadas, podendo estas ser do tipo


tensão ou deformação. A natureza desta resposta depende da estrutura química, tempe-ratura, tempo e da história (condições) de processamento do polímero. (CANEVAROLO,2006)

A viscoelasticidade é definida como o fenômeno pelo qual o polímero apresentacaracterísticas de um fluido e de um sólido elástico ao mesmo tempo. A fração elásticada deformação aparece devido a variações do ângulo de ligação e a distância de ligaçãoentre os átomos da cadeia polimérica (tanto da principal quanto de grupos laterais). Afração plástica ocorre por causa do atrito entre as cadeias poliméricas. Isso faz com que opolímero demore um tempo finito para responder à solicitação, gerando uma defasagementre a solicitação e a resposta. (CANEVAROLO, 2006)

Dizer que um material tem comportamento viscoelástico significa dizer que algu-mas propriedades como o módulo, resistência, ductilidade e coeficiente de atrito são sen-síveis a taxa de deformação, tempo, histórico de carregamento, temperatura, etc (SILVA,2010)apud (CROWFORD, 1998).

2.3 ATRITO

O atrito é sentido e utilizado pelos humanos desde a antiguidade, o qual pormuitas vezes de maneira inconsciente, como no ato de caminhar. Da mesma forma que oefeito do atrito pode trazer benefícios em algumas aplicações, sente-se o efeito contrárioquando pretende-se arrastar um corpo ou objeto sobre uma determinada superfície.

Abaixo, na figura 2.4 , segue a representação da força necessária para iniciar omovimento:

Figura 2.4 – Força de atrito F necessária para promover movimento por (a) rolagem e (b)deslizamento

(HUTCHINGS, 1992)

Este fenômeno consiste na resistência ao movimento relativo entre dois corpos emcontacto. O atrito tem grande interesse teórico e prático e envolve a física fundamental,uma vez que, é o suporte da maioria dos movimentos, e também porque consome umaparte da energia produzida nos processos dinâmicos. (MYSHKIN N. K PETROKOVETSM. I KOVALEV, 2005)


Segundo Seabra (2000) o atrito depende essencialmente de três fatores:

1. Da combinação de materiais - materiais com menor afinidade metalúrgica ori-ginam menores coeficientes de atrito e desgaste, pois há pouca adesão.

2. Da geometria dos componentes - caso de rugosidade excessiva ou arestas vivasem contatos lubrificados ainda não se sabe qual a rugosidade ideal. A superfície queproporciona menor atrito depende da sua aplicação específica.

3. Das condições operatórias - o atrito é influenciado pelas condições de fun-cionamento do sistema, sendo as mais importantes: a carga aplicada, a velocidade dedeslizamento e o ambiente envolvente.

2.3.1 FORCA DE ATRITO

Segundo Amontons, as duas regras do atrito de deslizamento são:

1 - A força de atrito é proporcional a carga.

2 - A área de contato aparente não afeta o coeficiente de atrito.

A força de atrito se dá no sentido contrário em que ocorre o movimento. Essaforça pode ser estática, se não houver movimento, e dinâmica, quando existe movimento.Na figura 2.5 abaixo está a representação esquemática do fenômeno:

Figura 2.5 – Força de atrito F necessária para promover movimento por (a) rolagem e (b)deslizamentoFonte:http://brasilescola.uol.com.br/fisica/forca-atrito.htm

Há muito que se tenta formular hipóteses sobre a origem do atrito e seus meca-nismos. Existem aqueles que explicam o atrito resultante devido a: tangente do ângulode inclinação das asperezas (Desagulier), da força de atração molecular entre dois sóli-dos (Bowden e Tabor), pela interpenetração das asperezas superficiais e pela onda dedeformação produzida (Leslie).

Alguns estudiosos chegaram a conclusão de que quando duas superfícies se encos-tam, o contato acontece em apenas alguns pontos mais salientes, nas irregularidades. Estapequena área de contato atribui-se o nome de área real, enquanto que a área superficialtotal é a área aparente.


A intensidade da força de atrito é dependente de dois fatores:

• Do grau de rugosidade da superfície, o qual quanto mais polido ou melhor acabadofor (a área de contato real aumenta), menor será a força de atrito se não houveradesão. Tal propriedade é definida como coeficiente de atrito.

• Da força normal, que é dependente do peso do objeto ou de uma carga externa.

2.3.1.1 Forca de Atrito Estatico

Quando pretende-se movimentar determinado objeto sobre uma superfície, é ne-cessário uma aplicação de uma força para que o mesmo entre em movimento. Em umprimeiro momento, aplica-se uma força F, que no entanto, não é suficiente para tirar oobjeto do repouso. É o que denomina-se de atrito estático, ou seja, enquanto aplica-se aforça e o objeto não se movimenta. Porém, se aumenta-se a força gradativamente, chegaráum ponto que o objeto estará na iminência do movimento. Esse ponto é denominado deforça de atrito estático máxima. Existirá movimento somente após o módulo da forçaultrapassar esse limite. A equação que nos fornece tal valor é:

Faest = µest.N (2.3)

Onde:

•Faest - força de atrito estático;

•µest - coeficiente de atrito estático;

•N - força Normal;

2.3.1.2 Forca de Atrito Dinamico

Quando a força aplicada for suficiente para tirar o objeto da inércia, o mesmo es-tará agora sujeito a força de atrito dinâmico, que ocorre no sentido contrário da trajetória.A equação que representa este fenômeno é a seguinte:

Fadin = µdin.N (2.4)

Onde:

•Fadin - força de atrito dinâmica;

•µdin - coeficiente de atrito dinâmico;

•N - força Normal;


Se for comparado uma força com a outra, a força de atrito estático quase sempreserá maior. É mais fácil manter o objeto em movimento do que tirá-lo da inércia.

2.4 ATRITO DE POLIMEROS

Os polímeros utilizados para aplicações tribológicas na engenharia são coloca-dos, comumente, em contato contra materiais mais duros, como os metais. O principalmotivo para o baixo atrito no contato entre polímeros e metais se deve à formação defilme transferido durante o deslizamento, o qual diminui o atrito. (STACHOWIAK G.WBATCHELOR, 2005)

Uma característica importante no atrito entre polímeros, e entre metais e políme-ros, é o predomínio do contato elástico. Isso difere fundamentalmente o atrito no contatoentre metais. Um segundo fator que diferencia o comportamento tribológico dos políme-ros, é que os mesmos são viscoelásticos. O coeficiente de atrito no contato entre polímeros,ou no contrato entre metais e polímeros, varie entre 0,1 e 0,5. Durante o deslizamentometal-polímero, o atrito é influenciado por dois mecanismos, deformação e aderência. Adeformação envolve dissipação de energia em um relativamente grande volume em voltada zona de contato. O mecanismo de aderência também envolve dissipação de energia,se origina da quebra de ligações poliméricas e consequente ligação do polímero com asuperfície oposta. (HUTCHINGS, 1992)

2.5 DESGASTE

Segundo a “American Society for Testing and Materials” (ASTM, 2007), o des-gaste é um dano causado a uma superfície sólida, que geralmente envolve uma perdaprogressiva de material devido ao movimento entre a própria superfície e um ou maiscorpos em contato.

Os polímeros muitas vezes são utilizados sem lubrificação em aplicações tribológi-cas, geralmente deslizando sobre superfícies mais duras. As deformações devido ao contatoou deslizamento acontecem dentro do polímero, e o acabamento do contra-corpo utilizadotem uma grande influência sobre o mecanismo de desgaste resultante. Uma superfície bemacabada poderá resultar na adesão das superfícies e deformará apenas as camadas super-ficiais do polímero, já superfícies ásperas deformaram até uma profundidade significativaresultando na abrasão (HUTCHINGS, 1992).

Os mecanismos de desgaste mais presentes na tribologia podem ser alocados emquatro grandes grupos: adesão, abrasão, fadiga e corrosão (SEABRA, 2000). No caso dospolímeros os mais comuns são a abrasão e a adesão, que pode dar origem à formaçãode uma película de filme quando deslizado contra um contra-corpo mais duro. (STA-CHOWIAK G.W BATCHELOR, 2005).


Na figura 2.6 pode ser vista uma tabela de afinidade metalúrgica proposta porRabinowicz. Esta tabela é baseada na análise de diagramas de fase de várias combina-ções de materiais metálicos onde são indicados para alguns pares de metais o grau desolubilidade. Ao conceito de solubilidade associa-se os materiais tribológicamente incom-patíveis. Para dois materiais que apresentam solubilidade sólida de pelo menos 1 por centoem volume e temperatura ambiente, existe grande possibilidade de formação de uniõese micro-soldaduras quando colados em contato dinâmico. Nesta tabela os pontos maisescuros correspondem a pares de materiais metálicos que dificilmente formam ligações osquais devem ser escolhidos para aplicação tribológica (SEABRA, 2000).

Figura 2.6 – Tabela de afinidade metalúrgica baseada nos diagramas de fase, propostapor Rabinowicz

Fonte: Adaptado Seabra (2000) apud Rabinowicz (1980)

2.5.1 DESGASTE ABRASIVO

O desgaste abrasivo ocorre sempre que um objeto sólido é carregado contra ummaterial de dureza igual ou superior, o que causa a perda de material. A abrasão é rápida esevera e quando não controlada pode resultar em custos significantes. Quando um materialdúctil é desgastado dificilmente ocorre o corte e a superfície desgastada é repetidamentedeformada devido ao relaxamento elástico provido pela viscoelasticidade dos polímerosque oferecem uma maior restrição a penetração e por isso alguns polímeros apresentamum surpreendente grau de resistência a abrasão quando comparado com um metal demesma dureza. A relativa resistência ao desgaste de alguns polímeros pode ser vista nafigura 2.7. (STACHOWIAK G.W BATCHELOR, 2005)


Figura 2.7 – Mecanismo de desgaste por abrasãoFonte: Adaptado Stachowiak G.W Batchelor (2005)

2.5.2 DESGASTE ADESIVO

O desgaste adesivo é caracterizado por altas taxas de desgaste e um coeficientede atrito grande e instável. A maioria dos sólidos irá aderir em contato com outro sóli-dos desde que certas condições sejam satisfeitas. Uma das formas de reduzir o efeito dodesgaste por adesão é com o aumento da rugosidade ou da dureza de contato. Com odesenvolvimento de sistemas de alto vácuo possibilitou o estudo das superfícies livres decontaminantes e detectou um comportamento tribológico completamente diferente do quesubmetido a atmosfera terrestre. Logo que uma superfície é exposta ao ar forma-se umacamada de contaminantes que pode ser constituída pelos seguintes elementos:

-Nos metais forma-se geralmente um filme de óxidos, o qual é coberto por umsegundo filme de gases e hidrocarbonetos.

