desgaste por deslizamento de polímeros

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1 Atrito nos polímeros O contato polímero-polímero ou polímero- metal é plástico. E/H metais = 100, E/H polímeros 10, menor índice de plasticidade. As propriedades dos polímeros dependem fortemente do tempo (viscoelásticos). Ex tensão de escoamento aumenta muito com a taxa de deformação 05 – Desgaste por deslizamento de Polímeros

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Aula 5 do curso Introdução ao estudo do atrito e do desgaste. Realizado por INES, UCS e Simecs, na UCS em junho de 2009.

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Page 1: Desgaste por deslizamento de polímeros

1

Atrito nos polímeros

O contato polímero-polímero ou polímero-metal é plástico. E/H metais = 100, E/H polímeros 10, menor índice de plasticidade.

As propriedades dos polímeros dependem fortemente do tempo (viscoelásticos). Ex tensão de escoamento aumenta muito com a taxa de deformação

05 – Desgaste por deslizamento

de Polímeros

Page 2: Desgaste por deslizamento de polímeros
Page 3: Desgaste por deslizamento de polímeros
Page 4: Desgaste por deslizamento de polímeros

4

05 – Desgaste de Polímeros

Page 5: Desgaste por deslizamento de polímeros

5

Atrito nos polímeros

– µ varia muito com a força normal, velocidade de deslizamento e temperatura. Tabelas de coeficiente de atrito são inúteis!

– µ pode ser modelado por um termo de deformação e um termo de adesão

05 – Deslizamento de polímeros

Page 6: Desgaste por deslizamento de polímeros

6

Atrito nos polímeros - deformação

Esfera sobre plano com lubrificação

05 – Deslizamento de polímeros

Coeficiente de atrito por rolamento e fator de perda viscoelástica /G-1/3 em função da temperatura..

Page 7: Desgaste por deslizamento de polímeros

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Atrito nos polímeros - adesãoPolímero sobre plano metálico (“antes da formação de filme”

– Contato predominantemente elástico área real não aumenta linearmente com a carga e, portanto µ diminui com força normal (baixas cargas, superfícies lisas).

Page 8: Desgaste por deslizamento de polímeros

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Atrito nos polímeros - adesãoPolímero sobre plano metálico (“depois da formação de filme”

Adesão determinada pela força de ligação entre polímero e metal. Forças fracas, semelhantes em intensidade, ás que unem lateralmente as cadeias de polímeros. (ex. Óleos x ácidos)

– A rugosidade do corpo rígido é importante!!

05 – Deslizamento de polímeros

3.32

Page 9: Desgaste por deslizamento de polímeros

Fatores que afetam o coeficiente de atrito velocidade

PEAD

Page 10: Desgaste por deslizamento de polímeros

Fatores que afetam o coeficiente de atrito força normal

Poliamida

PEAD

Page 11: Desgaste por deslizamento de polímeros

Fatores que afetam o coeficiente de atrito força normal

PEAD

LODGE Ft = µ Pn

Page 12: Desgaste por deslizamento de polímeros

Fatores que afetam o coeficiente de atrito temperatura média no contato - PV

A temperatura média no contato depende do produto PV

Page 13: Desgaste por deslizamento de polímeros

Temperatura média no contato PV

Page 14: Desgaste por deslizamento de polímeros

Temperatura média no contato PV

Os dados estimularam a análise visando a modelagem

Page 15: Desgaste por deslizamento de polímeros

Temperatura média no contato PV

Page 16: Desgaste por deslizamento de polímeros

Fatores que afetam o coeficiente de atrito umidade

A temperatura média no contato depende do produto PV

Page 17: Desgaste por deslizamento de polímeros

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Atrito nos polímeros - adesão

(b) Carga aplicada = 2,0 N

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Coef

. de

atrit

o

40

45

50

55

60

65

Umid

. rel

.[%]

Coef. de atrito

Umidade relativa

(a) Carga aplicada = 0,5 N

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0 1000 2000 3000 4000 5000

Coe

f. de

atr

ito

40

45

50

55

60

65

Um

id. r

el.[%

]

Coef. de atrito

Umidade relativa

(d) Carga aplicada = 20,0 N

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0 1000 2000 3000 4000 5000Distância percorrida [m]

Co

ef.

de

atr

ito

40

45

50

55

60

65

Um

id. r

el. [

%]

Coef. de atrito

Umidade relativa

Certamente efeito químico na interface.Verificar se elevação de força normal reduz µ

Page 18: Desgaste por deslizamento de polímeros

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– A rugosidade do corpo rígido é importante!!

