Badanie właściwości mechanicznych warstwy wierzchniej polimerowych elementów miniaturowego łożyska ślizgowego przy użyciu mikroskopu sil atomowych

• Autorzy: Kwacz M. , Chizhik S. , Rymuza Z. , Kusznierewicz Z.

Warianty tytułu

EN

Investigation of mechanical properties of surface layer of polymeric elements of miniature slide bearing using atomic force microscope

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Szczegółowo przedstawiono podstawy teoretyczne mikroskopii sił atomowych (AFM) i przeanalizowano przebieg uzyskiwanej tą metodą krzywej siła-odleglość stanowiącej podstawę pomiarów modułu sprężystości powierzchniowych warstw materiałów. Scharakteryzowano własną modyfikację metody AFM (warianl dynamicznej mikroskopii sił) polegającą na wprowadzeniu sondy pomiarowej w rezonansowy ruch drgający i następnym zbliżaniu oscylującej sondy do badanej powierzchni próbki. Analizowaną funkcje stanowi tutaj krzywa amplituda-odległość. Omówioną metodę wykorzystano do zbadania zależności modułu sprężystości (E) rożnych materiałów polimerowych (terpolimeru ABS, poliamidów, poliwęglanu, polistyrenu i poliacetalu) od głębokości wnikania sondy. Ustalono, że niezależnie od rodzaju polimeru E przybiera maksymalne wartości na powierzchni swobodnej (bez obciążenia, głębokość wnikania ostrza 0 nm). Największym modułem spośród badanych polimerów charakteryzował się poliwęglan oraz poliacetal zawierający 20 % mas. politetrafluoroetylenu. Wyniki pracy wskazują na konieczność uwzględniania zmienności E, w obliczeniach tarcia i właściwości mechanicznych odkształcanych współpracujących powierzchni.

EN

Theoretical fundamentals of atomic force microscopy (AFM) have been presented in details. The course of force-distance curve being the base of measurements of modulus of elasticity of material surface layer, obtained using AFM method, has been analyzed (Figs. 1 and 2). The own modification of AFM method (dynamic force spectroscopy variant) was characterized. It bases on putting the testing probe in resonant vibration and further vibrating probe approach to the investigated sample surface (Fig. 3). Amplitude-distance curve (Fig. 4) consists here the analyzed function. The method described has been used to investigate the dependence of modulus of elasticity (E) on the depth of probe indentation, for various polymeric materials (ABS terpolymer, polyamides, polycarbonate, polystyrene or polyacetal) (Fig. 6). It was found that E reaches maximal value on a free surface (without a load, point indentation depth about 0 nm) independently on the type of polymer. Polycarbonate and polyacetal containing 20 wt. % of polytetrafluoroethylene showed the highest values of a modulus from all the polymers investigated. The results obtained show the necessity of taking E variability into account in calculations of friction or mechanically deformed mating surfaces.

Słowa kluczowe

PL

mikroskopia sił atomowych; rezonansowy tryb pracy; warstwa wierzchnia polimerów; moduł sprężystości

EN

atomic force microscopy (AFM); resonant operating mode; polymer surface layer; modulus of elasticity

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2004
• Tom: T. 49, nr 7-8
• Strony: 551--557
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys.

Twórcy

autor

Kwacz M.

• Politechnika Warszawska, Wydział Mechatroniki, Zakład Mechaniki Stosowanej, ul. św. Andrzeja Boboli 8, 02-525 Warszawa

autor

Chizhik S.

autor

Rymuza Z.

• Politechnika Warszawska, Wydział Mechatroniki, ul. św. Andrzeja Boboli 8, 02-525 Warszawa

autor

Kusznierewicz Z.

• Politechnika Warszawska, Wydział Mechatroniki, ul. św. Andrzeja Boboli 8, 02-525 Warszawa

Bibliografia

• 1. Żenkiewicz M.: "Adhezja i modyfikowanie warstwy wierzchniej tworzyw wielkocząsteczkowych", WNT, Warszawa 2000.
• 2. Żenkiewicz M.: Polimery 2003, 48, 665.
• 3. Żenkiewicz M.: Polimery 2000, 45, 81.
• 4. Bieliński D.: Polimery 2001, 46, 684.
• 5. Bieliński D., Głąb P., Ślusarski L.: Polimery 2001, 46, 494.
• 6. Kuczmaszewski J.: Polimery 2001, 46, 792.
• 7. Gancarz L, Pigłowski J.: Polimery 2001, 46, 622.
• 8. Bry jak M.: Polimery 2001, 46, 785.
• 9. Kaczmarek H., Czajka R., Nowicki M., Oldak D.: Polimery 2002, 47, 775.
• 10. Kaczmarek H., Czajka R., Nowicki M., Wiśniewski M.: Polimery 2003, 48, 91.
• 11. Tsukruk V V, Sidorenko A., Gorbunov V. V, Chizhik S. A.: Langmuir 2001, 17, 6715.
• 12. Gardner J. W., Varadan V K., Awadelkarim O. O.: Microsensors MEMS and Smart Devices, J. Willey, Chichester 2001.