- Nos plásticos, a superfície pode conter um filme de fluidificantes, desmoldantese água absorvida assim como gases e óleos absorvidos.

Está camada de contaminantes é extremamente fina não sendo observada no mi-croscópio ótico nem mesmo no microscópio eletrônico de varredura, porém estes filmestem fundamental importância nas ligações adesivas entre superfícies em contato. Varia-ções na espessura e nas propriedades desta camada são responsáveis pela variação doscoeficientes de atrito e de desgaste (SEABRA, 2000).

No desgaste adesivo de alguns polímeros há formação de um filme de transfe-rência onde o material é transferido de uma superfície para outra antes de ser liberadocomo partícula de desgaste (STACHOWIAK G.W BATCHELOR, 2005). A formação defilme é caracterizada pelo cisalhamento acompanhado do destacamento de fragmentos depolímeros que se fixam sobre o contracorpo metálico geralmente seguido por uma diminui-ção do atrito pois o contato deixa de ser metal-polímero e passa a ser polímero-polímero(SILVA, 2010).


2.5.3 ADESAO METAL-POLIMERO

Estudos realizados em alto vácuo revelou que os metais e polímeros podem terum elevado grau de aderência, sendo suficientemente forte para provocar a transferênciado polímero para a superfície metálica mesmo quando os materiais são separados.

A força de adesão pode ser relacionada a presença de não metais reativos nopolímero como o flúor. Os átomos da superfície do polímero ligam-se aos da superfíciemetálica independente da inércia do polímero. A força de adesão neste trabalho serárelacionada a composição química dos materiais ensaiados.

A adesão entre um metal e um polímero está baseada na interação química, ondea maioria dos polímeros adere a outros materiais devido as forças de Van Der Waals(??), porém devido as ligações secundárias, mais fracas, presentes nos polímeros os filmesformados são fracamente aderidos ao contra corpo, o que compele instabilidade devido àfácil remoção destes do contato (VALE J. L SILVA, 2015). A transferência de materialpolimérico ocorre de duas formas distintas: filme e normal (STACHOWIAK G.W BAT-CHELOR, 2005).Na transferência de filme o polímero deslizando contra uma superfíciemais dura resultará no desgaste do material através do desprendimento de camadas queserão transferidas para o contra corpo. São poucos os polímeros que apresentam este tipode mecanismo, sendo o caso do PTFE visto na figura 2.8 (STACHOWIAK G.W BAT-CHELOR, 2005). Outros polímeros que apresentam este tipo de mecanismo são o (HDPE)e o (UHMWPE).

Figura 2.8 – Mecanismo de desgaste e transferência de filme para o PTFEFonte: Adaptado de Stachowiak G.W Batchelor (2005)

A grande maioria dos polímeros e dos compósitos poliméricos apresentam ummecanismo de tranferência no qual fragmentos, ou pedaços de material são transferidos,mecanismo comumente chamado de transferência normal. Na figura 2.9 é demonstradoeste mecanismo onde os fragmento de polímero são removidos pelos picos de rugosidadee passam a aderir ao contra corpo (STACHOWIAK G.W BATCHELOR, 2005).


Figura 2.9 – Mecanismo de transferência por fragmentos da maioria dos polímerosFonte: Adaptado de Stachowiak G.W Batchelor (2005)

2.6 TRIBOLOGIA

A tribologia é definida como a ciência multidisciplinar de interação entre super-fícies em movimento relativo que foca o atrito, o desgaste e a lubrificação de corpos queestão sob movimento relativo (STACHOWIAK G.W BATCHELOR, 2005). Todos osmateriais sofrem atrito e desgaste quando em contato dinâmico com outro (SEABRA,2000), por isso a importância do estudo da tribologia.

2.6.1 SISTEMAS TRIBOLOGICOS

O atrito e o desgaste são características únicas dos sistemas tribológicos emque são avaliados e não simplesmente parâmetros dos materiais acessíveis em handbo-oks (BHUSHMAN, 2001).Segundo Horst (1978) um sistema tribológico é composto porquatro elementos: corpo, contra-corpo, interface e ambiente como visto na figura 2.10

Figura 2.10 – Componentes de um sistema tribológicoFonte: (HORST, 1978)

São inúmeros fatores que influenciam o comportamento tribológico dos materiaise são numerosos os seus efeitos (MAGALHAES A. B BAPTISTA, 1983) apud (MAIO,2012). A figura 2.11 representa as interações (entradas e saídas) de um sistema tribológico.


Figura 2.11 – Interações de um sistema tribológicoFonte: (SEABRA, 2000)

2.7 PARAMETROS QUE INFLUENCIAM O SISTEMA TRIBOLOGICO METAL-

POLIMERO

2.7.1 ENERGIA SUPERFICIAL

Segundo (CALLISTER, 2008) energia superficial é a energia referente ao contornoda superfície externa dos materiais. A maioria dos polímeros apresenta baixa energia su-perficial decorrente da sua estrutura formada por longas cadeias de carbono, onde cadaátomo está ligado através de ligações covalentes ao número máximo de vizinhos. Estasmacromoléculas são unidas entre si por ligações secundárias, e mais fracas, para formaros polímeros, sendo assim os átomos da superfície polimérica, fazem parte destas macro-moléculas, e apresentam um estado energético mais baixo devido possuírem a máximaquantidade de ligações interatômicas o que resulta em uma energia superficial reduzida.

A baixa energia superficial destes materiais dificulta a adesão destes materiaiscom outras superfícies, prejudicando a formação e a estabilidade dos filmes transferidos,porém reduzindo desgaste e atrito adesivo (VALE J. L SILVA, 2015).

No caso do PTFE tem-se observado que a energia superficial do contra corpoafeta o desgaste e a formação de filmes de PTFE (STACHOWIAK G.W BATCHELOR,2005). Uma energia relativamente baixa como as de metais nobres e semi nobres comoo cobre tende a gerar filmes de transferência mais finos do que metais quimicamenteativos, tal como o zinco. Devido a espessura de filme mais fina produzida por metaismenos reativos esta película não cobre uniformemente a superfície, deixando lacunas de


metal esposto. Com metais mais ativos uma película de filme mais espessa de PTFE éformada, tendo partículas desprendidas maiores (STACHOWIAK G.W BATCHELOR,2005). Estes mecanismos de transferência estão mostrados na figura 2.12.

Figura 2.12 – Efeito da energia superficial do contra corpo na formação de filmes dePTFE a)Contra-corpo com baixa energia superficial b) Contra-corpo comalta energia superficial

Fonte: Adaptado de Stachowiak G.W Batchelor (2005)

2.7.2 DUREZA DO CONTRACORPO

Geralmente a dureza do contracorpo será muito maior que a do polímero, de-vendo ser dura suficiente para que a abrasão por contaminantes não raspe o polímero(STACHOWIAK G.W BATCHELOR, 2005). Quando se pretende eliminar ou evitar odesgaste de uma superfície deve-se aumentar a sua dureza. O aumento da dureza dimi-nuirá a deformação plástica das suas irregularidades quando em contato dinâmico comoutra superfície, diminuindo assim a área real de contato suscetível a criação de ligaçõesadesivas.

A figura 2.13 trata-se de uma carta dentre um conjunto de dezessete diagramasou cartas de seleção e classificação encontradas em Ashby (1999). Está é a carta 16 quetrata do desgaste e dureza dos materiais estruturais utilizados nos casos em que duassuperfícies em contato, sob carga, movimentam-se entre si.


Figura 2.13 – Relação entre dureza e taxa de desgaste de vários tipos de materiais (Carta16 - ASHBY, 1999)

Fonte: Adaptado de Silva (2006) apud Ashby (1999)

Cabe ao engenheiro estudar a estrutura, as propriedades, as aplicações, o pro-cessamento e o desempenho de materiais novos ou já existentes e cabe a ele selecionaros materiais mais indicados para um projeto. Os materiais se subdividem em 5 classes:materiais metálicos, cerâmicos, poliméricos, compósitos e naturais. (CRUZ, 2012). Parafacilitar o processo de seleção outras cartas também podem ser utilizadas para seleção demateriais além da carta presente na figura 2.13 como a carta vista na figura 2.14 onde aseleção é feita a partir da relação do módulo de elasticidade, E, e a resistência.


Figura 2.14 – Relação entre Módulo de elasticidade e resistência de vários tipos de mate-riais

Fonte: Adaptado de Cruz (2012) apud Ashby (1999)

2.7.3 RUGOSIDADE DO CONTRACORPO

A rugosidade do contracorpo tem um efeito mais complexo no desgaste do polí-mero pelo fato que a rugosidade inicial é modificada, seja pela transferência de polímeropreenchendo as irregularidades ou pela carga introduzida no polímero que "lima"e amaciaa superfície (SEABRA, 2000). Já se pensou que a rugosidade deveria ser a menor possívelcom o objetivo de minimizar o desgaste abrasivo, porém uma pesquisa mais detalhadademonstrou que para certos polímeros existem uma rugosidade ótima. Esta rugosidadeótima esta relacionada que a presença de asperezas pode deixar de causar o desgasteabrasivo após ser coberto por fragmentos de polímeros que ficam presos por riscos ou ra-nhuras do contracorpo como mostra a figura 2.15 (STACHOWIAK G.W BATCHELOR,2005).Hoje não se conhece a rugosidade ideal das amostras que serão utilizadas podendoser uma excelente oportunidade de um estudo futuro.


Figura 2.15 – Esquema do processo de desgaste, para contato do tipo metal-polímero, emfunção da rugosidade do contra-corpo a) superfície extremamente lisa b)superfície com nível de rugosidade mais elevadoFonte: Adaptado de Stachowiak G.W Batchelor (2005)

Porém a adesão entre polímero e contracorpo nem sempre é eficaz, o que faz comque os detritos de polímeros fiquem soltos e se comportem como um filme de transferênciaque reduzirá o atrito e o desgaste. No caso de superfícies extremamente rugosas o des-gaste será acelerado podendo ser modelado em termos da abrasão (STACHOWIAK G.WBATCHELOR, 2005).


Figura 2.16 – Efeito da rugosidade do contra corpo no desgaste do UHMWPE deslizandocontra aço inoxidável para dois níveis de velocidade de deslizamentoFonte: Adaptado de Stachowiak G.W Batchelor (2005)

A figura 2.16 mostra o comportamento do desgaste do (UHMWPE) deslizandosobre um contracorpo de aço inoxidável com a variação da rugosidade e da velocidade.Nesta figura é possível perceber que parece haver uma rugosidade ótima em velocidadesmoderadas entre 1 a 5 m/s, já em velocidades altas a taxa de desgaste não possui maisdependência da rugosidade do contracorpo, isso se dá devido aos diferentes mecanismo dedesgaste(STACHOWIAK G.W BATCHELOR, 2005).