Baixa rugosidade do contracorpo – desgaste controlado por adesão – PROCESSO DE DESGASTE INTERFACIAL

Rugosidade elevada do contra corpo – desgaste controlado por deformação (abrasão ou fadiga) PROCESSO DE DESGASTE COESIVO (???)

Desgaste dos polímeros

Page 19: Desgaste por deslizamento de polímeros

19

MECANISMOS DE DESGASTE REGIÃO COESIVA

Deformação predominantemente plástica – ABRASÃO

Deformação predominantemente elástica – FADIGA

A transição entre os dois modos não é abrupta

Desgaste dos polímeros

Page 20: Desgaste por deslizamento de polímeros

20

MECANISMOS DE DESGASTE REGIÃO INTERFACIAL

Ocorrem na interface ou próximo da interface

Adesão, destacamento de cadeias, formação de filme sobre o substrato (e as vezes transferência de volta para o polímero) são os mecanismos básicos

Desgaste dos polímeros

Page 21: Desgaste por deslizamento de polímeros

Modos de transferência Mecanismo de transferência normal

MECANISMOS DE DESGASTE REGIÃO

INTERFACIAL

Page 22: Desgaste por deslizamento de polímeros

Crescimento de junção

(a) Esquema de um cristal de polímero

(b) estrutura do cristal após deslizamento

•Deformação plástica

•Filme de transferência

MECANISMOS DE DESGASTE REGIÃO

INTERFACIAL

Page 23: Desgaste por deslizamento de polímeros

ondulação provocada por deformação plástica (500 x)

A seta indica o sentido de deslizamento

Filme de transferência de PEAD (1580 x).

MECANISMOS DE DESGASTE REGIÃO

INTERFACIAL

Page 24: Desgaste por deslizamento de polímeros

- MEV pino de UHMWPE (Aço Inox R3, 0,1 m/s e 50 N). Filme formado de camadas mostrando o destacamento de uma lâmina

Atrito no amaciamento “running in”

MECANISMOS DE DESGASTE REGIÃO

INTERFACIAL

Page 25: Desgaste por deslizamento de polímeros

VARIÁVEIS QUE AFETAM O DESGASTE

Page 26: Desgaste por deslizamento de polímeros

VARIÁVEIS QUE AFETAM O DESGASTE RUGOSIDADE

Page 27: Desgaste por deslizamento de polímeros

VARIÁVEIS QUE AFETAM O DESGASTE RUGOSIDADE

Page 28: Desgaste por deslizamento de polímeros

VARIÁVEIS QUE AFETAM O DESGASTE P - V

Page 29: Desgaste por deslizamento de polímeros

0,1M/s 50N

VARIÁVEIS QUE AFETAM O DESGASTE

0,1M/s 200N0,1M/s 100N

Page 30: Desgaste por deslizamento de polímeros

VARIÁVEIS QUE AFETAM O DESGASTE

Page 31: Desgaste por deslizamento de polímeros

VARIÁVEIS QUE AFETAM O DESGASTE Rugosidade

Não a mesma tendência que POM X ALUMINA

Page 32: Desgaste por deslizamento de polímeros

VARIÁVEIS QUE AFETAM O DESGASTE MATERIAL

Material do pino POM X UHMWPEMaterial do disco INOX X ALUMINA

Page 33: Desgaste por deslizamento de polímeros

Melhora o entendimento

DESGASTE E SEVERIDADE GLOBAL

Page 34: Desgaste por deslizamento de polímeros

DESGASTE E SEVERIDADE GLOBAL

Melhora o entendimento

Page 35: Desgaste por deslizamento de polímeros

ATRITO E SEVERIDADE GLOBAL

Não explica! O coeficiente de atrito foi função do material

Page 36: Desgaste por deslizamento de polímeros

MECANISMOS DE DESGASTE E SEVERIDADE GLOBAL

Page 37: Desgaste por deslizamento de polímeros

Bibliografia

SILVA, C.H. Estudo do efeito da carga normal e da velocidade no coeficiente de atrito do par polietileno de alta densidade e aço carbono galvanizado. Dissertação de Mestrado, 1998. PPGEM.SILVA, C.H., TANAKA, D. SINATORA . The effect of load and relative humidity on friction coefficient between high density polyethylene on galvanized steel – preliminary results. Wear 225-229 (1999) 339-342.SILVA, C.H., SINATORA . Development of severity parameter for wear study of thermoplastics 263 (2007) 957-964.

Page 38: Desgaste por deslizamento de polímeros
Page 39: Desgaste por deslizamento de polímeros
Page 40: Desgaste por deslizamento de polímeros

Classificação geral sobre mecanismos de dissipação de energia responsáveis pelo atrito e pelo desgaste de polímeros