Application of ion bombardment to modification tribological properties of rubber

• Autorzy: Bieliński D. M. , Jagielski J.

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie bombardowania jonowego do modyfikacji właściwości tribologicznych gumy

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents effects of surface modification of various elastomers upon bombardment with beams of H+, He+, F+ or Ar+ ions. Changes to composition and structure of rubber macromolecules, subjected to ion beam treatment, are discussed from the point of view of its influence on the modification of surface layer of the elastomers studied. Hydrogen release induced graphitization together with post treatment oxidation of rubber macromolecules increase surface wettability of the materials, facilitating lowering of “wet” friction. Free radicals being created due to interactions between energetic ions and macromolecules produce additional crosslinking, which manifests itself by increased hardness of the elastomers. Modification of mechanical properties of the surface layer changes mechanism of elastomer friction from the bulk (hysteretical) to the surface (adhesional) one, what results in significant reduction of friction. Despite crosslinking induced shrinkage of the surface layer, which results in its microcracking, ion beam treated elastomers showed to be wear resistant due to the lack of delamination under stress.

PL

Artykuł przedstawia wpływ modyfikacji powierzchni różnych elastomerów za pomocą bombardowania wiązką jonów H+, He+, F+ lub Ar+. Zmiany składu i budowy makrocząsteczek spowodowane obróbką jonową zostały omówione z punktu widzenia jej wpływu na modyfikację warstwy wierzchniej badanych elastomerów. Grafityzacja spowodowana uwalnianiem się wodoru wraz z wtórnym utlenianiem makrocząsteczek kauczuku powoduje wzrost zwilżalności powierzchni materiałów, sprzyjając obniżeniu tarcia „na mokro”. Wolne rodniki powstające w następstwie oddziaływań jonów o dużej energii z makrocząsteczkami powodują wzrost usieciowania, przejawiający się we wzroście twardości elastomerów. Modyfikacja właściwości mechanicznych warstwy wierzchniej zmienia mechanizm tarcia elastomerów z objętościowego (histerezyjnego) na powierzchniowy (adhezyjny), powodując znaczące zmniejszenie oporów tarcia. Pomimo skurczu warstwy wierzchniej spowodowanego jej dosieciowaniem i prowadzącego do powstania mikropęknięć na powierzchni materiału, bombardowanie jonowe elastomerów prowadzi do wzrostu ich odporności na zużycie dzięki braku zjawiska delaminacji pod obciążeniem.

Słowa kluczowe

EN

ion bombardment; rubber; elastomers; surface modification; friction and wear

PL

bombardowanie jonowe; guma; elastomery; modyfikacja powierzchni; tarcie i zużycie

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 34, nr 6
• Strony: 639--642
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Bieliński D. M.

• Wydział Chemiczny, Politechnika Łódzka, Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników,

autor

Jagielski J.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych, Narodowe Centrum Badań Jądrowych

Bibliografia

• [1] Bieliński D. M., Jagielski J., Lipiński P., Pieczyńska D., Ostaszewska U., Piątkowska A.: Modification of polymer materials by ion bombardment. Case studies. American Inst. of Physics: Conf. Proc. Ser. 1099 (2009) 357÷360.
• [2] Pieczyńska D., Ostaszewska U., Jagielski J., Bieliński D. M.: Modyfikacja polimerów za pomocą bombardowania jonowego. Cz. I. Historia, aktualny stan wiedzy i perspektywy rozwoju. Polimery 56 (2011) 439÷451.
• [3] Guzman A. M., Carlson J. D., Bares J. E., Pronko P. P.: Chemical and physical changes induced in polyvinylidene fluoride by irradiation with high energy ions. Nucl. Instr. and Meth. B 7/8 (1985) 507÷600.
• [4] Dong H., Bell T.: State-of-the-art overview: ion beam surface modification of polymers towards improving tribological properties. Surf. Coat. Technol. 111 (1999) 29÷40.
• [5] Jagielski J., Grambole D., Jóźwik I., Bieliński D. M., Ostaszewska U., Pieczyńska D.: Hydrogen Loss from Elastomers Subjected to Ion Irradiation. Mater. Chem. Phys. 127 (2011) 342÷346.
• [6] http://www.micromaterials.co.uk (accessed January 29, 2013).
• [7] Bieliński D. M.: Gradient structure of polymer materials. Current Trends Polym. Sci. 9 (2004) 33÷45.
• [8] Lee E. H.: Ion-beam modification of polymeric materials – fundamental principles and applications. Nucl. Instr. and Meth. B 151 (1999) 29÷41.
• [9] Pauling L.: The Nature of the chemical bond. III. The transition from one extreme bond type to another. J. Am. Chem. Soc. 54 (1932) 988÷1003.
• [10] Bieliński D. M., Pieczyńska D., Ostaszewska U., Jagielski J.: Modification of rubber by ion bombardment. Nucl. Instr. and Meth. B 282 (2012) 141÷144.
• [11] Borutto A., Crivellone C., Marani F.: Influence of surface wettability on friction and wear tests. Wear 222 (1998) 57÷65.
• [12] Bieliński D. M., Jagielski J., Pankiewicz D.: Modification of rubber friction by ion bombardment. Gummi Fasern Kunstst. 62 (2009) 201÷204.
• [13] Bieliński D. M., Jagielski J.: Guma o małym współczynniku tarcia. Polish Patent Declaration No. P-383453 (September 14, 2007).
• [14] Moore D.: Friction and lubrication of elastomers. Pergamon Press, Oxford, New York, Toronto, Sydney, Braunschweig (1972).
• [15] Bowden F. P., Tabor D.: Friction. An introduction to tribology.. Anchor Press, Doubleday Garden City, New York (1973).
• [16] Ostaszewska U., Bielinski D. M., Jagielski J.: Sposób modyfikacji powierzchni elastomerów i gumy w celu poprawy wytrzymałości połączeń klejonych. Polish Patent Declaration No. P-392815 (November 2, 2010).