Segundo Franklin e Kraker (2003) um aumento da rugosidade [Ra] acarreta umaumento na taxa de desgaste de muitos polímeros de engenharia, porém a magnitude doefeito é diferente de polímero para polímero.

O estudo com os polímeros não esta voltado a analisar os efeitos da rugosidade esim o de outros parâmetros, como a carga, a velocidade de deslizamento bem como suaspropriedades mecânicas e composição química.

2.7.4 LIMITE PV

Os polímeros possuem baixa condutividade térmica e portanto tendem a concen-trar a energia térmica produzida durante o deslizamento mais do que a conseguem dissipar.No caso dos termoplásticos, uma velocidade excessiva de deslizamento pode produzir ca-lor suficiente para plastificar a superfície, enquanto os termofixos podem-se degradar e


quebrar com elevadas temperaturas. Outra característica importante dos termoplásticosé o seu elevado coeficiente de expansão térmica, pelo que o aquecimento produzido peloatrito pode causar distorções dimensionais e alterações nas folgas de projeto (SEABRA,2000)

Devido as características citadas acima, um dos critérios essenciais na aplicaçãode polímeros é a produção de calor pelo atrito, onde o critério mais utilizado é o fator PV(SEABRA, 2000).

O fator PV é um conceito empírico, que define as condições em que o desgasterápido ou o superaquecimento de qualquer polímero irá ocorrer.Este fator é o produtoda pressão nominal de contato [Pa] e da velocidade de deslizamento [m/s] sendo suaunidade [Pam/s]. O conceito deste fator é relacionado com o atrito por fricção, e signi-fica que quando excedido o polímero começa a degradar rapidamente ou superaquecer(STACHOWIAK G.W BATCHELOR, 2005). Para determinada condição de velocidadee carregamento normal imposta a um par tribológico, a temperatura deve aumentar como tempo, até atingir um limite, no qual se estabiliza. Contudo, se o valor de PV exceder ovalor crítico, a temperatura sofrerá um aumento brusco que levará a fusão ou degradaçãodo material como visto na figura 2.17. Porém muitas vezes o produto PV não permiteentender os mecanismos devido aos efeitos de pressão e velocidade serem distintos paracada material (YAMAGUCHI, 1990), como mostrado na tabela da figura 2.18 onde paraPV’s idênticos os resultados foram diferentes.


Figura 2.17 – Curvas de temperatura no contato em função do tempo para várias condi-ções PV

Fonte: Adaptado Yamaguchi (1990)

Figura 2.18 – Taxa de desgaste mássico médio por nível para 500m de deslizamentoFonte: Adaptado de Boutin F. F e Rocha (2015)

Na figura 2.18o nível 1 refere-se aos ensaios de carga 18,4 N e velocidade de 0,84m/s, o nível 2 aos ensaios com carga de 23,7 N e velocidade de 0,65 m/s, o nível 3 aosensaios com carga de 28 N e velocidade 0,54 m/s e os de nível 4 aos ensaios com carga de32 N e velocidade 0,48 m/s.

2.7.5 TEMPERATURA

Os polímeros são materiais viscoelásticos muito sensíveis ao aquecimento poratrito e possuem baixo ponto de fusão, que combinados a baixa condutividade térmicaassegura que as temperaturas de contato geradas pelo atrito podem alcançar o pontode fusão dos polímeros, fazendo com que o mesmo derreta. Quando ocorre a fusão dos


polímeros altera-se o coeficiente de atrito e o desgaste. O atrito diminui drasticamente parapossibilitar o deslizamento do polímero e a taxa de desgaste aumentará com o aumentoda temperatura. Esse mecanismo de desgaste pode ser classificado como "desgaste porfusão", o conceito deste mecanismo pode ser visto na figura 2.19 (STACHOWIAK G.WBATCHELOR, 2005).

Figura 2.19 – Desgaste por fusão em polímeros causados por altas temperaturas de con-tato devido ao atritoFonte: Adaptado de Stachowiak G.W Batchelor (2005)

Segundo (MARU, 2003) apud Silva (2010) qualquer aumento na temperatura decontato de polímeros causa mudanças nas propriedades do material e nos processos detransferência de material. A figura 2.20 apresenta os fatores que influenciam na tempera-tura de contato.

Analisando-se a literatura conclui-se que as propriedades dos materiais que podemafetar o comportamento tribológico são: módulo de elasticidade, dureza, ponto de fusão,composição química e densidade.


Figura 2.20 – Fatores que afetam a temperatura das superfíciesFonte: Adaptado de Silva (2010) apud Maru (2003)

Devido a baixa condutividade térmica e o baixo ponto de fusão, os polímerosem contato com outras superfícies, podem alcançar temperaturas capazes de provocar oamolecimento ou mesmo a fusão destes materiais quando em deslizamento. Sendo assimuma fina camada de polímero derretido é transferida para o contracorpo, que geralmentetrata-se de um aço, que não será afetado pelo calor gerado pelo atrito devido ao seuvalor muito maior de ponto de fusão.O aquecimento gerado pela fricção ficará confinadoa camadas superficiais (STACHOWIAK G.W BATCHELOR, 2005)

2.7.6 CARGA

Segundo Seabra (2000), a carga aplicada num sistema tribológico é possivelmenteo fator que mais influencia o seu desgaste, pois conforme aumenta a carga ocorre umaumento na área real de contato pelo aumento da deformação plástica aumentando assima probabilidade de formação de partículas de desgaste.

Segundo a primeira lei do atrito a carga normal é proporcional à força de atrito.Esta lei aplicada a materiais poliméricos tem se mostrado válida apenas para alguns tiposde polímeros testados sob determinadas condições (MYSHKIN N. K PETROKOVETSM. I KOVALEV, 2005). A dependência do coeficiente de atrito da carga é afetada pelaspropriedades do contra corpo de metal, incluindo a afinidade química com o polímero e arugosidade da superfície. Para a maioria dos polímeros de engenharia, o aumento da carganormal promove uma redução no atrito, mas o comportamento real de cada par polímero


contraface deve ser avaliado caso a caso (MAIO, 2012)apud (QUAGLINI V DUBINI,2009).

A magnitude do carregamento normal está associada à mudança na taxa de des-gaste, e ao dano causado ao material, o qual será mais severo quanto maior o valor docarregamento (HUTCHINGS, 1992).

A figura 2.21 mostra o efeito do carregamento na taxa de desgaste de algunsmateriais poliméricos. É possível verificar nesta figura que para o polietileno de baixadensidade (LPDE) e o polimetacrilato (PMMA) um aumento da carga normal , aumentarádrasticamente a taxa de desgaste, que está associado com o amolecimento do materialdevido à temperatura do contato ter alcançado o ponto de fusão dos materiais, e o contatoentrar num regime adiabático que está relacionado a baixa condutibilidade térmica dospolímeros (HUTCHINGS, 1992).

Figura 2.21 – Variação da taxa de desgaste em função do carregamento normal para po-límeros deslizando contra superfícies lisas de aço

Fonte: Adaptado de Hutchings (1992)

2.7.7 VELOCIDADE DE DESLIZAMENTO

Assim como outros fatores a velocidade de deslizamento é altamente dependentedo tipo de material a ser testado, do material da contraface e do sistema tribológicoem estudo (FEYZULLAHOGLU E SAFFAK, 2008). Myshkin N. K Petrokovets M. IKovalev (2005) em seu estudo relata a independência que a velocidade de deslizamentotem sobre a força de atrito quando a temperatura de contato varia insignificantemente,não alterando o comportamento da interface.

Durante a fase de formação de ligações adesivas, o aumento da velocidade não


permitirá a solidificação destas ligações uma vez que promove o rápido afastamento dassuperfícies, assim com velocidades de deslizamentos baixas mais facilmente se processa aadesão e consequentemente aumenta o desgaste.

Porém quando duas superfícies em contato deslizam entre si, quase toda a energiadissipada na fricção aparece sob a forma de calor aumentando a temperatura da interfacequando aumenta-se a velocidade (SEABRA, 2000).

O comportamento do coeficiente de atrito cinético em função da velocidade dedeslizamento é fortemente dependente das condições de superfície que incluem: presençade impurezas ou filmes transferidos e condições de lubrificação (VALE J. L SILVA, 2015)apud (LIU Y SCHAEFER, 2006).

A maioria dos polímeros apresenta comportamento viscoelástico e sendo assima força tangencial, ou a força de atrito entre corpo e contra-corpo torna-se função davelocidade de deslizamento. A figura 2.22 apresenta o comportamento do PTFE em desli-zamento, sem lubrificação e com pressão de contato de 30 a 35MPa, contra aço inoxidávelAISI 304 com acabamento polido (Ra=0,10 a 0,20µm).

Verifica-se o aumento do coeficiente de atrito cinético com o aumento da veloci-dade de deslizamento (VALE J. L SILVA, 2015)apud (QUAGLINI V DUBINI, 2009).

Figura 2.22 – Coeficiente de atrito cinético em função da velocidade de deslizamento paraPTFE deslizando contra AISI 304 polido para pressões de contato de 30 a35 MPa. Ra=0,10 a 0,20 µm

Fonte: Adaptado de Vale J. L Silva (2015) apud Quaglini V Dubini (2009)

2.8 UMIDADE RELATIVA

A dependência do coeficiente de atrito, e do desgaste, com a umidade é complexa,pois muitos materiais polímericos absorvem água. Na figura 2.23 mostra o comportamentodo coeficiente de atrito cinético de alguns polímeros. Observa-se que a poliamida 6, que


geralmente absorve umidade, apresenta uma elevação no coeficiente de atrito, situaçãonão apresentada para os demais materiais (YAMAGUCHI, 1990).

Figura 2.23 – Relação entre coeficiente de atrito cinético e umidade relativa para váriospolímeros

Fonte: Adaptado de Vale J. L Silva (2015) apud Yamaguchi (1990)

Segundo Silva C. H. Tanaka (2003) a independência do coeficiente de atritocinético para maiores valores de carregamento normal deve-se ao aumento da severidadedo desgaste, sendo assim uma quantidade relativamente grande de material é removidada superfície do polímero expondo continuamente novas camadas, e assim, a variação daumidade relativa tem seu efeito anulado.

2.9 TOPOGRAFIA

A maior parte das superfícies sólidas que são submetidas a desgaste em máqui-nas é usinada ou retificada, ainda que algumas mantenham suas superfícies finais dosprocessos de fundição ou forjamento. Em qualquer um desses casos, a superfície terá al-gum grau de rugosidade que é compatível com seu processo de acabamento. Seu grau derugosidade terá influência tanto no tipo como na intensidade de desgaste a que a peçaestará sujeita. Mesmo superfícies uniformes e aparentemente lisas têm irregularidadesmicroscópicas (NORTON, 2013).


