Sclerometric and Tribological Properties of Polytetrafluoroethylene with 40% Bronze Content Formed by Electron Beam Irradiation

• Autorzy: Barylski Adrian , Aniołek Krzysztof , Kaptacz Sławomir

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0013.5429

Warianty tytułu

PL

Właściwości sklerometryczne i tribologiczne policzterofluoroetylenu z 40% zawartością brązu kształtowanego przez napromieniowanie strumieniem elektronów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper focuses on the improvement of sclerometric and tribological properties of polytetrafluoroethylene (PTFE) with 40% bronze content implied by irradiation with an electron beam of 10 MeV and a power of 10 kW, in a dose of 26–156 kGy. The results of the study confirm that radiation modification of the PTFE-bronze composite causes structural changes induced by breaking of bonds in long PTFE chains and the branching of the polymer structure. As a result, an increase in such properties as the wear resistance ratio, Wβ, is observed. In addition, sclerometric tests have shown that, with an increase of the absorbed radiation dose, the groove-to-elevation area ratio changes during scratching, which indicates a change in the micromechanism of wear, i.e. the material undergoes ploughing. From the operating point of view, the most important were tribological tests, which were carried out on a pin-on-disc test stand (T-01). The tests showed a nearly fourfold reduction in wear at a load of 20 N and more than a threefold reduction at 40 N. Controlled radiation modification leads to improved properties of the PTFE-bronze composite, which may result in a wider range of its applications.

PL

W pracy skoncentrowano uwagę na poprawie właściwości sklerometrycznych i tribologicznych politetrafluoroetylenu z 40% zawartością brązu implikowanych przez napromieniowanie strumieniem elektronów o energii wiązki 10 MeV i mocy 10 kW oraz dawce 26–156 kGy. Wyniki badań potwierdzają, że modyfikacja radiacyjna, jakiej poddany został kompozyt PTFE–brąz, powoduje zmiany strukturalne wywołane zrywaniem wiązań w długich łańcuchach PTFE oraz rozgałęzianiem się struktury polimeru. W konsekwencji obserwuje się wzrost takich właściwości jak wskaźnik odporności na zużycie Wβ. Badania sklerometryczne wykazały ponadto, że wraz ze wzrostem pochłoniętej dawki promieniowania zmienia się stosunek powierzchni wyżłobienia i wypiętrzenia podczas zarysowania, co świadczy o zmianie mikromechanizmu zużycia – materiał ulega bruzdowaniu. Z punktu widzenia eksploatacyjnego najważniejsze było przeprowadzenie badań tribologicznych, które wykonano na stanowisku trzpień–tarcza (T-01). Badania wykazały blisko 4-krotne ograniczenie zużycia przy zastosowaniu obciążenia 20 N oraz ponad 3-krotne przy zwiększeniu obciążenia do 40 N. Kontrolowana modyfikacja radiacyjna prowadzi do poprawy właściwości kompozytu PTFE–brąz, co może prowadzić do poszerzenia spektrum jego zastosowań.

Słowa kluczowe

EN

PTFE with a 40% bronze content; radiation modification; wear micromechanism; sliding wear resistance ratio; wear

PL

PTFE z 40% zawartością brązu; modyfikacja radiacyjna; mikromechanizm zużycia; wskaźnik odporności na zużycie ścierne; zużycie

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2019
• Tom: nr 3
• Strony: 13--17
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., wykr., wz.

Twórcy

autor

Barylski Adrian

• University of Silesia, Institute of Materials Science, 75 Pułku Piechoty 1A Street, 41-500 Chorzów, Poland

autor

Aniołek Krzysztof

• University of Silesia, Institute of Materials Science, 75 Pułku Piechoty 1A Street, 41-500 Chorzów, Poland

autor

Kaptacz Sławomir

• University of Silesia, Institute of Technology and Mechatronics, Żytnia 12 Street, 41-200 Sosnowiec, Poland

