The influence of solid lubricants on mechanical an tribological proporties of polymer composites

• Autorzy: Pawelec Z. , Molenda J. , Wolszczak M.

Warianty tytułu

PL

Wpływ smarów stałych na właściwości mechaniczne i tribologiczne kompozytów polimerowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents the results of studies on the mechanical and tribological properties of polymer composites intended for the regeneration of sliding machine elements. Chemically cured epoxy resin Epidian 5 constituted the composites’ polymer warp. Fe powder with a define content of grains and obtained by means of reduction was used as a basic filler, whereas solid lubricants of a layered structure - graphite and molybdenum disulfide - were used as the sliding additives, and polyaramid fibres in the form of pulp - as a fibrous filler. Three series of composites with different qualitative and quantitative compositions were prepared with the addition of lubricating agents in the amount varying from 10 to 30 parts by weight in a single or combined system. The composites were crosslinked with aliphatic polyamine (triethylenetetramine), and the crosslinking process was conducted at room temperature. Once the composites were cured, their mechanical properties (i.e. resistance to compression and tear, and the module and deformation at the time of bending) were checked with the use of an Instron machine for endurance tests. The tribological characteristics of the composites in dry friction conditions were determined with a T-05 roll-block type tribotester, in which a roller with a composite layer deposited on its surface played the role of a model tribological system. A steel block, on the other hand, played the role of a counter sample. The friction and wear tests were conducted at the constant speed of slide of 0.1 m/s and changeable pressures of 0.9 and 1.5 MPa. Based on the obtained friction and wear properties and the results of investigations in which scanning electron microscopy (SEM) was applied, it was concluded that the best results are displayed when solid lubricants of a layered structure are jointly applied.

PL

Przedstawiono wyniki badań właściwości wytrzymałościowych i charakterystyki tribologiczne kompozytów polimerowych przeznaczonych do regeneracji ślizgowych elementów maszyn. Polimerową matrycą kompozytów jest chemoutwardzalna żywica epoksydowa Epidian 5. Podstawowym napełniaczem jest proszek żelaza (Fe) otrzymywany metodą redukcji o określonym składzie granulometrycznym. Jako dodatki ślizgowe zastosowano smary stałe o budowie warstwowej: grafit i disiarczek molibdenu, a napełniaczem włóknistym są organiczne włókna poliaramidowe w postaci pulpy. Sporządzono trzy serie kompozytów o różnych składach jakościowych i ilościowych, zawierających dodatki smarne od 10 do 30 cz. wag. w układzie pojedynczym oraz w układzie łączonym. Do sieciowania kompozytów zastosowano poliaminę alifatyczną (trietylenotetraaminę). Proces sieciowania prowadzono w temperaturze pokojowej. Po utwardzeniu kompozytów zbadano ich właściwości mechaniczne (wytrzymałość na ściskanie i odrywanie oraz moduł i odkształcenie przy zginaniu) z wykorzystaniem maszyny wytrzymałościowej Instron. Charakterystyki tribologiczne kompozytów w warunkach tarcia technicznie suchego wyznaczono za pomocą testera T¬05 typu rolka klocek w styku rozłożonym. Modelowy węzeł tarcia stanowiła stalowa rolka z nałożoną i obrobioną na wymagany wymiar warstwą kompozytów, natomiast przeciwpróbkę stanowił stalowy klocek o geometrii styku w kształcie powierzchni łukowej o polu 1 cm2. Testy tarciowo-zużyciowe prowadzono przy stałej prędkości poślizgu 0,1 m/s i zmiennych naciskach 0,9 i 1,5 MPa. Na podstawie uzyskanych charakterystyk tarciowo-zużyciowych oraz wyników badań ze skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) i profilografii stwierdzono, że najlepsze rezultaty daje łączne zastosowanie smarów stałych o budowie warstwowej.

Słowa kluczowe

EN

polymer composite; solid lubricants; dry friction; friction coefficient; mechanical properties

PL

kompozyt polimerowy; smary stałe; tarcie suche; współczynnik tarcia; właściwości mechaniczne

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2013
• Tom: R. 13, nr 4
• Strony: 260--268
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Pawelec Z.

• Institute for Sustainable Technologies - National Research Institute in Radom, ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom, Poland

autor

Molenda J.

• Institute for Sustainable Technologies - National Research Institute in Radom, ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom, Poland

autor

Wolszczak M.

• Institute for Sustainable Technologies - National Research Institute in Radom, ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom, Poland

Bibliografia

• [1] Zieliński J., Blendy i kompozyty polimerowe, Polimery 2002, 5, 305-309.
• [2] Sikora J., Tworzywa epoksydowe jako materiały tribologiczne. Wybrane problemy tribologii, PWN, Warszawa 1990.
• [3] Fomin V.N., Malyukova E.B., Berlin A.A., Criteria for optimization of processing and fabrication of polymer composite materials, Doklady Chemistry 2004, 394, 2, 39-41.
• [4] Kozlov H.V., Burya O.I., Aloev V.Z., Application of fractal fracture mechanics to polymer and polymeric composites, Materials Sci. 2004, 40, 4, 491-496.
• [5] Ping-Hua Wang, Yuen-Zhu Wu, Qing-Ren Zhu, Polymer metal composite particles: polymer core and metal shell, J. Mater. Sci. 2002, 21, 1825-1828.
• [6] Królikowski W., Nowoczesne konstrukcyjne polimerowe materiały kompozytowe, Kompozyty 2002, 2, 3, 16-24.
• [7] Unal H., Mimaroglu A., Arda T., Friction and wear performance of some thermoplastic polymers and polymer composites against unsaturated polyester, Applied Surface Science 2006, 252, 8139-8146.
• [8] Hak Gu Lee, Seong Su Kim, Dai Gi Lee., Effect of compacted wear debris on the tribological behavior of carbon/epoxy composites, Composites Structures 2006, 74, 136-144.
• [9] Wu J., Cheng X.H., The tribological properties of Kevlar pulp reinforced epoxy composites under dry sliding and water lubricated condition, Wear 2006, 261, 1293-1297.
• [10] Żurowski W., Odporność na zużycie ścierne szklanych laminatów fenolowo-formaldehydowych z napełniaczami proszkowymi, Kompozyty 2008, 8: 3, 247-251.
• [11] Xing X.S., Li R.K.Y., Wear behavior of epoxy matrix composites filled with uniform sized sub - micron spherical silica particles, Wear 2004, 256, 21-26.
• [12] Wolszczak M., Pawelec Z., Molenda J., Wrona M., Wpływ parametrów geometrycznych napełniaczy metalicznych na właściwości wytrzymałościowe kompozytów na osnowie żywicy chemoutwardzalnej, Problemy Eksploatacji 2008, 4, 239-249.
• [13] Przepiórka J., Szczerek M., The modification of metal-polymer tribological system, 2nd World Tribology Congress, Vienna 2001.
• [14] Bassani R., Levita G., Meozzi M., Palla G., Friction and wear of epoxy resin on inox steel: remarks on the influence of velocity, load and induced thermal state, Wear 2001, 247, 125-132.
• [15] Capanidis D., Wieleba W., Ziemiański K., Polimerowe łożyska ślizgowe z tworzyw termoplastycznych, Poradnik Tribologii i Tribotechniki. Tribologia 1995, 6.