A rugosidade da superfície é aquela parte associadas as irregularidades em umasuperfície deixadas após o processo de fabricação. Em geral, a superfície inclui a formanominal, ondulação e a rugosidade (WHITEHOUSE, 2003), como mostrado na figura aseguir:

Figura 2.24 – Desvios geométricos de forma nominal, ondulações e rugosidadeFonte: Adaptado de Whitehouse (2003)

2.9.1 PARAMETROS DE RUGOSIDADE

Talvez os parâmetros mais comumente utilizados sejam Ra, que é a média dosvalores absolutos medidos em cada ponto, ou Rq, que é o desvio médio quadrático. Essesdois parâmetros são muito parecidos em valor e significado. Infelizmente, muitos engenhei-ros especificam somente um desses dois parâmetros, nenhum dos quais fornece informaçãosuficiente para análise do comportamento tribológico das superfícies. (NORTON, 2013)

Por exemplo, as duas superfícies mostrada na figura 2.25 têm os mesmos valoresde Ra e Rq, porém têm naturezas claramente distintas.

Figura 2.25 – Diferentes contornos de superfície podem ter os mesmos valores de Ra ouRq.

Fonte: Adaptado de Norton (2013)

Para diferenciar essas superfícies que têm valores idênticos de Ra ou Rq, outrosparâmetros devem ser calculados. A assimetria Rsk é uma estimativa da média da primeiraderivada do contorno da superfície. Um valor negativo de Rsk indica que a superfície temuma predominância de vales e um valor positivo de Rsk define uma predominância depicos. Vários outros parâmetros podem ser computados. Por exemplo, Rt define o máximo


valor de amplitude pico-a-vale no comprimento da amostra, Rp a máxima altura de picoacima da linha média e Rpm a média das cinco alturas máximas.(NORTON, 2013)

Todas as medidas de rugosidade são calculadas a partir de medições filtradas ele-tronicamente que eliminam (zeram) qualquer onda de baixa frequência sobre a superfície.Uma linha média é computada, a partir da qual todas as medidas pico/vale são efetuadas.Além dessas medidas de rugosidade (denotadas por R), a ondulação, Wt , da superfíciepode, também, ser computada. O parâmetro Wt filtra o sinal da medição sobre a superfí-cie, eliminando todos os contornos de alta frequência e preservando somente as oscilaçõesde grande período. Caso deseje caracterizar completamente a condição de acabamento dasuperfície, observe que somente a utilização de Ra ou Rq não é suficiente. (NORTON,2013)

Figura 2.26 – Definições de parâmetros DIN e ISO para rugosidade superficial, ondulaçãoe assimetria (Cortesia da Hommel America Inc., New Britain, Ct.)

Fonte: Adaptado de Norton (2013)

Figura 2.27 – O contato real entre duas superfícies está somente nas pontas das asperezasFonte: Adaptado de Norton (2013)


Para obtenção da dureza dos materiais que serão nosso objeto de estudo, o Insti-tuto Lactec realizou ensaios e obteve os resultados, que estão dispostos mais a diante notrabalho, na metodologia.

2.10 TRIBOLOGIA DOS POLIMEROS COMPOSTOS

Os polímeros para algumas aplicações como em rolamentos, não são utilizadosem sua forma pura. Tem sido demonstrado, por exemplo, que plastificantes causaum umaredução no atrito para o polietileno, devido a difusão para a superfície do polímero queforma uma camada de lubrificação. A importância dos materiais compósitos é que pode-semelhorar o comportamento tribológico dos polímeros, uma vez que estes são desenvolvidospara ter uma resistência mecânica superior (STACHOWIAK G.W BATCHELOR, 2005).

2.10.1 MISTURA DE POLIMEROS

Uma prática comum é adicionar um polímero ao outro, geralmente o PTFE, parareduzir o coeficiente de atrito enquanto mantem-se um taxa de desgaste baixa. Exemplosdestes materiais são o nylon ou o poliacetal com PTFE adicionado. As característicasdestes compostos poliméricos depende da fração de PTFE neles presentes e da deposiçãodo filme de transferência sobre a contraface. Porém está forma de polímero composto nãotem a mesma eficiência tribológica do que composições mais complexas como polímerosreforçados com fibras (STACHOWIAK G.W BATCHELOR, 2005).

2.11 ENSAIO PINO SOBRE DISCO

Trata-se de um método de ensaio para determinar o desgaste dos materiais du-rante o deslizamento. Para realização do ensaio pino sobre disco é necessário um pinoposicionado perpendicularmente sobre outra superfície a qual geralmente trata-se de umdisco circular. O pino é pressionado contra o disco em rotação por uma carga especifi-cada. O desgaste é medido a partir da perda de volume em milímetros cúbicos e pode serdeterminado pela medição das dimensões apropriadas das amostras antes e após o ensaioou pela pesagem antes e depois do ensaio. A figura 2.28 mostra um desenho esquemáticodo ensaio.


Figura 2.28 – Desenho esquemático do ensaio pino sobre discoFonte: Adaptado de (ASTM-G99, 1996)

2.11.1 PARAMETROS IMPORTANTES

A norma ASTM G99 destaca alguns parâmetros relevantes para o ensaio pinosobre disco que seguem abaixo:

Carga- Valor da força aplicada em Newtons

Velocidade de deslizamento- velocidade de deslizamento entre as superfícies emcontato em metros por segundo.

Distância-distância percorrida em metros.

Temperatura- temperatura próxima ao contato.

Atmosfera- ambiente do ensaio (ar, umidade, lubrificante, etc).

2.12 REVISAO BIBLIOGRAFICA

A crescente utilização de polímeros como materiais tribológicos com objetivo desusbstituir outros materiais vem contribuindo para o desenvolvimento e estudo de novospolímeros. Neste contexto Seabra (2000) estudou os polímeros, como PTFE e o UHMWPEem ensaio de deslizamento contra o aço AISI 316 buscando identificar as característicastribológicas do sistema e hierarquizar os polímeros em função do seu desempenho, isto é,menor atrito e desgaste.

Analisando-se os resultados de Seabra verifica-se o comportamento diferente queos polímeros tem frente as variáveis envolvidas. Um exemplo é que para um aumentode carga alguns polímeros (a maioria) diminui o coeficiente, outros aumentam e algunstem pouca variação o que também ocorre para a taxa de desgaste quando aumentada a


carga. Outra análise é que para uma mesma carga e velocidades diferentes um aumentoda velocidade também não provoca o mesmo efeito sobre todos os polímeros pois emalguns o coeficiente de atrito e a taxa de desgaste aumentam e em outros diminuem oupermanecem constantes (SEABRA, 2000). Isto reforça a necessidade de realizar ensaiospara os diferentes polímeros devido eles não possuírem um comportamento que segue umaregra geral.

(BOUTIN F. F E ROCHA, 2015) realizaram ensaios pino sobre disco sem lubri-ficação contra o aço inoxidável utilizando o PTFE, onde, utilizando-se o mesmo fator PV,obtiveram taxas de desgaste diferentes, mostrando que somente este parâmetro muitasvezes não permite entender os mecanismos de desgaste, devido aos efeitos de pressão e ve-locidade serem distintos para cada material. Neste estudo é possível verificar que para umaumento da carga ou do PV ocorre um aumento da taxa de desgaste, porém, como pressãoe a velocidade variaram de um ensaio para outro, não se pode concluir qual parâmetrotem mais influência no desgaste.

(VALE J. L SILVA, 2015) realizou um estudo amplo do comportamento tribo-lógico do PTFE em deslizamento, sem lubrificação, contra o aço inoxidável AISI 304 emensaio do tipo mancal contra eixo. Foi avaliado o comportamento do atrito cinético, den-tro do período de amaciamento, obtendo-se um mapeamento em função da velocidade dedeslizamento e do carregamento normal. Para ensaios de longa duração, os quais permi-tiram que o sistema tribológico alcançasse a estabilização , investigou-se o coeficiente deatrito cinético e a temperatura no contato em função do carregamento normal. Por fim,apresentouse um estudo do desgaste, que contemplou: a sua quantificação, a identificaçãodos mecanismos que operaram durante o deslizamento, a análise dos seus produtos e dosseus efeitos nas topografias das superfícies e nas propriedades dos materiais.

No caso do poliuretano Cruz (2006) relata os segmentos flexíveis são formadospor polióis e responsáveis pela flexibilidade e estiramento do polímero e os segmentosrígidos são derivados da reação de isocianatos e extensores de cadeia. Segundo Vilar(2002) o PU quando submetido a um esforço único, tende a se deformar, mas algumaspartes se distendem e retornam ao tamanho natural (segmentos flexíveis) enquanto outrasse deformam permanente (segmentos rígidos). Esse comportamento deve-se ao fato queocorre a redistribuição de tensões sofridas devido ao deslizamento das cadeias poliméricase posteriormente a uma regeneração de ligações de hidrogênio. Quando o PU é resfriadohá um aumento na dureza e uma redução na elasticidade provocada pela cristalização dossegmentos flexíveis.

O poliuretano é um polímero com boa resistência ao desgaste abrasivo e ao des-gaste sob rolamento e possui um coeficiente de atrito relativamente alto sob deslizamento.Os poliuretanos combinam as propriedades mecânicas de borrachas vulcanizadas com aprocessibilidade de polímeros termoplásticos podendo ser repetidamente fundidos e pro-


cessados, devido a ausência de ligações cruzadas, além disso possuem custo moderadoe excelentes propriedades mecânicas (maior elasticidade, flexibilidade, dureza, etc), altaresistência a abrasão, oxidação e umidade (STACHOWIAK G.W BATCHELOR, 2005).

No estudo de Limol (2014) a maioria dos poliuretanos apresentou mecanismode desgaste tais como ondas de Schallamach, microcorte e formação de proa, os quaisvariaram com o tamanho da partícula abrasiva e da carga. Devido ao baixo módulo deelasticidade dos elastômeros, mesmo quando a força de contato é muito branda, as atraçõesfracas podem resultar em contato completo na interface entre as superfícies contribuindopara forças de atritos elevadas, como observadas por Schallamach, onde o coeficiente deatrito atinge um valor elevado. Este tipo de desgaste característico de elastômeros, é bemdiferente da abrasão de materiais duros, nos quais há formação de longos sulcos, paralelosà direção de deslizamento (CARDOSO, 2010).

O poliéster é uma categoria de polímeros o qual contém o grupo funcional éster emsua cadeia principal. Os poliésteres existem na natureza, mesmo assim o seu nome é usadopara se referir a produtos sintéticos, como o plástico. Desses sintéticos pode-se destacar opolicarbonato e especialmente o politereftalato de etila (PET). O poliéster caracteriza-secomercialmente como um tipo de plástico com diversas aplicações industriais (FÉLIX,2009).

