Warstwa wierzchnia a tarcie elastomerów

• Autorzy: Bieliński D.

Warianty tytułu

EN

The surface layer and friction of elastomers

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Metodami mikroskopii sił atomowych (AFM), mikroindentacji, spektroskopii fotoelektronowej (XPS), mikroanalizy chemicznej oraz mikrotribologii zbadano skład chemiczny fizycznej warstwy wierzchniej (głębokość g < 5 nm) oraz właściwości mechaniczne technicznej warstwy wierzchniej (g = 2-6 urn) wulkanizatów c/s-l,4-poliizoprenu (IR) o zbliżonej gęstości usieciowania (tabela 1) różniących się stopniem siarczkowości węzłów sieci przestrzennej (tabela 2). Zwrócono uwagę na zjawisko migracji malocząsteczkowych substancji wchodzących w skład zespołu sieciującego oraz produktów ubocznych wulkanizacji na powierzchnię próbek. Niektóre z tych substancji, np. stearynian cynku, tworzą warstwę zewnętrzną, która działa jak swego rodzaju smar (rys. 1). Siła tarcia wulkanizatów poddanych ekstrakcji wzrasta kilkakrotnie w porównaniu z siłą tarcia tych samych próbek badanych przed ekstrakcją. Stwierdzono istnienie powierzchniowego gradientu twardości, który nie jest spowodowany nadmiarem substancji sieciujących, migrujących na powierzchnię. Najprawdopodobniej stanowi on przejaw "dojrzewania" sieci przestrzennej, polegającego na przegrupowaniu wiązań polisiarczkowych z utworzeniem większej liczby mostków monosiarczkowych. Nie można również wykluczyć wpływu słabej przewodności cieplnej elastomerów, odpowiedzialnej za gradient temperatury wulkanizacji. Wzrost swobodnej energii powierzchniowej, będący skutkiem większej polarności wulkanizatów o węzłach polisiarczkowych, wraz ze wzrostem stratności mechanicznej technicznej warstwy wierzchniej [mierzonej jako stosunek twardości do modułu Younga (H/E)] tłumaczą wyniki badań tribologicznych w mikroskali (rys. 4). Tarcie wulkanizatów rośnie wraz ze wzrostem stopnia siarczkowości węzłów sieci (rys. 5).

EN

Atomic force microscopy (AFM), microindentation, X-ray pho-toelectron spectroscopy (XPS), chemical microanalysis and microtribology were used to study the chemical composition of the surface layer (to within 5 nm deep) and the mechanical properties of the technical surface layer (2-6 jam deep) of poly(ris-l,4-isoprene) vulcanizates (IR) of fairly related crosslink densities (Table 1) and differing degrees of crosslink sulfidity (Table 2). The low-M constituents of the curing system and some vulcanization by-products were found to migrate onto the IR surface. Constituents like zinc stearate were found to produce an external layer that exhibited lubricating properties. In (EtOH-Ac2O)-extracted vulcanizates, the friction force was several times higher than that in non-extracted vulcanizates. Hardness exhibited a surface gradient unrelated to the excess of the curing system constituents that migrated onto the surface. The gradient is believed to be due to "maturation" of the spatial crosslink network involving rearrangement of polysulfide bridges and formation of more monosulfide crosslinks. IR's slow heat transfer, responsible for the gradient of vulcanization temperature, cannot be ruled out as a contributing factor. The rising polarity of polysulfide crosslinks resulted in increased free surface energy of the vulcanizates. The mechanical loss of the technical surface layer (augmented hysteresis of surface layer), measured as the hardness-to-Young's modulus ratio (H/E), allows to interpret the microtribological data (Fig. 4). Friction of the vulcanizates was found to rise as the degree of sulfidity of crosslinks was raised (Fig. 5).

Słowa kluczowe

PL

wulkanizaty c/s-l,4-poliizoprenu; warstwa wierzchnia; zespół sieciujący; migracja powierzchniowa; mikroindentacja; tarcie

EN

poly(cis-1,4-isoprene) vulcanizates; surface layer; crosslinking system; migration toward surface; microindentation; friction

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2001
• Tom: T. 46, nr 10
• Strony: 684--691
• Opis fizyczny: Bibliogr. 41 poz.

Twórcy

autor

Bieliński D.

• Politechnika Łódzka Instytut Polimerów ul. Stefanowskiego 12/16, 90-924 Łódź