Polioksymetylen, Tarnoform, Tarflen, Hostaflon
kompozyty ślizgowe, badania tribologiczne

DYMITRY CAPANIDIS , KAZIMIERZ ZIEMIAŃSKI*

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE KOMPOZYTÓW POLIOKSYMETYLENU Z POLICZTEROFLUOROETYLENEM PRZY WSPÓŁPRACY ZE STALĄ


W referacie przedstawiono wyniki badań wartości współczynnika tarcia i intensywności zużycia polioksymetylenu (Tarnoformu 300) i jego kompozytów z dodatkiem 10% PTFE (polskiego Tarflenu oraz niemieckiego Hostaflonu) podczas tarcia technicznie suchego ze stalą 45 ulepszaną cieplnie w zależności od nacisku i prędkości ślizgania.

*Instytut Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn Politechnika Wrocławska, ul. Łukasiewicza 7/9, 50-370 Wrocław.


l. CEL I ZAŁOŻENIA DOTYCZĄCE BADAŃ TRIBOLOGICZNYCH

Celem badań było wyznaczenie charakterystyk tribologicznych kompozytów na bazie polioksymetylenu napełnianych dwoma gatunkami PTFE, a mianowicie: krajowym Tarflenem i niemieckim Hostaflonem. Badaniom poddano materiały:

- POM niemodyfikowany: Tarnoform 300,
- kompozyt POM: Tarnoform 300 +10% Tarflenu,
- kompozyt POM: Tarnoform 300 +10% Hostaflonu.

Materiały te współpracowały ze stalą 45 (ulepszaną cieplnie i szlifowaną) w warunkach tarcia techniczne suchego przy różnych wymuszeniach zewnętrznych (p, v) procesu tarcia. Chropowatość stalowych przeciwpróbek wynosiła Ra = 0,7 (µm., a twardość 45 HRC. Parametry te przyjęto jako optymalne w wyniku wcześniejszych badań. Badania prowadzono na stanowisku badawczym typu „pin on disc” [l], przy niżej podanym zakresie wartości wielkości wejściowych:
- nacisku jednostkowego od p = 0,2 MPa do p = 2,0 MPa,
- prędkości ślizgania od v =0,167 m/s do v =0,5 m/s.

2. REALIZACJA BADAŃ TRIBOLOGICZNYCH

Do wyznaczenia ruchowych charakterystyk badanych par ślizgowych wykorzystano planowanie rotalne eksperymentu. Umożliwiło to wyznaczenie wielowymiarowych funkcji regresji mierzonych wielkości w zależności od parametrów p i v, przy możliwie małej liczbie pomiarów. Jako postać funkcji regresji przyjęto wielomian drugiego stopnia, którego współczynniki wyznaczono metodą najmniejszych kwadratów. W celu uzyskanych funkcji regresji obliczono współczynnik korelacji wielowymiarowej, jak również funkcje te poddano testowi istotności F-Snedecora [2 ,3].

2.1. WYNIKI BADAŃ TRIBOLOGICZNYCH TARNOFORMU 300

Na podstawie wyników pomiarów z poszczególnych układów pomiarowych eksperymentu wyznaczono funkcje regresji mierzonych wielkości wyjściowych z badań tribologicznych (wartości współczynnika tarcia µ, intensywności zużycia Izl oraz temperatury początkowej To i końcowej Tk ), a następnie sporządzono wykresy przestrzenne (rys. l i 2) umożliwiające ocenę wpływu wartości p i v na przebieg zmian wartości współczynnika tarcia µ i intensywności zużycia Izl [4, 5].


Rys. l. Wartość współczynnika tarcia µ w funkcji nacisku jednostkowego p [Mpa] i prędkości ślizgania v [m/s] dla niemodyfikowanego POM (Tarnoform 300)
Fig. l. Friction coefficient µ versus unit pressure p [MPa] and sliding velocity v [m/s] for POM (Tarnoform 300) without modification
Rys. 2. Intensywność zużycia liniowego Iz [ µm/km] w funkcji nacisku jednostkowego p [MPa] i prędkości ślizgania v [m/s] dla niemodyfikowanego POM (Tarnoform 300)
Fig. 2. Intensity of linear wear Iz [(µm/km] versus unit pressure p [MPa] and sliding velocity v [m/s] for POM (Tarnoform 300) without modification

2.2. WYNIKI BADAŃ TRIBOLOGICZNYCH KOMPOZYTU TARNOFORM 300 + 10% TARFLENU

Podobnie jak poprzednio, na rysunkach 3 i 4 przedstawiono wykresy umożliwiające ocenę wpływu p i v na przebieg zmian wartości współczynnika tarcia µ i intensywności zużycia Izl.

