Analysis of tribological properties of selected PTFE-based polymer composites in a sliding interaction with aluminium oxide (Al2O3)

• Autorzy: Skoneczny W. , Kaptacz S. , Barylski A. , Kmita T.

Warianty tytułu

PL

Analiza właściwości tribologicznych wybranych kompozytów polimerowych na bazie PTFE współpracujących ślizgowo z tlenkiem glinu (Al2O3)

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the microstructure and mechanical and tribological properties of polymer composites based on polytetrafluoroethylene (PTFE) intended for use in friction couples where reciprocating motion is performed, e.g., in compressors or actuators. Micromechanical tests carried out using the Oliver-Pharr method showed that the PTFE composite with a 40% bronze content (T8B) had the most advantageous mechanical properties (hardness H, Young’s modulus E). In turn, tribological tests that were conducted using a ballon-disc tester in the linear (reciprocating) motion showed that the polytetrafluoroethylene composite with a mixture of 25% bronze powder and 15% graphite (T4GM) had the lowest tribological wear. The tribological properties of composite T5W with 25% graphite content were not much worse. Despite the most favourable mechanical parameters, the tribological wear of composites T8B and PTFE with glassy carbon (T3Ws) was nearly twice higher due to the absence of grease formed by a graphite filling. The results show that the use of composites containing a bronze-graphite filling improves the service life of lubricant-free friction couples that perform reciprocating motion.

PL

W artykule przedstawiono mikrostrukturę, właściwości mechaniczne i tribologiczne kompozytów polimerowych na osnowie politetrafluoroetylenu z myślą o zastosowaniu w węzłach tarcia urządzeń realizujących ruch posuwisto-zwrotny takich jak sprężarki oraz siłowniki. Technika pomiaru twardości instrumentalnej pozwoliła w oparciu o metodę Olivera-Pharra wyznaczyć twardość (H) i moduł Younga (E). Najkorzystniejsze właściwości mechaniczne miał kompozyt PTFE z 40% zawartością brązu (T8B). Badania tribologiczne przeprowadzono z kolei na stanowisku kula–tarcza w ruchu liniowym (posuwisto-zwrotnym). Testy wykazały, że najmniejszym zużyciem tribologicznym charakteryzował się kompozyt politetrafluoroetylenu z mieszanką 25% proszku brązu i 15% grafitu (T4GM). Niewiele gorsze właściwości tribologiczne miał kompozyt T5W z 25% zawartością węgla. Pomimo najkorzystniejszych parametrów mechanicznych kompozyty T8B oraz PTFE z węglem szklanym (T3Ws) charakteryzowały się blisko 2-krotnie wyższym zużyciem tribologicznym ze względu na brak obecności smaru stałego w postaci wypełnienia grafitem. Otrzymane wyniki wskazują, że zastosowanie kompozytów zawierających wypełnienie brąz–grafit sprzyja poprawie trwałości eksploatacyjnej bezsmarowych węzłów tarcia realizujących ruch posuwisto-zwrotny.

Słowa kluczowe

EN

wear; friction modifiers; hardness; PTFE; surface roughness

PL

zużycie; modyfikatory tarcia; twardość; PTFE; chropowatość powierzchni

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2018
• Tom: nr 4
• Strony: 107--112
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Skoneczny W.

• University of Silesia in Katowice, Institute of Technology and Mechatronics, ul. Żytnia 10, 41-200 Sosnowiec, Poland

autor

Kaptacz S.

• University of Silesia in Katowice, Institute of Technology and Mechatronics, ul. Żytnia 10, 41-200 Sosnowiec, Poland

autor

Barylski A.

• University of Silesia in Katowice, Institute of Materials Science, ul. 75 Pułku Piechoty 1A, 41-500 Chorzów, Poland

autor

Kmita T.

