pobieranie: Tarcie i zużycie polimerów
Pobierz dokument docPrzeglądaj wersję html pliku:
Tarcie i zużycie polimerów
*Wstęp teoretyczny.
Tarcie to proces przeciwdziałający ruchowi względnemu ciał trących
po sobie. Wywołuje on stratę energii, zużywanie powierzchni części
współpracujących ruchowo oraz wzrost temperatury w miejscu
zetknięcia podczas pracy, a także drgania i efekty akustyczne.
Podział tarcia:
Tarcie płynne jest najkorzystniejszym rodzajem tarcia, ponieważ
rozdziela współpracujące powierzchnie. Tarcie mieszane wymaga
minimalnej ilości smaru, mimo to zapewnia nieprzebijalną powłokę
zabezpieczając przed tarciem suchym. Współczynnik tarcia określa
procent energii traconej.
Tarcie posuwiste, zwane ślizgowym charakteryzuje współczynnik tarcia
wyra-żany stosunkiem oporu tarcia T do obciążenia P (prawo Coulomba).
Tarcie posuwiste powstające przy wzajemnym przesuwaniu się
dwu ciał bezpośrednio po sobie, czyli tarcie suche wynika z ciągłego
ścinania złącz nieustannie powstających na nierównościach tych
ciał. Tak więc tarcie posuwiste jest to opór na ścinanie złącz i
może być przedstawione wzorem:
T= FR
F-powierzchnia styku
R-wytrzymałość na ścinanie
Wynika z tego, że przy grubościennym łożysku tworzywowym, bez
względu na jego twardość, występuje zawsze duże tarcie. W łożysku
miękkim wytrzymałość na ścinanie R jest mała, ale za to
powierzchnia styku F duża. Przy twardym łożysku powierzchnia F jest
mała, ale wytrzymałość R duża. Małe tarcie występuje jedynie przy
cienkościennym łożysku tworzywowym o małej twardości,
spoczywającym na twardym podłożu.
*Wpływ chropowatości powierzchni na współczynnik tarcia
Wartość współczynnika tarcia zależy w dużym stopniu od
szorstkości powie-rzchni poślizgu. Zaznacza się ona szczególnie
podczas współpracy tworzywa ze stalą. Nadmierna szorstkość lub
chropowatość nie jest korzystna. Dla każdego tworzywa istnieje więc
optymalna chropowatość podłoża.
*Wpływ temperatury
Wraz ze wzrostem temperatury współczynnik tarcia posuwistego
początkowo wzrasta, a następnie maleje. Maksymalna wartość tarcia
przy dużych prędkościach poślizgu występuje w temperaturze wyższej
do Tg , a przy małych prędkościach poś-lizgu w temperaturze
niższej od Tg. Tłumaczy się to zachodzącym przy wzroście
temperatury poniżej Tg bardzo wyraźnym zwiększeniem się powierzchni
styku F przy małym spadku wytrzymałości na ścięcie R , a przy
wzroście temperatury powyżej Tg bardzo dużym spadkiem wytrzymałości
R przy małym zwiększaniu powierzchni F. Na ogół zmiany temperatury w
zakresie zbliżonych do pokojowych wywołują tylko nieznaczne zmiany
współczynnika tarcia.
*Wpływ prędkości poślizgu
Wpływ na siłę tarcia ma także prędkość poślizgu. Wraz ze
wzrostem prędkości poślizgu współczynnik tarcia początkowo
rośnie, a następnie maleje. Jest to spowodowane zwiększeniem
sprężystości trących się tworzyw wraz ze wzrostem prędkości
ślizgania. Wskutek tego do pewnej granicznej prędkości ślizgania
wytrzymałość R wzrasta, a następnie maleje.
Współczynniki tarcia ślizgowego:
Stal-żeliwo (=0,16
Stal-stal (=0,1
Stal-miedź (=0,15
Miedź-grafit (=0,08
Stal-poliamid (=0,08-0,2
Stal-tekstolit (=0,12-0,35
Tarcie toczenia się ciała w postaci kuli lub walca na podłożu, jest
następstwem odkształcania się ciała i podłoża, zachodzącego pod
wpływem obciążenia. Współ-czynnik tarcia tocznego f, określany
jest stosunkiem siły tarcia T do obciążenia P, a zależy od
odkształcalności (twardości) toczącego się ciała i podłoża.
Obecność środków smarujących nie wpływa na wartość
współczynnika tarcia tocznego, co świadczy o braku poślizgu przy
toczeniu się kul lub walców.
Zużycie ścierne to efekt niszczenia części maszyn w wyniku
działania czynni-ków takich jak tarcie, zmęczenie, korozja, erozja.
Rodzaje zużycia:
utlenienie
cieplne
ścierne
adhezyjne
Tarciu towarzyszy zwykle zjawisko wydzielania ciepła. Tarcie metali w
porów-naniu z tarciem polimerów ma lepsze odprowadzenie ciepła i tym
samym większą odporność na zużycie cieplne.
