Wyniki wyszukiwania - BazTech

Ograniczanie wyników

Znaleziono wyników: 1

Liczba wyników na stronie

Wyniki wyszukiwania

Wyszukiwano:
w słowach kluczowych: friction of elastomers

Sortuj według:

Ogranicz wyniki do:

Budowa warstwy wierzchniej a tarcie elastomerów

Bieliński D. M.

Zeszyty Naukowe. Rozprawy Naukowe / Politechnika Łódzka

2001

Z. 296

3-142

W rozprawie przedstawiłem wyniki badań wpływu budowy chemicznej i struktury fizycznej na tarcie elastomerów. Zaprezentowałem nowe metody modyfikacji, szczególnie warstwy wierzchniej materiałów, umożliwiające obniżenia ich współczynnika tarcia. Ustaliłem, że w ujęciu makroskopowym, odkształcenie jakiemu zostaje poddana elastyczna warstwa wierzchnia a nie adhezja między elementami pary ciernej, decyduje o tarciu elastomeru o sztywne podłoże. Stwierdzenie to stanowiło podstawę do podjęcia prób polepszenia właściwości tribologicznych elastomerów, a ściślej biorąc obniżenia ich współczynnika tarcia, poprzez modyfikację fizyczną lub chemiczną, wpływającą na budowę i strukturę ich warstwy wierzchniej. Badając mieszaniny kauczuku etylenowo-propylenowo-dienowego (EPDM) z poliolefinami zaobserwowałem odmienne zachowanie się polipropylenu izotaktycznego (iPP) i polietylenu małej gęstości (LDPE) w matrycy elastomerowej. Polipropylen ulega orientacji w warstwie wierzchniej wulkanizatów, tworząc sztywną i twardą „skórkę". W przypadku polietylenu zachodzi migracja małocząsteczkowej frakcji plastomeru na powierzchnię elastomeru. Zjawisko segregacji powierzchniowej stwierdziłem również w przypadku mieszanin kauczuku naturalnego (NR) z mzn.s-l,4-polioktenamerem (TOR). Znany z doniesień literaturowych wzrost stabilności termicznej kauczuku i poprawa jego odporności na działanie ozonu, będące konsekwencją dodania polimeru zawierającego frakcję cykliczną, są moim zdaniem przede wszystkim przejawem obecności małocząsteczkowej frakcji cyklicznej TOR na powierzchni mieszaniny. W obydwu przypadkach, efektem takiej budowy warstwy wierzchniej jest znaczne obniżenie współczynnika tarcia materiału. Odkrycie zjawiska segregacji powierzchniowej w mieszaninach polimerów skłoniło mnie do podjęcia badań migracji substancji małocząsteczkowych w układach elastomerowych. Zaobserwowałem silny wpływ zarówno grupy funkcyjnej jak i długości łańcucha, na zdolność modyfikatora do tworzenia „wykwitu" na powierzchni elastomeru. W zależności od długości reszty alifatycznej modyfikatora oraz rodzaju i zawartości grup funkcyjnych, tworzą się warstwy o różnej grubości, morfologii i strukturze oraz odmiennych właściwościach smarnych. Okazało się jednak, że na wielkość współczynnika tarcia gumy decydujący wpływ ma nie sam wykwit ale przede wszystkim sposób jego oddziaływania z warstwą wierzchnią elastomeru. W oparciu o koncepcję przeniesienia odkształcenia z warstwy wierzchniej elastomeru na powierzchnie poślizgu znajdujące się wewnątrz stałego środka smarnego (grafit, MoS2), udało mi się uzyskać powłoki o wyjątkowo niskim współczynniku tarcia. Znaczne obniżenie współczynnika tarcia osiągnąłem również poddając elastomery modyfikacji chemicznej o charakterze gradientowym. Zmniejszenie amplitudy odkształceń i będący jego konsekwencją poślizg materiału, uzyskałem poddając jodowaniu powierzchnię wulkanizatów kauczuków butadienowo-akrylonitrylowych (konwencjonalnego - NBR i uwodornionego - HNBR). Zaproponowałem mechanizmy reakcji i wskazałem na rolę czynników topologicznych w reakcjach elastomerów z jodem. Modyfikacja ma charakter gradientowy i dotyczy tylko warstwy wierzchniej, zachowując elastyczność wnętrza materiału. Usztywnienie cienkiej warstwy wierzchniej, wraz z rozwinięciem powierzchni i obniżeniem rzeczywistej powierzchni kontaktu, przeważa nad towarzyszącym modyfikacji wzrostem adhezji, prowadząc do obniżenia współczynnika tarcia elastomeru. Zaobserwowałem istnienie wpływu gęstości usieciowania i budowy chemicznej węzłów sieci przestrzennej na tarcie elastomerów. Stwierdziłem istnienie powierzchniowego gradientu gęstości usieciowania siarkowych wulkanizatów kauczuku izoprenowego (IR), będącego przejawem migracji powierzchniowej składników zespołu sieciującego, reorganizacji węzłów sieci przestrzennej (ang. maturing of networks) oraz słabej przewodności cieplnej polimerów. Wyniki badań tribologicznych w skali mikro nie dają się przenieść w pełni do skali makroskopowej. Wraz ze wzrostem gęstości usieciowania nadtlenkowych wulkanizatów kauczuku butadienowo-styrenowego (SBR) współczynnik tarcia materiału mierzony w skali makro maleje tylko w przypadku, gdy prędkość ruchu jest niewielka. Stwierdziłem również, że wpływ stopnia siarczkowości węzłów sieci na tarcie SBR także nie jest jednoznaczny i zależy od prędkości ruchu (częstotliwości odkształceń).

