Thermal, mechanical, and tribological properties of PTFE composite with 20% graphite content irradiated with an electron beam

• Autorzy: Barylski A. , Kaptacz S. , Skoneczny W. , Kupka M. , Aniołek K.

Warianty tytułu

PL

Właściwości termiczne, mechaniczne i tribologiczne kompozytu PTFE z 20% zawartością grafitu napromieniowanego strumieniem elektronów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper investigated the effect of irradiation with an electron beam of energy 10 MeV in doses of 26–156 kGy on polytetrafluoroethylene with a 20% graphite additive. The tests have shown that changes in thermal properties of the composite (heat of crystallization, melting point, and degree of crystallinity) directly affected mechanical properties and contributed to the significant improvement of tribological properties. Tribological tests were performed on a pin-on-disc (T-01) test stand and counter-specimens were made of 1H18N9T steel. The load applied in the friction pair was 1 and 2 MPa (20 and 40 N). A nearly fourfold reduction in linear wear compared to the initial state for a load of 1 MPa has been shown. On the other hand, a more than 20-fold decrease in wear was found during tribological tests when the load was increased to 2 MPa. The most advantageous results were obtained for specimens irradiated with a dose of 104 kGy, and irradiation with a higher dose led to the degradation of the polymer and caused its wear to increase again. The obtained results hold promise for a significant improvement of the operational life of friction couples that do not require lubrication used, for example, in air compressors and engines, and for the possible application of thus modified polymers in nuclear and space industries.

PL

W artykule zbadano wpływ napromieniowania strumieniem elektronów o energii 10 MeV i dawkach 26–156 kGy na politetrafluoroetylen z 20% dodatkiem grafitu. Badania wykazały, że zmiany właściwości termicznych kompozytu (ciepło krystalizacji, temperatura topnienia, stopień krystaliczności) miały bezpośredni wpływ na właściwości mechaniczne oraz znaczną poprawę właściwości tribologicznych. Badania tribologiczne przeprowadzono na stanowisku trzpień-tarcza (T-01) przeciwpróbki wykonano ze stali 1H18N9T. Nacisk w węźle tarcia wynosił 1 i 2 MPa (20 i 40 N). Wykazano blisko 4-krotne ograniczenie zużycia liniowego w porównaniu do stanu wyjściowego dla nacisku 1 MPa. Przy zwiększeniu nacisku do 2 MPa podczas badań tribologicznych stwierdzono natomiast ponad 20-krotne zmniejszenie zużycia. Najkorzystniejsze wyniki uzyskano dla próbek napromieniowanych dawką 104 kGy; napromieniowanie większą dawką prowadziło do degradacji polimeru i ponownego wzrostu zużycia. Otrzymane wyniki rokują na znaczną poprawę trwałości eksploatacyjnej węzłów tarcia niewymagających smarowania stosowanych np. w sprężarkach powietrza, silnikach, a także możliwość zastosowania tak zmodyfikowanych polimerów w przemyśle jądrowym oraz kosmicznym.

Słowa kluczowe

EN

PTFE; radiation modification; thermal properties; wear

PL

PTFE; modyfikacja radiacyjna; właściwości termiczne; zużycie

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2017
• Tom: nr 4
• Strony: 17--20
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., wz.

Twórcy

autor

Barylski A.

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

autor

Kaptacz S.

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

autor

Skoneczny W.

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

autor

Kupka M.

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

autor

Aniołek K.

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

Bibliografia

• 1. Olabisi O., Adewale K.: Handbook of thermoplastics, Boca Raton FL: CRC Press, 2016.
• 2. Gangal S. V.: Polytetrafluoroethylene homopolymer of tetrafluoroethylene, Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, New York: John Wiley and Sons, 1989.
• 3. Arkles B. C., Schireson M. J.: The molecular weight of PTFE wear debris, Wear 39, 1976, 177–180.
• 4. Bunn C. W., Cobbold A. J., Palmer R. P.: The fine structure of polytetrafluoroethylene, J. Polym. Sci. 28, 1958, 365–376.
• 5. Speerschneider C. J., Li C. H.: Some observations on the structure of polytetrafluoroethylene, J. Appl. Phys. 33, 1962, 1871–1875.
• 6. Bahadur S., Tabor D.: The wear of filled polytetrafluoroethylene Wear 98, 1984, 1–13.
• 7. Blanchet T. A., Kennedy F. E.: Sliding wear mechanism of polytetrafluoroethylene (PTFE) and PTFE composites, Wear 153, 1992, 229–243.
• 8. Blanchet T. A., Peng Y. L., Nablo S. V.: Tribology of selectively irradiated PTFE surfaces. Tribol. Lett. 4, 1998, 87–94.
• 9. Briscoe B. J., Mahgereftehb H., Suga S.: The effect of gamma irradiation on the pressure dependence of the room temperature transition in PTFE Polymer 44, 2003, 783–791.
• 10. Rabek J. F.: Fundamentals of Physical Chemistry of Polymers, Wroclaw University of Technology Publisher: Wroclaw 1977.
• 11. Czichos H., Becker S., Lexow J.: Multilaboratory tribotesting: results from the VAMAS program on wear test methods, Wear 114, 1987, 109–130.
• 12. ASTM G99-17, Standard Test Method for Wear Testing with a Pin-on-disk Apparatus, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2017.
• 13. Tang Z., Wang M., Zhao Y., Wu G.: Tribological properties of radiation cross-linked polytetrafluoroethylene sheets, Wear 269, 2010, 485–490.
• 14. Tang Z., Wang M., Zhao Y., Wu G.: Radiation resistance evaluation of cross-linked polytetrafluoroethylene by the investigation of friction and wear behavior, Radiation Physics and Chemistry 80, 2011, 496–500.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).