Os polímeros fluorados possuem excelente resistência térmica e química devido aestabilidade das ligações Carbono-Flúor e apresentam baixo coeficiente de atrito devidoa abundância de pares de elétrons não ligantes (EBNESAJJAD, 2013). Já os polímerosclorados são muito sensíveis a degradação térmica devido a fácil ruptura das ligaçõesCarbono-Cloro (REIS, 2010).

—————————————————————–

48

3 METODOLOGIA

O objetivo central deste trabalho é analisar o coeficiente de atrito cinético e ataxa de desgaste de compósitos poliméricos no ensaio de escorregamento puro pino sobredisco na ausência de lubrificação. Nesta análise as amostras serão submetidas a condiçõesjá definidas na pesquisa realizada por (BOUTIN F. F E ROCHA, 2015), que estudaramo comportamento do PTFE puro, para efeito de comparação dos diferentes polímeros.Alguns ensaios foram inseridos afim de aumentar a abrangência do estudo e possibilitarmelhores conclusões sobre os parâmetros do ensaio. Na tabela 3.5 é possível verificar umresumo das condições que serão ensaiadas.

3.1 MATERIAIS

3.1.1 CORPOS DE PROVAS

Os corpos de prova foram usinados no formato cilíndrico conforme a normaASTM-G99. Foram medidas as dimensões destas amostras assim como as amostras queforam utilizadas para análise da taxa de desgaste e a massa destas amostras antes e apóso ensaio a fim de possibilitar o cálculo da massa removida. Para pesar as amostras antese após o ensaio as amostras ficaram por um período de 48 horas em um dessecador con-tendo sílica gel com objetivo de retirar a umidade absorvida pelo polímero. O diâmetrodas amostras é 6 mm e o comprimento 23 mm.

3.1.2 CARACTERISTICAS DAS AMOSTRAS

As amostras utilizadas nos ensaios tem geometria de um cilindro com a mesmaárea da seção de contato para os diferentes polímeros comerciais utilizados neste ensaio.Estes polímeros possuem boa resistência a corrosão e algumas outras características cita-das nos próximos tópicos desta seção. A área da seção de contato das amostras é 28,27mm2.

3.1.3 POLIESTER

A amostra cilindríca azul que foi utilizada nos ensaios pino sobre disco é vista nafigura 3.1 .

Capítulo 3. Metodologia 49

Figura 3.1 – Amostra de PoliésterFonte: Catálogo do fabricante

Segundo catálogo do fornecedor das amostras trata-se de um polímero termo-plástico auto lubrificante, com excelente resistência química e ao desgaste por abrasãopossuindo coeficiente de atrito a seco de 0,1 e quando em água entre 0,10 e 0,17. Algumaspropriedades deste material podem ser vistas na tabela 3.1.

Tabela 3.1 – Propriedades do PoliésterPropriedade Valor UnidadeMódulo de Elasticidade E 2410 MPaDureza 78,5 Shore DCoeficiente de ExpansãoTérmica (20-120 C)

0,000046 C

Coeficiente de atrito ciné-tico a seco

0,10 -

Tabela das Propriedades do PoliésterFonte: Adaptado do Catalógo do fabricante

3.1.4 POLIURETANO

Algumas propriedades deste compósito a base de poliuretano podem ser vistasna tabela 3.2.

Tabela 3.2 – Propriedades do PoliuretanoPropriedade Valor UnidadeMódulo de Elasticidade 440 MPaDureza 56,5 Shore DCoeficiente de ExpansãoTérmica T>30 C

0,00211 C

Coeficiente de atrito ciné-tico a seco

0,10-0,20 -

Coeficiente de atrito ciné-tico lubrificado por água

0,10-0,20 -

Tabela das Propriedades do PoliuretanoFonte: Adaptado do Catalógo do Fabricante

A amostra de poliuretano pode ser vista na figura 3.2


Figura 3.2 – Amostra de PoliuretanoFonte: Catálogo do Fabricante

No estudo do (SILVA, 2017), foram realizadas análises para determinar algunsaspectos a respeito do poliéster e do poliuretano, que podem ser vistos na tabela 3.3.

Tabela 3.3 – Análises do poliéster e poliuretanoEnsaio/Propriedade Poliéster PoliuretanoEspectroscopia de Infraver-melho E

Polímero base de poliéster Polímero base de poliure-tano

Espectroscopia de raios Xpor energia dispersiva

Carbono (C) e Flúor (F) Cloro (Cl)

Densidade dos materiais[kg/m3]

1400,2+-3,8 1148,6

Dureza [Shore D] 78,5 56,5Temperatura de transiçãovítrea [°C]

81,7 96,5

Temperatura de fusão [°C] 244,9 59,7Análises do poliéster e poliuretano

Fonte: (SILVA, 2017)

3.2 COMPOSICAO DAS AMOSTRAS

Devido a composição das amostras não terem sido fornecidas pela empresa fabri-cante foi necessário fazer o levantamento das características físico químicas do polímerobase destas amostras e os elementos químicos presentes. A caracterização físico químicados materiais foi retirada do estudo de (SILVA, 2017), que utilizou a técnica da Espec-troscopia de Infravermelho FTIR e Espectroscopia de Energia Dispersiva EDS.

3.2.1 MICROSCOPIA ELETRONICA DE VARREDURA (MEV)

Para analisar o efeito resultante sobre a superfície dos discos foram realizadosensaios de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), utilizando o equipamento damarca Zeiss, modelo EVO-MA15 visto na figura 3.3. Os ensaios foram realizados no Cen-tro Multiusuário de Caracterização de Materiais da Universidade Tecnológica Federal doParaná.


Figura 3.3 – Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV)

O microscópio utilizado conta com detectores Oxford Instruments para a micro-análise química.

3.2.2 MEDICAO DA RUGOSIDADE SUPERFICIAL

Para realizar as medições da rugosidade superficial dos pinos e dos discos foiutilizado um interferômetro Talisurf-CCI do fabricante Taylor Robson, com resolução de1024 x 1024 pontos localizado no Centro Multiusuário de Caracterização de Materiaisda Universidade Tecnológica Federal do Paraná. O equipamento oferece caracterizaçãodas superfícies para vários parâmetros de rugosidade, entre eles o parâmetro funcionalde altura de pico reduzida (Spq) e parâmetro híbrido de rugosidade (Ssc) que foramimportantes no cálculo do índice de plasticidade dos materiais estudados.

As medições nos pinos foram realizadas antes e após os ensaios. Para os discosoptou-se por realizar as medições após os ensaios, realizando medições nas pistas e foradas pistas.


3.3 CARACTERISTICAS DO CONTRACORPO

O material utilizado de contracorpo nos ensaios foi o aço AISI 304 no formato dedisco de 100mm de diâmetro e 7mm de altura, a composição deste aço pode ser vista natabela 3.4 que apresenta a composição para alguns aços, entre eles o AISI 304.

Tabela 3.4 – Composição química

*Tabela da composição químicaFonte: (KLOECKNERMETALS, 2011)

Para fixação no tribômetro o disco terá 4 furos, sendo um central de 6,5mm eoutros 3 para uma melhor fixação. Ainda foi feito um pequeno rebaixo no disco para mini-mizar os efeitos da vibração. Para o desenho do disco foi utilizado o software SolidWorks.Na figura 3.4 é possível verificar os detalhes de fabricação do contracorpo.

A principal característica dos aços inoxidáveis é a alta resistência à corrosão emdiversos ambientes. Isso se deve principalmente ao alto teor de cromo em sua composição(de pelo menos 11 por cento). É comum a adição que níquel e molibdênio para aumentaressa resistência a corrosão (CALLISTER, 2008).

Os aços inoxidáveis são bastante utilizados a altas temperaturas e em ambientesseveros porque possuem grande resistência a oxidação e conseguem manter a integridadenas suas propriedades mecânicas nessas condições (CALLISTER, 2008).

O contracorpo utilizado foi usinado com as vistas na figura 3.5 e a sua face decontato foi faceada para o ensaio.


Figura 3.4 – Desenho de fabricação dos discos de AISI 304

Figura 3.5 – a)Parte frontal do disco b) Parte posterior do disco onde verifica-se a presençado ressalto

3.3.1 ENSAIOS TRIBOLOGICOS

Foi utilizado o equipamento do laboratório da Universidade Tecnológica Fede-ral do Paraná (UTFPR) para realização dos ensaios pino sobre disco. O fabricante dotribômetro é Bruker e o modelo é (CETR-UMT) (Comprehensive Materials Testing for


Mechanical Tribological Properties). Este equipamento permite realizar ensaios com ve-locidades tangenciais de 0 a 11 [m/s] e carga de 50N a 200N, e fornece os coeficientesde atrito em tempo real. Os ensaios foram conduzidos a seco. A figura 3.6 mostra oequipamento que será utilizado.

Figura 3.6 – Tribômetro da Bruker,utilizado nos ensaios pino sobre disco, localizado nolaboratório de polímeros da UTFPR

3.3.2 ACESSORIOS UTILIZADOS

3.3.2.1 Porta-Amostras

O porta-amostras que será utilizado nos ensaios será fabricado em aço AISI 304.Ele possui uma extremidade para inserção no mandril do tribômetro e um furo lateralpara fixar as diferentes amostras por meio de um parafuso como mostra a figura 3.7.

Figura 3.7 – Porta Amostras


3.3.2.2 Termovisor

Durante os ensaios a temperatura de contato será medida utilizando o termovisormodelo Flir ThermoCam E45 presente na figura 3.8. O equipamento possui ajustes demodo que possibilita focar o contato entre a amostra e o contra-corpo.

Figura 3.8 – Termovisor modelo Flir ThermoCam E45

Este equipamento captura a energia infravermelha (calor) emitida pelo objetoenquadrado pelas lentes e converte esta energia em um sinal eletrônico. Este sinal é pro-cessado de forma a mostrar a imagem térmica em um display.

3.3.2.3 Termo-Higrometro

Afim de acompanhar e verificar se há variações superior a 10% da umidade rela-tiva, visto que os polímeros absorvem umidade durante os ensaios, será feito esta mediçãodurantes os ensaios. Para medir a umidade relativa será utilizado um termo-higrômetromodelo MTH-1361, da marca Minipa. Este equipamento pode ser visto na figura 3.9.

Figura 3.9 – Termo-Higrômetro modelo MTH-1361

Os ensaios ocorreram em dias subsequentes em que houve pouca variação daumidade relativa do ar. Para minimizar os efeitos da umidade, as amostras após o ensaio


ficaram por um período de 48 horas em um dessecador com sílica antes de serem pesadasnovamente.

3.3.3 PLANEJAMENTO DOS ENSAIOS

Os ensaios serão conduzidos na condição a seco e as condições de força e velocidadepodem ser encontradas na tabela 3.5 onde as marcações com X contemplam os ensaiosrealizados neste estudo e as marcações com * são as condições usadas por Boutin F.F e Rocha (2015). Deste modo será possível comparar o desempenho dos materiais emestudo com o PTFE.