Zjawisko przenoszenia materiału (polimeru) zachodzi w przypadku
tarcia, w którym została przekroczona miejscowa temperatura
płynięcia tworzywa. Polega ono na transporcie stopionego tworzywa na
powierzchnię chłodnego metalu i zastygnięciu tam.
Ścierność materiałów zależy od szorstkości powierzchni, po
której ślizga się tworzywo oraz od nacisku jednostkowego.
Ścierność wzrasta wraz ze wzrostem szorstkości i nacisku.
Ścieralność wzrasta natomiast ze spadkiem prędkości poślizgu.
Wyjątkowo duża ścierność występuje przy małej prędkości
poślizgu, gdy zachodzi „piszczenie” łożyska.
*Przebieg ćwiczenia.
Ćwiczenie przeprowadzono dla próbki polimerowej P 66 C6, dla
parametrów wejściowych:
temperaturze T=160 [(C]
sile nacisku F=45 [N]
prędkości V=0,5 [m/s]
Urządzenie, na którym wykonywane było doświadczenie podłączone
było do komputera, który na bieżąco obrazował zmianę parametrów
doświadczenia oraz umożliwiał ich zapis. Na tej podstawie
wykonaliśmy wykresy zależności:
współczynnika tarcia od drogi tarcia.
współczynnika tarcia od temperatury.
wspólczynnika intensywności zużycia od temperatury.
zużycia liniowego próbki od drogi tarcia.
*Wnioski
Z wykresu zależności współczynnika tarcia od drogi wynika, że
współczynnik tarcia na drodze do 180 m gwałtownie rośnie, a
następnie stabilizuje się i w stanie ustalonym utrzymuje się średnio
na poziomie wartości (=0,6406 .
Zużycie liniowe próbki przy stałej temperaturze 100(C rośnie do
270m, następnie gwałtownie spada, od 390m do stabilizacji przy 640m
gwałtownie rośnie. Po aproksymacji wykresu otrzymujemy prostą o
równaniu y = 0,019x + 62,147.
Zależności zostały przedstawione graficznie korzystając z
programu EXEL.
Negatywne
Tarcie
Pozytywne
Technicznie
Fizycznie
Suche
Rodzaj styku
Ruchowe
Spoczynkowe
Rodzaj ruchu
Toczne
Ślizgowe
Cechy ruchu
Mieszane
Półpłynne
Wiertne
Faza ciekła
Faza stała
Płynne
Graniczne
Tarcie i zużycie polimerów
Tarcie i zużycie polimerów
*Wstęp teoretyczny.
Tarcie to proces przeciwdziałający ruchowi względnemu ciał trących
po sobie. Wywołuje on stratę energii, zużywanie powierzchni części
współpracujących ruchowo oraz wzrost temperatury w miejscu
zetknięcia podczas pracy, a także drgania i efekty akustyczne.
Podział tarcia:
Tarcie płynne jest najkorzystniejszym rodzajem tarcia, ponieważ
rozdziela współpracujące powierzchnie. Tarcie mieszane wymaga
minimalnej ilości smaru, mimo to zapewnia nieprzebijalną powłokę
zabezpieczając przed tarciem suchym. Współczynnik tarcia określa
procent energii traconej.
Tarcie posuwiste, zwane ślizgowym charakteryzuje współczynnik tarcia
wyra-żany stosunkiem oporu tarcia T do obciążenia P (prawo Coulomba).
Tarcie posuwiste powstające przy wzajemnym przesuwaniu się
dwu ciał bezpośrednio po sobie, czyli tarcie suche wynika z ciągłego
ścinania złącz nieustannie powstających na nierównościach tych
ciał. Tak więc tarcie posuwiste jest to opór na ścinanie złącz i
może być przedstawione wzorem:
T= FR
F-powierzchnia styku
R-wytrzymałość na ścinanie
Wynika z tego, że przy grubościennym łożysku tworzywowym, bez
względu na jego twardość, występuje zawsze duże tarcie. W łożysku
miękkim wytrzymałość na ścinanie R jest mała, ale za to
powierzchnia styku F duża. Przy twardym łożysku powierzchnia F jest
mała, ale wytrzymałość R duża. Małe tarcie występuje jedynie przy
cienkościennym łożysku tworzywowym o małej twardości,
spoczywającym na twardym podłożu.
*Wpływ chropowatości powierzchni na współczynnik tarcia
Wartość współczynnika tarcia zależy w dużym stopniu od
szorstkości powie-rzchni poślizgu. Zaznacza się ona szczególnie
podczas współpracy tworzywa ze stalą. Nadmierna szorstkość lub
chropowatość nie jest korzystna. Dla każdego tworzywa istnieje więc
optymalna chropowatość podłoża.