In this work I have presented experimental data on the influence of chemical composition and physical structure on friction of polymer materials. New methods of modification devoted to lowering the coefficient of friction of elastomers, in particular concerning their surface layer have been demonstrated. I have found out that not adhesion but deformations of the surface layer of elastomer decides friction between an elastic body and a rigid counterface in the macroscale. This fact encouraged me to start experiments devoted to improvement of tribological properties of elastomers by physical or chemical modification, influencing composition and structure of their surface layer. Studying blends of ethylene-propylene-diene rubber (EPDM) with polyolefines I noticed different behaviour of isotactic polypropylene (iPP) and low density polyethylene (LDPE) in the elastomer matrix. Polypropylene produces stiff and hard ,,skin" made of oriented crystallites, whereas in the case of low density polyethylene, its low molecular weight fraction migrates towards the surface of the elastomer, acting there as a some kind of lubricant and lowering the coefficient of friction of the material. I have also disclosed the surface segregation in the case of natural rubber (NR)/trans-1,4-polyoctenamer (TOR) blends. Improved thermal stability and ozone resistance of the material, known from the subject literature, are in my opinion mainly the effect of low molecular weight TOR fraction of cyclic structure being present on the surface of polymer blend. Such a structure results in significant lowering of the coefficient of friction of the material. Observation of the surface segregation, present in polymer blends, directed my interest to study the surface migration of low molecular weight substances in elastomer matrix. I have detected strong influence of the chain length, as well as a kind of the specific group present, on ability of a low molecular weight substance to blooming onto the rubber surface. Both, length of the aliphatic chain and content of functional groups influence thickness and structure of the surface layers created, deciding their lubrication ability. Coefficient of rubber friction showed however to be first of all dependent not on the presence of bloom but on its interactions with the surface layer of polymer. Based on the same principle - shifting of deformations from the surface layer of elastomer to the sliding surfaces, inside a solid lubricant used (graphite, MoS2) I have managed to obtain elastomer coatings of extremely low coefficient of friction and wear. I have also succeed in significant lowering of the coefficient of friction by subjecting elastomers to chemical treatment of gradient character. Decrease in amplitude of deformations and produced sliding friction have been achieved in the case of nitrile rubbers, subjected to the surface iodination (conventional -NBR and hydrogenated - HNBR). I have proposed mechanisms of modification and noticed the influence of topological factors, playing a crucial role in chemical reactions between elastomers and iodine, taking place on their surface. Gradient character of the modification makes the surface only being affected, preserving the bulk elasticity of rubber. Stiffening of the surface layer, together with development of the surface geometry of the material prevail over increasing adhesion, accompanying the modification - leading finally to lowering of the coefficient of friction. I have also observed influence of the crosslink density and chemical composition of crosslinks on friction of elastomers. I have discovered the surface gradient of crosslinks density in sulphur vulcanizates of isoprene rubber (IR), being produced by the surface migration of the components of curing system, maturing of crosslinks and low thermal conductivity of polymers. Results of tribological experiments carried out in micro scale do not apply completely to the macro scale. The coefficient of friction of styrene-butadiene rubber (SBR) determined in the macro scale, lowers with an increase of the crosslink density of peroxide vulcanizates only under low speed exploitation. The influence of sulphidity of crosslinks on friction has also been detected. It is more complex however, but also depends on velocity (frequency of deformations).