Nas tabelas 3.6, 3.7, 3.8 e 3.9 informações mais detalhadas sobre os ensaios sãovistas tais como rotação, pressão e o fator PV deixando mais claro o procedimento.

Tabela 3.5 – Definição dos EnsaiosVelocidade[m/s] / Força[N]

18,4 23,7 28 32

0,48[m/s] X - - X*0,54 [m/s] X - X* X0,65 [m/s] X X* X X0,84 [m/s] X* - - X

Tabela de Planejamento dos Ensaios

Tabela 3.6 – Planejamento dos Ensaios de Boutin e Rocha (2015)Variáveis Nível 1 Nível 2 Nível 3 Nível 4Fn [N] 18,4 23,7 28 32A [mm2] 31,669 31,669 31,669 31,669P [MPa] 0,58 0,75 0,91 1,01V [m/s] 0,84 0,65 0,54 0,48w [rpm] 229,1 206,9 206,2 229,1r [m] 0,035 0,03 0,025 0,02PV[MPa.m.s1] 0,49 0,49 0,49 0,49

Tabela de Planejamento dos Ensaios de Velocidade de Deslizamento


Tabela 3.7 – Definição dos Ensaios com carga de 18,4 [N]Força [N] 18,4 18,4 18,4 18,4Velocidade[m/s]

0,48 0,54 0,65 0,84

Pressão [MPa] 0,65 0,65 0,65 0,65r [m] 0,04 0,04 0,04 0,04Rotação [rpm] 114,59 128,93 155,20 200,57PV[MPa.m.s−1]

0,312 0,351 0,4225 0,546

Tabela de Planejamento dos Ensaios com carga de 18,4 [N]

Tabela 3.8 – Definição dos Ensaios com carga de 23,7 [N]Força [N] 23,4Velocidade [m/s] 0,65Pressão [MPa] 0,827r [m] 0,03Rotação [rpm] 206,9PV [MPa.m.s−1] 0,53755

Tabela de Planejamento dos Ensaios com carga de 23,7 [N]

Tabela 3.9 – Definição dos Ensaios com carga de 28 [N]Força [N] 28 28Velocidade [m/s] 0,54 0,65Pressão [MPa] 0,99 0,99r [m] 0,02 0,02Rotação [rpm] 257,83 310,41PV [MPa.m.s−1] 0,5346 0,6435

Tabela de Planejamento dos Ensaios com carga de 28 [N]

Tabela 3.10 – Definição dos Ensaios com carga de 32 [N]Força [N] 32 32 32 32Velocidade[m/s]

0,48 0,54 0,65 0,84

Pressão [MPa] 1,13 1,13 1,13 1,13r [m] 0,02 0,02 0,02 0,02Rotação [rpm] 229,18 257,83 310,41 410,146PV[MPa.m.s−1]

0,5424 0,6102 0,7345 0,9492

Tabela de Planejamento dos Ensaios com carga de 32 [N]

Na figura 3.10 estão identificadas as pistas que serão utilizadas para os ensaios.


Figura 3.10 – Pistas que serão utilizadas nos ensaios

Na pista 1 serão realizados os ensaios de nível 3 e 4, na pista 2 serão realizadosos ensaios de nível 2 e na pista 3 os de nível 1, estes ensaios podem ser vistos na tabela3.4.

A definição das pistas teve fundamentação de que a força maior deve ser ensaiadana pista mais próxima ao centro do disco (ponto de apoio do disco) a fim de diminuir omomento causado pelas forças. A força intermediária na pista central e a menor força napista mais externa pelo mesmo motivo apresentado.

59

4 RESULTADOS E DISCUSSAO

Neste capítulo serão apresentados e discutidos os resultados tribológicos dos en-saios realizados utilizando-se das análises de caracterização dos compósitos poliméricos abase de poliéster e poliuretano.

4.1 INDICE DE PLASTICIDADE

Na tabela 4.1 estão expostos algumas propriedades do poliéster e poliuretano edo contra-corpo.

Tabela 4.1 – Índice de Plasticidade

Tabela Índice de Plasticidade do Poliéster e Poliuretano

Onde: E - Módulo de elasticidade combinado;

H - Dureza do material mais mole do par tribológico;

σ− Desvio padrão da distribuição das alturas das asperezas.

(σ/r)1/2−É aproximadamente igual a média da inclinação das asperezas.

υ−Coeficiente de poisson.

Ψ−Índice de Plasticidade.

Com as propriedades vistas na tabela 4.1 foi possível calcular através da equação2.1 e 2.2 o índice de plasticidade para os materiais estudados e posteriormente adicionaros pontos destes materiais no gráfico visto na figura 4.1.

Os valores de σsão obtidos a partir do parâmetro funcional de rugosidade Spq(altura de pico reduzida) medido pelo interferômetro e o valor para r é obtido do parâmetrohíbrido de rugosidade Ssc (média aritmética da curvatura dos picos) também medido pelointerferômetro. O valor de r é calculado por 1/Ssc.

Capítulo 4. Resultados e Discussão 60

Figura 4.1 – Área real de contato x Índice de PlasticidadeFonte: Adaptado de (COUSSEAU T. ACERO, 2015)

Como visto na figura 4.1, o compósito a base de poliéster encontra-se na regiãoelástica, possuindo um índice de plasticidade menor que do compósito a base de poliure-tano e consequentemente,uma área real de contato maior, o que aumenta a probabilidadede adesão deste polímero, porém, essa adesão nem sempre é eficaz, o que faz com queos detritos de polímeros fiquem soltos e se comportem como um filme de transferência, oque reduz o atrito (STACHOWIAK G.W BATCHELOR, 2005). Já para o poliuretano,devido seu índice de plasticidade ser maior que 1, a maioria das asperezas irá deformarplasticamente.

4.1.1 TEMPERATURA DA REGIAO DE CONTATO

A temperatura tem papel muito importante no comportamento mecânico, físicoe químico dos polímeros, bem como no comportamento tribológico do sistema. Pôde serobservado pouca variação na temperatura para os diferentes níveis de carga e velocidade.A mais significativa alteração acabou sendo um gradiente de 5,4 ºC graus, no ensaio demaior severidade, de 64N e 0,84 m/s. Abaixo na tabela 4.2 apresenta-se os dois ensaiosrelativos a estas condições.

Já na figura 4.2 consta o mapeamento térmico do poliéster submetido a carganominal de 64N e 0,84m/s, condição de maior carga e velocidade utilizada. O comporta-mento da temperatura para o poliuretano foi semelhante ao poliéster.


Tabela 4.2 – Variação da temperatura em 64N e 0,84 m/sMaterial Temperatura 1 [ºC]

- Começo do ensaioTemperatura 2 [ºC]- Meio do ensaio

Temperatura 3 [ºC]- Fim do ensaio

Poliéster 26,7 30,2 32,1Poliuretano 27,1 3 ,4 31,5

*Tabela de gradiente de temperatura

Figura 4.2 – Mapeamento térmico do poliéster a 64N e 0,84m/sOs autores (2017)

Nota-se na figura 4.2 o ponto entre polímero/metal, o qual tem maior temperaturaregistrada, 30 °C.

4.2 ANALISE DO COEFICIENTE DE ATRITO CINETICO DO POLIESTER

Os resultados obtidos para o comportamento do coeficiente de atrito estão dis-postos em função da distância em curvas.

4.2.1 INFLUENCIA DA VELOCIDADE

Os valores de coeficiente de atrito para o compósito polimérico a base de poliésterestão dispostos em função da distância para as 4 cargas utilizadas. Todos os ensaios foramrealizados três vezes para uma distância de deslizamento de 500 metros, o que resulta emensaios de diferentes durações, já que a condição de velocidade varia.


Figura 4.3 – Coeficiente de atrito médio em função da distância para carga de 18,4N,poliéster. a) 0,48 m/s b)0,54 m/s c)0,65 m/s d) 0,84 m/s

Figura 4.4 – Coeficiente de atrito médio em função da distância para carga de 32N, po-liéster. a) 0,48 m/s b)0,54 m/s c)0,65 m/s d) 0,84 m/s

Percebe-se nas figuras 4.3 e 4.4 que houve pouca alteração no comportamento do


coeficiente de atrito para as diferentes condições de ensaio. Tal fato pode ser explicadopelo comportamento da temperatura, que apesar do aumento da velocidade, não houvealteração significativa em todas as medições realizadas entre os níveis de velocidades.

4.2.2 INFLUENCIA DA CARGA

Na literatura, quando a carga nominal cresce, existem resultados tanto para oaumento quanto para a diminuição do coeficiente de atrito.

A pressão de contato exerce papel fundamental para o desgaste de determinadomaterial, sendo um fator que afeta a seleção do material. Para cargas pequenas e baixasvelocidades a força de atrito tende a ser proporcional à tensão de cisalhamento das mi-croáreas e ao valor destas. Para carregamentos baixos e superfícies relativamente poucorugosas, cuja condição mantém a área real de contato como uma pequena fração da áreanominal, o coeficiente de atrito é efetivamente proporcional ao carregamento normal.(VALE J. L SILVA, 2015)

Abaixo, nas figuras 4.5 e 4.6, apresenta-se os gráficos para o coeficiente de atritomédio, variando a carga e mantendo a velocidade constante.

Figura 4.5 – Coeficiente de atrito médio em função da distância para velocidade constantede 0,65 m/s, poliéster. a)18,4 N b) 23,7 N c)2 8N d) 32 N


Figura 4.6 – Coeficiente de atrito médio em função da distância para velocidade constantede 0,84 m/s, poliéster. a)18,4 N b) 32 N c)64 N

Observa-se para os gráficos acima, que analisar somente o efeito da carga nosistema tribológico é insuficiente para conclusões coesas, já que o coeficiente de atrito nãose comportou de maneira uniforme.

4.3 ANALISE DO COEFICIENTE DE ATRITO CINETICO DO POLIURETANO

Os valores de coeficiente de atrito para o poliuretano também estão dispostosem função da distância para as 4 cargas utilizadas. A distância utilizada novamente foide 500 metros. A instabilidade do coeficiente de atrito encontradas tanto nos gráficos dopoliéster quanto nos gráficos do poliuretano é característica do desgaste adesivo segundoSeabra (2000).

4.3.1 INFLUENCIA DA VELOCIDADE

Para verificar a influência da velocidade de deslizamento a carga foi mantidaconstante enquanto a velocidade de deslizamento foi variada, aumentando-se a velocidadede rotação do disco para 4 níveis de velocidades que foram retirados do estudo do PTFEde Boutin F. F e Rocha (2015). Na figura 4.7 encontram-se os gráficos para carga de 18,4N e 4 velocidades distintas de deslizamento e na figura 4.8 os gráficos para carga de 32N,também para 4 velocidades.