*Wpływ temperatury
Wraz ze wzrostem temperatury współczynnik tarcia posuwistego
początkowo wzrasta, a następnie maleje. Maksymalna wartość tarcia
przy dużych prędkościach poślizgu występuje w temperaturze wyższej
do Tg , a przy małych prędkościach poś-lizgu w temperaturze
niższej od Tg. Tłumaczy się to zachodzącym przy wzroście
temperatury poniżej Tg bardzo wyraźnym zwiększeniem się powierzchni
styku F przy małym spadku wytrzymałości na ścięcie R , a przy
wzroście temperatury powyżej Tg bardzo dużym spadkiem wytrzymałości
R przy małym zwiększaniu powierzchni F. Na ogół zmiany temperatury w
zakresie zbliżonych do pokojowych wywołują tylko nieznaczne zmiany
współczynnika tarcia.
*Wpływ prędkości poślizgu
Wpływ na siłę tarcia ma także prędkość poślizgu. Wraz ze
wzrostem prędkości poślizgu współczynnik tarcia początkowo
rośnie, a następnie maleje. Jest to spowodowane zwiększeniem
sprężystości trących się tworzyw wraz ze wzrostem prędkości
ślizgania. Wskutek tego do pewnej granicznej prędkości ślizgania
wytrzymałość R wzrasta, a następnie maleje.
Współczynniki tarcia ślizgowego:
Stal-żeliwo (=0,16
Stal-stal (=0,1
Stal-miedź (=0,15
Miedź-grafit (=0,08
Stal-poliamid (=0,08-0,2
Stal-tekstolit (=0,12-0,35
Tarcie toczenia się ciała w postaci kuli lub walca na podłożu, jest
następstwem odkształcania się ciała i podłoża, zachodzącego pod
wpływem obciążenia. Współ-czynnik tarcia tocznego f, określany
jest stosunkiem siły tarcia T do obciążenia P, a zależy od
odkształcalności (twardości) toczącego się ciała i podłoża.
Obecność środków smarujących nie wpływa na wartość
współczynnika tarcia tocznego, co świadczy o braku poślizgu przy
toczeniu się kul lub walców.
Zużycie ścierne to efekt niszczenia części maszyn w wyniku
działania czynni-ków takich jak tarcie, zmęczenie, korozja, erozja.
Rodzaje zużycia:
utlenienie
cieplne
ścierne
adhezyjne
Tarciu towarzyszy zwykle zjawisko wydzielania ciepła. Tarcie metali w
porów-naniu z tarciem polimerów ma lepsze odprowadzenie ciepła i tym
samym większą odporność na zużycie cieplne.
Zjawisko przenoszenia materiału (polimeru) zachodzi w przypadku
tarcia, w którym została przekroczona miejscowa temperatura
płynięcia tworzywa. Polega ono na transporcie stopionego tworzywa na
powierzchnię chłodnego metalu i zastygnięciu tam.
Ścierność materiałów zależy od szorstkości powierzchni, po
której ślizga się tworzywo oraz od nacisku jednostkowego.
Ścierność wzrasta wraz ze wzrostem szorstkości i nacisku.
Ścieralność wzrasta natomiast ze spadkiem prędkości poślizgu.
Wyjątkowo duża ścierność występuje przy małej prędkości
poślizgu, gdy zachodzi „piszczenie” łożyska.
*Przebieg ćwiczenia.
Ćwiczenie przeprowadzono dla próbki polimerowej P 66 C6, dla
parametrów wejściowych:
temperaturze T=160 [(C]
sile nacisku F=45 [N]
prędkości V=0,5 [m/s]
Urządzenie, na którym wykonywane było doświadczenie podłączone
było do komputera, który na bieżąco obrazował zmianę parametrów
doświadczenia oraz umożliwiał ich zapis. Na tej podstawie
wykonaliśmy wykresy zależności:
współczynnika tarcia od drogi tarcia.
współczynnika tarcia od temperatury.
wspólczynnika intensywności zużycia od temperatury.
zużycia liniowego próbki od drogi tarcia.
*Wnioski
Z wykresu zależności współczynnika tarcia od drogi wynika, że
współczynnik tarcia na drodze do 180 m gwałtownie rośnie, a
następnie stabilizuje się i w stanie ustalonym utrzymuje się średnio
na poziomie wartości (=0,6406 .
Zużycie liniowe próbki przy stałej temperaturze 100(C rośnie do
270m, następnie gwałtownie spada, od 390m do stabilizacji przy 640m
gwałtownie rośnie. Po aproksymacji wykresu otrzymujemy prostą o
równaniu y = 0,019x + 62,147.
Zależności zostały przedstawione graficznie korzystając z
programu EXEL.
Negatywne
Tarcie
Pozytywne
Technicznie
Fizycznie
Suche
Rodzaj styku
Ruchowe
Spoczynkowe
Rodzaj ruchu
Toczne
Ślizgowe
Cechy ruchu
Mieszane
Półpłynne
Wiertne
Faza ciekła
Faza stała
Płynne
Graniczne
