Tytuł artykułu
Autorzy
Wybrane pełne teksty z tego czasopisma
Identyfikatory
Warianty tytułu
Mechanical and structural properties of Ar+ - irradiated polyethylenes
Języki publikacji
Abstrakty
Celem pracy było zbadanie wpływu modyfikacji warstwy wierzchniej wybranych polietylenów wysokoenergetyczną wiązką jonów argonu na twardość oraz właściwości tribologiczne materiałów. W pracy przedstawiono wyniki badań mikrostrukturalnych i mikromechanicznych polietylenów: PE-LD, PE-HD, PE-UHMW. Próbki były bombardowane jonami argonu z energią 160 keV i 320 keV do dawek: 10^13, 10^14, 10^15 cm^-2. Bombardowanie jonami powoduje uwalnianie wodoru z polimeru (radioliza), co w istotny sposób wpływa na budowę jego makrocząsteczek i strukturę. Rozkład zawartości wodoru w warstwie wierzchniej badanych polimerów wyznaczano metodą reakcji jądrowych. Głębokość zasięgu modyfikacji zależy od zasięgu jonów i wynosi ok. 400 nm dla energii wiązki 160 keV i ok. 800 nm przy bombardowaniu polietylenów z energią 320 keV. Pomiary mikrotribologiczne badanych materiałów zostały wykonane z użyciem tribotestera z węzłem tarcia typu "kulka-płaszczyzna". Zaobserwowano wzrost współczynnika tarcia dla małych dawek bombardowania jonowego, który przy większych dawkach ulegał obniżeniu. W ramach badań właściwości mechanicznych zmierzono twardości metodą nanoindentacji przy zastosowaniu mikroskopu AFM wyposażonego w głowicę Hysitron. Wraz ze wzrostem dawki następował wzrost twardości polietylenu. Dla małych dawek zmiany były stosunkowo nieznaczne, ale w przypadku największej dawki bombardowania powierzchni PE-UHMW zanotowano prawie 40-krotny wzrost twardości materiału. Zaobserwowane zmiany właściwości mechanicznych i tribologicznych w zależności od rodzaju polietylenu oraz dawki bombardowania Ar+ można wyjaśnić modyfikacją budowy makrocząsteczek zmianami strukturalnymi zachodzącymi wskutek bombardowania jonowego. Zmiany współczynnika tarcia przedyskutowano w oparciu o wyniki pomiarów twardości i oznaczeń mikrochropowatości śladu tarcia.
The objective of the present work was to study the effects of high energy ion beam modification of surface layers of selected polyethylenes on their hardness and tribological properties. Results of microstructural and micromechanical investigations of different polyethylenes: LDPE, HDPE and UHMWPE, are presented. The samples were bombarded with Ar ions of energy 160 keV or 320 keV at three different doses of: 1x1O^13, 1x1O^14 or 1x1O^15 cm^-2. Ion bombardment result in releasing of hydrogen atoms from the surface layer of polymer (radiolysis), what significantly influences its molecular and supermolecular stucture. The depth distributions of hydrogen atoms in the surface layer of the polyethylenes studied was measured by means of nuclear reaction analysis. Thickness of the modified layer depends on the energy of ions and is equal to 400 nm or 800 nm for 160 keV and 320 keV incident ion energy, respectively. Tribological measurements were carried out using a tribotester of the „ball-on-disc" friction pair. An increase of the coefficient of friction was detected for low irradiation doses, whereas for higher doses its value was found decreasing. Hardness of the modified layers was measured with an AFM microscope equipped with a Hvsitron head, applying nanoindentaion method. An increase of hardness of polyethylene upon irradiation was noted. Forlow doses of ion bombardment the changes observed were relatively smali but e.g. for high-dose irradiated UHMWPE the final hardness is about 40 times higher than that measured for the pristine sample. Observed changes of irradiated polymers in mechanical and tribological properties are dependent on a kind of polyethylene and a dose of argon bombardment. They can be explained taking into account both molecular and supermolecular structure modifications of the material induced by the bombarding ions. Changes to the coefficient of friction of the polyethylenes were discussed on the basis of hardness data and microroughness of the friction trace.
Czasopismo
Rocznik
Tom
Strony
107--122
Opis fizyczny
Bibliogr. 15 poz., rys., tab.
Twórcy
autor
autor
autor
autor
autor
autor
autor
autor
- Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych, ul. Wólczyńska 133, 01-919 Warszawa, Anna.Piatkowska@itme.edu.pl
Bibliografia
- 1. Dong H., Bell T.: Surface and Coating Technology 1999, 111, 29.
- 2. Bieliński D.: Tribologia 2003, 4, 33.
- 3. Gierzyńska-Dolna M., Plewiński A., Wiśniewska-Weinert H.: Tribologia 3, 2005, 73.
- 4. Chen J., Zhu F, Pan H., Cao J., Zhu D., Xu H., Cai Q., Shen J., Chen L., He Z. Nucl: Instr. and Meth. B, 200, 169, 26.
- 5. Nakao A., Suzuki Y., Kaibara M., Tsukamoto T., Iwaki M.J.: Electro Spectr. Rei. Phenom. 1998, 88-91, 945.
- 6. Turos A., Jagielski J., Piątkowska A., Bieliński D., Ślusarski L., Nabil K.: Madi Vacuum, 2003, 70, 201.
- 7. Ge S., Wang Q., Zhang D., Zhu H., Xiong D., Huang Ch., Huang X.: Wear 2003, 255, 1069.
- 8. Colwell J.M., Wentrup-Byrne E., Bell J.M., Wieluński L.S.: Surface and Coating Technology, 2003, 168, 216.
- 9. Rao G.R., Balu P.J., Lee E.H.: Wear, 1995, 184, 213.
- 10. Svorcik V., Proskova K., Hnatowicz V., Rybka V.: Nucl. Instr. and Meth. B, 1999, 149, 312.
- 11. Nako A., Kaibara M., Iwaki M., Suzuki Y., Kusakabe M.: Applied Surf. Sci. 1996, 100/101, 112.
- 12. Schiestel S., Banniza P., Wolf G.K., Edinger K.: Nucl. Instr. and Meth. B, 1996, 116, 164.
- 13. Nastasi M., Tesmer J.: Ion Beam Analysis Handbook, Academic Press, N.Y., 1996.
- 14. Bieliński D., Lipiński P., Ślusarski L., Grams J., Paryjczak T., Jagielski J., Turos A., Madi N.K.: Surf. Sci. 2004, 564, 179.
- 15. Piątkowska A., Jagielski J., Turos A., Ślusarski L., Bieliński D.: Optica Applicata 2002, 32, 267.
Typ dokumentu
Bibliografia
Identyfikator YADDA
bwmeta1.element.baztech-article-BPS1-0022-0062
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.