Figura 4.7 – Coeficiente de atrito médio em função da distância para carga de 18,4N,poliuretano. a) 0,48 m/s b)0,54 m/s c)0,65 m/s d) 0,84 m/s

Figura 4.8 – Coeficiente de atrito médio em função da distância para carga de 32N, po-liuretano. a) 0,48 m/s b)0,54 m/s c)0,65 m/s d) 0,84 m/s

Nos gráficos acima, para facilitar a visualização, foi traçada uma linha de ten-


dência através de uma média móvel que é representada pela linha vermelha.

Verifica-se que o coeficiente de atrito é pouco afetado com o aumento da veloci-dade isto deve-se ao fato da insignificante variação da temperatura de contato durante osensaios. Segundo Myshkin N. K Petrokovets M. I Kovalev (2005) a variação na forçade atrito é independente da velocidade de deslizamento quando a temperatura de contatovaria insignificantemente como mostrado nos gráficos apresentados pelas figuras 4.7 e 4.8.

4.3.2 INFLUENCIA DA CARGA

Para verificar a influência da carga a velocidade de deslizamento foi mantidaconstante para 4 níveis de carga, conforme apresentado na figura 4.9. Na figura 4.10encontram-se os gráficos para um intervalo de cargas maior de 18,4N a 64N.

Figura 4.9 – Coeficiente de atrito médio em função da distância para velocidade constantede 0,65 m/s, poliuretano. a)18,4 N b) 23,7 N c)2 8N d) 32 N


Figura 4.10 – Coeficiente de atrito médio em função da distância para velocidade cons-tante de 0,84 m/s, poliuretano. a)18,4 N b) 32 N c)64 N

Observando os gráficos apresentados nas figuras 4.9a, 4.9d, 4.10a e 4.10c o coe-ficiente de atrito decai levemente com o aumento da carga aplicada, porém é importantelembrar que nem todos os polímeros obedecem essa regra, tendo como exemplo o com-pósito polimérico a base de poliéster. Segundo Quaglini V Dubini (2009) a maioria dospolímeros de engenharia, o aumento da carga normal promove uma redução no atrito,mas o comportamento real de cada par polímero contraface deve ser avaliado caso a caso.

4.4 ANALISE COMPARATIVA ENTRE POLIESTER E POLIURETANO

Nas figuras de 4.11 a 4.15 são apresentados os gráficos sobrepostos dos seus res-pectivos coeficiente de atrito dos materiais compósitos para as cinco cargas distintasutilizadas no estudo.


Figura 4.11 – Gráfico comparativo do Coeficiente de atrito médio em função da distânciapara carga de 18,4 N. a) 0,48 m/s b)0,54 m/s c)0,65 m/s d) 0,84 m/s

Figura 4.12 – Gráfico comparativo do Coeficiente de atrito médio em função da distânciapara carga de 23,7 N e velocidade 0,65 m/s


Figura 4.13 – Gráfico comparativo do Coeficiente de atr ito médio em função da distânciapara carga de 28 N. a) 0,54 m/s b)0,65 m/s

Figura 4.14 – Gráfico comparativo do Coeficiente de atrito médio em função da distânciapara carga de 32 N. a) 0,48 m/s b)0,54 m/s c)0,65 m/s d) 0,84 m/s


Figura 4.15 – Gráfico comparativo do Coeficiente de atrito médio em função da distânciapara carga de 64 N e velocidade 0,84 m/s

Tabela 4.3 – COF Últimos 200 metros dos Ensaios

Tabela do Coeficiente de Atrito Cinético dos últimos 200 metros dos ensaios para osmateriais a base de poliéster e poliuretano

Através dos gráficos acima (figura 4.11 a 4.15) auxiliado pela tabela 4.3, verifica-se que para todas as condições ensaiadas o polímero a base de poliéster apresentou umcoeficiente de atrito mais baixo que o a base de poliuretano. Segundo Stachowiak G.WBatchelor (2005) o poliuretano é um polímero com boa resistência ao desgaste abrasivoe ao desgaste sob rolamento mas possui um coeficiente de atrito relativamente alto sobdeslizamento, fato verificado nos ensaios. Também é evidente que o COF do poliuretanotem maior instabilidade, provavelmente associada a um desgaste adesivo mais intenso queo poliéster.


Na Espectrometria Diferencial de Varredura foi verificado a presença de não me-tais reativos em ambos os materiais. Para o poliéster há a presença de Flúor e para opoliuretano de Cloro. A presença de não metais reativos é relacionada a força de adesãoonde os átomos da superfície do polímero ligam-se aos da superfície metálica independenteda inércia do polímero.

Os valores médios de coeficiente de atrito para os últimos 100 segundos dos ensaiosdos materiais estudados podem ser vistos na figura 4.16 juntamente com os valores decoeficientes de atritos encontrados no estudo de Boutin F. F e Rocha (2015). Nesta figuraesta apresentado apenas os coeficientes de atrito para os ensaios com as mesmas condiçõesde carga e velocidade realizados por Boutin F. F e Rocha (2015).

Segundo Hutchings (1992), os coeficientes de atrito cinético para polímeros des-lizando sobre substratos metálicos costumam ficar entre 0,1 e 0,5. Os compósitos a basede poliéster e poliuretano respeitaram essa faixa de valor, como verificado nesta pesquisa.

Figura 4.16 – Gráfico comparativo entre PTFE, poliéster e poliuretano

É possível concluir pela figura 4.16 que o poliéster obteve os menores coeficientesde atritos para as mesmas condições que os demais materiais, sendo que o poliuretano quepossui dureza similar ao PTFE apresentou um coeficiente de atrito também semelhanteao material estudado por Boutin F. F e Rocha (2015).


4.5 TAXA DE DESGASTE

A ideia inicial proposta para o estudo do par tribológico era aferir a taxa dedesgaste para cada nível de carga e velocidade estudado com relação a diferença do pesodas amostras antes e após os ensaios. Porém, para os ensaios com carga de até 32N,verificou-se que o desgaste se mostrou negligenciável, uma vez que a diferença era dadana última casa decimal de uma balança com precisão de 5 casas de grama. Para determinara taxa de desgaste, foi então proposto dobrar a carga máxima, passando a utilizar 64N euma velocidade de 0,84m/s.

Os valores apresentados na tabela 4.4 foram convertidos para valores de taxas dedesgaste volumétrico por hora, uma vez que o desgaste se mostrou ser pequeno.

Tabela 4.4 – Taxa de DesgasteMaterial Perda Mássica [mg] Duração do ensaio

[min]Taxa de desgastemássico [mg/h]

Poliéster 0,753 10,1 4,52Poliuretano 0,763 10,1 4,58

*Tabela da Taxa de Desgaste dos materiais

Nota-se que a taxa de desgaste foi próxima para os dois materiais, tendo umvalor muito abaixo da taxa encontrada por Boutin F. F e Rocha (2015), que com cargamáxima de 32N encontrou uma taxa de desgaste mássica média de 80 mg/h para oPTFE. A partir destes resultados, conclui-se que o poliéster e o poliuretano possuem umaresistência ao desgaste muito melhor que o PTFE, visto que o mesmo degrada-se maisrápido com metade da carga. Porém, estudos futuros com ensaios de distâncias maiores,podem mostrar resultados mais satisfatórios e seguros para quantificar a taxa de desgaste.

4.6 MICROSCOPIA ELETRONICA DE VARREDURA (MEV)

4.6.1 CONTRA-CORPO

O uso da microscopia eletrônica de varredura foi para avaliar como os poliéster eo poliuretano encontravam-se aderidos na superfície dos discos ensaiados.

Para cada disco, foram realizadas imagens sobre as pistas de rolamento. A seguir,temos o resultado para o poliéster.


Figura 4.17 – Superfície do disco ensaiado para o poliéster obtida pelo MEV

O contra-corpo apresentou poucas partículas de desgastes aderidas a superfíciedevido a baixa taxa de desgaste apresentado nos ensaios e a pouca força de adesão dosmaterial. Na figura 4.17, foram identificadas apenas duas partículas. Supõem-se que oponto 1 trata-se de uma partícula desprendida do polímero, uma vez que a microanálisequímica identificou flúor em sua composição. Para o ponto 2, devido a ausência de algunselementos químicos em sua composição, sugere-se que seja uma impureza ou uma partículado próprio disco.

O poliuretano também apresentou pouco desgaste, logo, foram identificadas pou-cas partículas na pista de ensaio.


Figura 4.18 – Superfície do disco ensaiado para o poliuretano obtida pelo MEV

Como podemos observar, na figura 4.18 observou-se quatro partículas. Para ospontos 1, 2 e 4, a microanálise química apresentou cloro na composição, o que sugereque as mesmas sejam partículas de lubrificantes sólidos do poliuretano. Para o ponto 3,verificou a ausência do cloro, ou seja, provavelmente trata-se de uma partícula de sujeira.

4.6.2 AMOSTRAS

Nas figuras de 4.19 a 4.22 são observadas imagens obtidas através de microscopiaeletrônica de varredura para as amostras cilíndricas dos materiais estudados.


Figura 4.19 – Superfície da amostra de poliéster, mostrando o sentido de deslizamento ea formação de lâminas, obtida pelo MEV

Na figura 4.19 verifica-se o mecanismo de transferência por lâminas, mas as mes-mas tem tendência a não aderir ao aço, sendo uma das razões para não aderência a pre-sença de fluor neste material. Em destaque em vermelho encontra-se uma lâmina próximaa se desprender do polímero.


Figura 4.20 – Superfície da amostra de poliéster, mostrando riscos de abrasão e materialdentro do sulco, obtida pelo MEV

Na figura 4.20 verifica-se o mecanismo de sulcamento devido aos riscos relaciona-dos a abrasão do poliéster também vistos na figura. Em destaque é possível visualizar apresença de material dentro do sulco.

Figura 4.21 – Superfície da amostra de poliuretano, mostrando a formação de filme sobreos poros, obtida pelo MEV


Para o poliuretano notou-se que a passagem de partículas de desgaste de polímeropara outras regiões da amostra causaram leves riscos de abrasão, mecanismo conhecidocomo abrasão a 3 corpos. Na figura 4.21 encontram-se em destaque regiões porosas co-bertas por lâminas de polímeros que tendem a se desprender.

Figura 4.22 – Superfície da amostra de poliuretano, mostrando a formação de lâminassobre os poros, obtida pelo MEV

Na figura 4.22 encontram-se em destaque poros cobertos por lâminas, estas lâmi-nas tendem a se desprender do polímero deixando o poro aberto para novamente a partirdo deslizamento formar novas lâminas. Observa-se também riscos provenientes de partí-culas de polímero com tendência de formação de ondas de Schallamach, características deelastômeros com baixo módulo de elasticidade e responsáveis por elevar o coeficiente deatrito deste material como explicado na sessão 2.12.