Bibliografia

• 1. Olabisi O., Adewale K.: Handbook of thermoplastics, Boca Raton FL: CRC Press, 2016.
• 2. Rossa B. B., Fluorocarbon polymers in the Chemical Industry, Praktische Chemie 15, 1964, pp. 64–73.
• 3. Cox J. M., Wright B. A., Wright W. W.: Thermal degradation of fluorine-containing polymers, J Appl Polym Sci 8, 964, pp. 2935–2961.
• 4. Briscoe B. J., Ni Z.: The influence of γ-irradiation on the tribology of ptfe and high density polythene, Wear 100, 1984, pp. 221–242.
• 5. Perry H. R., Green D. W., Maloney J. O.: Perry’s chemical engineers’ handbook, 6th ed. New York: McGraw-Hill, 1984.
• 6. Tanaka K., Uchiyama Y., Toyooka S.: The mechanism of wear of polytetrafluoroethylene, Wear 23, 1973, pp. 153–177.
• 7. Ebnesajjad S.: Expanded PTFE Applications Handbook, Oxford UK: Elsevier, 2017.
• 8. Khedkar J., Negulescu I., Meletis E. I.: Sliding wear behavior of PTFE composites, Wear 252, 2002, pp. 361–369.
• 9. Pengpeng Y., Jian W., Liwen M., Dafang H., Xin F., Xiaohua L.: Tribological behaviors of carbon series additions reinforced CF/PTFE composites at high speed, Applied Polymer Science 133, 2016, pp. 43236–43245.
• 10. Unal H., Sen U., Mimaroglu A.: Study of abrasive wear volume map for PTFE and PTFE composites, Appl Compos Mater 14, 2007, pp. 287–306.
• 11. Tabata Y., Suzuki H., Ikeda S.: Radiation modification of PTFE and its application, Radiation physics and chemistry 84, 2013, pp. 14–19.
• 12. Lappan U., Geibler U., Hauber L., Jehnichen D., Pompe G., Lunkwitz K.: Radiation-induced branching and crosslinking of polytetrafluoroethylene (PTFE), Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 185, 2001, pp. 178–183.
• 13. Oshima A., Tabata Y., Kudoh H., Seguchi T.: Radiation induced crosslinking of polytetrafluoroethylene, Radiation Physics and Chemistry 45, 1995, pp. 269–273.
• 14. Forsythe J. S., Hill D. J. T.: The radiation chemistry of fluoropolymers, Progress in polymer science 25, 2000, pp. 101–136.
• 15. Barylski A., Maszybrocka J., Kupka M., Aniołek K., Kaptacz S.: Radiation-chemical modification of PTFE in the presence of graphite, Journal of Applied Polymer Science 132, 2015, pp. 42348–42355.
• 16. Lunkwitz K., Lappan U., Scheler U.: Modification of perfluorinated polymers by high energy radiation, Journal of Fluorine Chemistry 125, 2004, pp. 863–873.
• 17. Lunkwitz K., Lappan U., Lehmann D.: Modification of fluoropolymers by means of electron beam irradiation, Radiation Physics and Chemistry 57, 2000, pp. 373–376.
• 18. Khatipov S. A., Serov S. A., Sadovskaya N. V., Konova E. M.: Morphology of polytetrafluoroethylene before and after irradiation, Radiation Physics and Chemistry 81, 2012, pp. 256–263.
• 19. Samborski T. M.: Method of identifying stereometric wear. The doctoral dissertation. Cracow University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Kraków, 2002.
• 20. Jardret V., Zahouani H., Loubet J. L., Mathia T. G.: Understanding and quantification of elastic and plastic deformation during a scratch test Wear 218, 1998, pp. 8–14.
• 21. Hokkirigawa K., Kato K.: An experimental and theoretical investigation of ploughing, cutting and wedge formation during abrasive wear. Tribology Int. 21, 1988, pp. 51–57.
• 22. Czichos H., Becker S., Lexow J.: Multilaboratory tribotesting: results from the VAMAS program on wear test methods, Wear 114, 1987, pp. 109–130.
• 23. ASTM G99-17, Standard Test Method for Wear Testing with a Pin-on-disk Apparatus, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2017.
• 24. Barylski A., Kaptacz S., Aniołek K., Kupka M.: The effect of irradiation with an electron beam on mechanical, sclerometric and tribological properties of PTFE with a graphite additive. Tribologia 3, 2016, pp. 29–36.
• 25. Barylski A., Kaptacz S., Skoneczny W., Kupka M., Aniołek K.: Thermal, mechanical, and tribological properties of PTFE composite with 20% graphite content irradiated with an electron beam. Tribologia 4, 2017, pp. 17–20.

Uwagi

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