• University of Silesia in Katowice, Institute of Technology and Mechatronics, ul. Żytnia 10, 41-200 Sosnowiec, Poland

Bibliografia

• 1. Samyn P., Schoukens G.: Tribological properties of PTFE-filled thermoplastic polyimide at high load, velocity, and temperature. Polymer Composites, 30, 2009, pp. 1631–1646.
• 2. Chen X., Hui S.: Ratcheting behavior of PTFE under cyclic compression Polymer Testing. 24, 2005, pp. 829–833.
• 3. Zheng X., Wen X., Gao J., Yu J., Liu W., Xu J.: Temperature-dependent ratcheting of PTFE gaskets under cyclic compressive loads with small stress amplitude. Polymer Testing, 57, 2017, pp. 296–301.
• 4. Vavlekas D., Ausari M., Hao H., Fremy F., McCoy J. and Hatzikiriakos S.: Zero Poisson’s ratio PTFE in uniaxial extension. Polymer Testing, 55, 2016, pp. 143–151.
• 5. Lim W., Khadem M., Anle Y. and Kim D.: Fabrication of polytetrafluoroethylene–carbon nanotube composite coatings for friction and wear reduction. Polimer Composites, Wiley Online Library, 2016, DOI 10.10002/pc.24135.
• 6. Mohammadi M., Ghorbani M.: Wear and corrosion properties of electroless nickel composite coatings with PTFE and/or MoS2 particles. J. Coat. Technol., 8, 2011, pp. 527–533.
• 7. Palmer S., Hall W.: Objective Surface Evaluation of Fiber Reinforced Polymer Composites. Appl. Compos. Mater., 20, 2013, pp. 627–637.
• 8. Li H., Zeng F., Yin Z., Jiang D., Huo Y.: A study on the tribological behavior of hybrid PTFE/Kevlar fabric composites filled with nano-SiC and/or submicron-WS2 fillers. Polymer Composites, 37, 2016, pp. 2218–2226.
• 9. Wang Y., Lim S., Luo J. L., Xu Z. H.: Tribological and corrosion behaviors of Al2O3/polymer nanocomposite coatings. Wear, 260, 2005, pp. 976–983.
• 10. Barylski A., Maszybrocka J., Kupka M., Aniołek K., Kaptacz S.: Radiation-chemical modification of PTFE in the presence of graphite. J. of Appl. Polym. Science, 132, 2015, pp. 1–8.
• 11. Zhang Z., Xue Q., Liu W., Shen W.: Friction and wear characteristics of fiber- and whisker-reinforced PTFE composites under oil lubricated conditions. J. of Appl. Polym. Science, 70, 1998, pp. 1455–1464.
• 12. Bara M., Skoneczny W., Kaptacz S.: Charakterystyki tribologiczne warstwy Al2O3 modyfikowanej grafitem w skojarzeniu ślizgowym z kompozytami polimerowymi. Tribologia, 4, 2009, pp. 23–32.
• 13. Kmita T., Bara M.: Surface oxide layers with an increased carbon content for applications in oil-less tribological systems. Chemical and Process Engineering, 33, 2012, pp. 479–486.
• 14. Bara M., Służałek G., Wistuba H.: Właściwości tribologiczne powłok tlenku aluminium modyfikowanych węglem. Tribologia, 3, 2010, pp. 11–19.
• 15. Bara M.: Wpływ modyfikacji radiacyjnej na właściwości tribologiczne tworzyw T5W, T7W stosowanych w układach kinematycznych. Tribologia, 3, 2013, pp. 9–16.
• 16. Oliver W. C., Pharr G. M.: An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments. Journal of Materials Research, 7, 1992, pp. 1564–1583.
• 17. ASTM G133-05(2016), Standard Test Method for Linearly Reciprocating Ball-on-Flat Sliding Wear, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2016.
• 18. Wieleba W., Capanidis D., Żeliszewski J.: Wpływ wybranych napełniaczy stosowanych w kompozytach PTFE na współczynnik tarcia statycznego po stali. Tribologia, 6, 2010, pp. 187–197.
• 19. Wieleba W.: Analiza procesów tribologicznych zachodzących podczas współpracy kompozytów PTFE ze stalą. Prace Naukowe Instytutu Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn Politechniki Wrocławskiej, 2002.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).