4.7 RUGOSIDADE DOS DISCOS

Para os ensaios realizados neste trabalho, foi obtido a rugosidade dentro e forada zona de atrito. Foram realizadas três medições em cada uma dessas regiões (dentro efora da pista de deslizamento).


Figura 4.23 – Análise topográfica para o poliéster. a) Vista superior fora da pista derolamento. b) Vista 3D fora da pista de rolamento. c) Vista superior dentroda pista de rolamento. d) Vista 3D dentro da pista de rolamento

Figura 4.24 – Análise topográfica para o poliuretano. a) Vista superior fora da pista derolamento. b) Vista 3D fora da pista de rolamento. c) Vista superior dentroda pista de rolamento. d) Vista 3D dentro da pista de rolamento

Como observado nas figuras 4.23 e 4.24, a rugosidade do contra-corpo dentro efora da pista não tem mudanças significativas. A leve redução da rugosidade dentro da


pista pode ser atribuído ao fato da adesão de partículas poliméricas ao contra-corpo.

80

5 CONCLUSOES

Neste trabalho de conclusão de curso foram realizados ensaios tribológicos paraestudar o comportamento tribológico de dois materiais poliméricos comerciais diferentesem deslizamento sem lubrificação contra um disco de aço inoxidável. Foram realizadosdiversos ensaios com objetivo de entender a influência de alguns parâmetros e analisar odesempenho em termos do coeficiente de atrito, comparando-os com os resultados obtidospara o estudo de Boutin F. F e Rocha (2015) para o PTFE. As observações principaissão:

1. Quanto ao coeficiente de atrito cinético (COF) o poliéster apresentou o melhordesempenho entre os materiais e maior estabilidade durante os ensaios.

2. A velocidade de deslizamento teve pouca influência no COF do poliéster e dopoliuretano, uma vez que a variação de temperatura não passou de 5,4 ºC, o qual estámuito abaixa da temperatura de fusão e vitrificação.

3. Tanto o poliéster como o poliuretano apresentam comportamentos diferentescom relação a influência da carga. Para o poliéster o COF não se comportou de maneirauniforme com a variação da carga. Já no poliuretano nota-se um comportamento deredução do COF com o aumento da carga.

4. A taxa de desgaste dos materiais deste estudo foram semelhantes (aproximada-mente 0,00452 g/h) e muito menores que o PTFE. Porém, devido a este fato, é interessanteaplicar condições de ensaios em que ocorra maiores taxas de desgaste para uma melhoravaliação.

5. O poliéster apresentou mecanismo de desgaste por sulcamento e riscos re-lacionados a abrasão. Também verificou-se a transferência por lâminas. O poliuretanoapresentou a presença de poros e formação de lâminas sobre estes poros e também o me-canismo de abrasão a 3 corpos, que ocorre quando a passagem de partículas de desgastedo polímero por outras regiões da amostra causam leves riscos de abrasão.

6. A rugosidade do contra-corpo teve pouca variação fora da pista e dentro dapista de deslizamento, tendo uma leve redução dentro das pistas de deslizamento paraambos os materiais. Além disso, para os materiais, foram encontradas poucas partículasde polímeros aderidos nas pistas utilizadas nos ensaios.

81

6 SUGESTOES PARA TRABALHOS FUTUROS

A análise tribológica do comportamento de polímeros autolubrificantes em ensaiopino sobre disco permitiu verificar alguns possíveis aprofundamento no estudo, os quaissão:

1. Alguns ensaios não atingiram o regime permanente para o COF. Sugere-seaumentar a distância para verificar ou não a existência da estabilização completa do seuvalor. Isto também permitirá uma análise mais ampla da taxa de desgaste.

2. Realizar ensaios nas condições utilizadas no estudo com água de SILVA (2017).

3. Realizar estudos mais aprofundados com relação a influência de outros parâ-metros como energia superficial e rugosidade.

82

7 CONSIDERACOES FINAIS

Esta pesquisa teve como objetivo realizar um levantamento abrangente sobrepolímeros autolubricantes e seus mecanismos de desgastes, que se mostrou ser uma grandeárea com potencial de crescimento, visto que os materiais poliméricos estão em ascensãonas últimas cinco décadas.

Após decorrido o levantamento bibliográfico, chegou-se a conclusão de sua viabi-lidade, tendo em vista os conhecimentos adquiridos pelos autores durante a graduação ea infraestrutura dos equipamentos presentes na Universidade Tecnológica Federal do Pa-raná para a realização dos ensaios experimentais, bem como a orientação dos professorese a parceria elaborada com a Copel.

A tribologia mostrou-se ser uma área amplamente estudada, pois proporciona adescoberta de materiais de engenharia modernos e com diferentes aplicações no mundoindustrial. No caso dos polímeros, o estudo é complexo, sendo necessário o uso de diversasdisciplinas para completo entendimento dos fenômenos envolvidos, uma vez que é precisoavaliar de modo químico, físico e mecânico.

83

REFERENCIAS

ASHBY, M. F. Materials Selection in Mechanical Design. [S.l.]: Pergamon PressLtd., 1999.

ASTM-G99. ASTM G99, Standard Test Method for Wear Testing with a Pin-on-Disk Apparatus, G 99-95. Philadelphia: [s.n.], 1996. 5 p.

BHUSHMAN, B. Introdution to Tribology. Oxford: [s.n.], 2001. 711 p.

BOUTIN F. F E ROCHA, L. P. C. Avaliação do Comportamento Tribológico doPolitetrafluoretino Contra Aço Inoxidável sem Lubrificação em Ensaio Pinosobre Disco. 2015.

CALLISTER, J. W. D. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução, 7ªed. Rio de Janeiro: [s.n.], 2008. 705 p.

CANEVAROLO, S. V. Ciência dos Polímeros. [S.l.]: Artliber, 2006.

CARDOSO, F. A. Estudo do desempenho dos compostos de borracha utilizadosna fabricação da banda de rodagem dos pneus automotivos em função dospavimentos das rodovias. 2010.

CONTEM. IGARTUA, A. Study of PTFE composites tribological behavior. 2012.

COUSSEAU T. ACERO, J. S. R. . S. A. Tribological response of fresh and usedengine oils: The effect of surface texturing, roughness and fuel type. 2015.

CROWFORD, R. J. Plastics Engineering. Oxford: [s.n.], 1998. 505 p.

CRUZ, D. C.Desgaste por abrasão de poliuretano utilizada na indústria mínero-metalúrgica. 2006.

CRUZ, D. F. Projetos Mecânicos. 2012.

EBNESAJJAD, S. Introduction to Fluoropolymers. Oxford: [s.n.], 2013.

FEYZULLAHOGLU E SAFFAK, Z. The tribological behavior of different engi-neering plastics under dry friction conditions. [S.l.]: Design, 2008.

FÉLIX, G. B. Estudo da Incorporação de Resíduo Polimérico no Asfalto – Pro-priedades Físicas. 2009.

HORST, C. Tribology: A systems approach to the science and technology offriction, lubrication and wear. New York: [s.n.], 1978.

HUTCHINGS, I. M. Tribology. Oxford: [s.n.], 1992. 273 p.

KHODDAMZADEH A. LIU, R. . W. X. Novel Polytetrafluoroethylene (PTFE)Composites with Newly Developed Tribaloy Alloy Additive for Sliding Bea-ring. [S.l.: s.n.], 2009. 646-657 p.

KLOECKNERMETALS. Manual Técnico de Aço Inoxidável. 2011.

Referências 84

LIMOL, L. L. Sobre a influência da carga normal e do tamanho da partículano desgaste abrasivo de materiais elastoméricos empregados na indústria debeneficiamento de minério. 2014.

LIU Y SCHAEFER, J. A. The Sliding Friction of Thermoplastic Polymer Com-posites Tested at Low Speeds. [S.l.: s.n.], 2006. 568-577 p.

MAGALHAES A. B BAPTISTA, A. P. Introdução a Tribologia. [S.l.]: Porto, 1983.

MAIO, J. A. M. Comportamento Tribológico de Polietilenos. 2012.

MARU, M. M. Estudo do desgaste e atrito de um par sob deslizamento lubrifi-cado. Tese (Doutorado) — Escola politécnica de São Paulo, 2003.

MYSHKIN N. K PETROKOVETS M. I KOVALEV, A. V. Tribology of polymers:Adhesion, friction, wear and mass-transfer. 2005.

NEALE, M. J. The Tribology Handbook. [S.l.]: Butterworth Heinemann, 1995.

NORTON, R. L. Projeto de Máquinas -: Uma Abordagem. [S.l.]: Artmed, 2004.

NORTON, R. L. Projeto de Máquinas -: Uma Abordagem. [S.l.]: Artmed, 2013.

QUAGLINI V DUBINI, P. . F. D. . P. C. Influence of counterface roughness onfriction properties of engineering plastics for bearing applications. [S.l.]: Design,2009.

RABINOWICZ, E. Wear Coefficients - Metals. New York: [s.n.], 1980.

REIS, A. Polímeros ITA. 2010.

SEABRA, L. M. S. da C. Comportamento Tribológico de Polímeros Alimentarescontra Aço Inoxidável em Escorregamento Não Lubrificado. 2000.

SILVA C. H. TANAKA, D. K. The effect of load and relative humidity on frictioncoefficient between high density polyethylene on galvanized stell preliminaryresults. [S.l.: s.n.], 2003. 339-342 p.

SILVA, L. A. D. ESTUDO DA VIABILIDADE TÉCNICA DA UTILIZAÇÃODE MATERIAIS POLIMÉRICOS AUTOLUBRIFICANTES NO USO DEMANCAIS DE PEQUENAS UNIDADES GERADORAS HORIZONTAIS.2017.

SILVA, R. C. L. da. Mecanismos de Desgaste de Poliuretano em Ensaior deMicroabrasão. 2006.

SILVA, R. C. L. da. Desgaste de Polímeros Estruturais de Engenharia em Con-tato de Deslizamento com Cilindro Metálico. 2010.

STACHOWIAK G.W BATCHELOR, A. W. Engineering Tribology. Burlington: [s.n.],2005. 801 p.

VALE J. L SILVA, C. H. Uma discussão sobre os principais parâmetros queinfluenciam no comportamento tribológico dos termoplásticos. 2015.

Referências 85

VILAR, W. D. Quimica e tecnologia de poliuretanos. 2002.

WHITEHOUSE, D. J. Handbook of Surface and Nanometrology. [S.l.]: IOP Pu-blishing Ltd 2003, 2003.

YAMAGUCHI, Y. Tribology of Plastic Materials: Their Characteristics and Ap-plication to Sliding Components. [S.l.]: Elsevier Science, 1990.

anÁlise tribolÓgica do comportamento de...

Documents