Rys. 3. Wartość współczynnika tarcia µ w funkcji nacisku jednostkowego p [MPa] i prędkości ślizgania v [m/s] dla POM + 10% PTFE (Tarnoform + 10% Tarflenu)
Fig. 3. Friction coefficient µ versus unit pressure p [MPa] and sliding velocity v [m/s] for POM + 10% PTFE (Tarnoform 300 + 10% of Tarflen)
Rys. 4. Intensywność zużycia liniowego Izl [µm/km] w funkcji nacisku jednostkowego p [MPa] i prędkości ślizgania v [m/s] dla POM + 10% PTFE (Tarnoform + 10% Tarflenu)
Fig. 4. Intensity of linear wear µ [µm/km] versus unit pressure p [MPa] and sliding velocity v [m/s] for POM + 10% PTFE (Tarnoform 300 + 10% of Tarflen)

2.3. WYNIKI BADAŃ TRIBOLOGICZNYCH KOMPOZYTU TARNOFORM 300 + 10% HOSTAFLONU

Na kolejnych rys. 5 i 6 pokazano wpływ nacisku jednostkowego i prędkości ślizgania na zmianę wartości współczynnika tarcia i intensywności zużycia kompozytu wykonanego z Tarnoformu 300 + 10% Hostaflonu.

Rys. 5. Wartość współczynnika tarcia µ w funkcji nacisku jednostkowego p [MPa] i prędkości ślizgania v [m/s] dla POM + 10% PTFE (Tarnoform + 10% Hostaflonu)
Fig. 5. Friction coefficient µ versus unit pressure p [MPa] and sliding velocity v [m/s] for POM + 10% PTFE (Tarnoform 300 + 10% of Hostaflon)
Rys. 6. Intensywność zużycia liniowego Izl [µm/km] w funkcji nacisku jednostkowego p [MPa] i prędkości ślizgania v [m/s] dla POM + 10% PTFE (Tarnoform + 10% Hostaflonu)
Fig. 6. Intensity of linear wear Izl [µm/km] versus unit pressure p [MPa] and sliding velocity v [m/s] for POM + 10% PTFE (Tarnoform 300 + 10% of Hostaflon)

3. WNIOSKI KOŃCOWE

Na podstawie wyników badań tribologicznych polioksymetylenu i jego kompozytów, zawierających 10% proszku PTFE (polskiego Tarflenu i niemieckiego Hostaflonu), można było stwierdzić istotną poprawę właściwości tribologicznych POM tylko w przypadku jego wypełniania proszkiem Tarflenowym. Wypełnianie POM proszkiem Hostaflonu powodowało jedynie nieznaczne zmniejszenie wartości współczynnika tarcia w zakresie wartości nacisku jednostkowego powyżej l MPa, przy nieznacznym wzroście intensywności zużycia.

    
LITERATURA
[ l]
CAPANIDIS D., WIELEBA W., ZIEMIAŃSKI K., Zmodyfikowane stanowisko badawcze typu „pin on disc” do badań właściwości tribologicznych materiałów ślizgowych i ciernych. VI Seminarium Tworzywa sztuczne w budowie maszyn. Kraków, 10-12.10.1991.
[ 2]
CAPANIDIS D., WIELEBA W., ZIEMIAŃSKI K., Zastosowanie techniki komputerowej w planowaniu eksperymentu i opracowaniu wyników badań wieloskładnikowych kompozytów polimerowych. V Konferencja Naukowo-Techniczna Nowe kierunki modyfikacji i zastosowań tworzyw sztucznych. Rydzyna, 25-27.05.1992.
[ 3]
CAPANIDIS D., WIELEBA W., ZIEMIAŃSKI K., Computer Techniques for Optimization the Polymer Composites Content by Tribologic Measurements. EUROTRIB ' 93, Budapeszt, 1993.
[ 4]
CAPANIDIS D., ZIEMIAŃSKI K., Planowanie sympleksowe eksperymentu w badaniach właściwości wieloskładnikowych kompozytów polimerowych. Ogólnopolskie Sympozjum Kompozyty i kompozycje polimerowe. Szczecin, 22-24 czerwca 1994.
[ 5]
CAPANIDIS D., Metody polioptymalizacji w projektowaniu właściwości wieloskładnikowych kompozytów. Ogólnopolskie Sympozjum Kompozyty i kompozycje polimerowe. Szczecin. 22-24 czerwca 1994.
[ 6]
CAPANIDIS D., LAWROWSKI Z., ZIEMIAŃSKI K., BIELEĆ J., FRYC Z., Rozwiązania konstrukcyjne polimerowych węzłów ślizgowych zastępujących węzły z łożyskowaniem tocznym. VII SEMINARIUM Tworzywa sztuczne w budowie maszyn. Kraków, 6-8 październik 1994.

THE EFFECT OF MODIFICATION OF POLYOXYMETHYLENE WITH DIFFERENT TYPES OF PTFE ON ITS TRIBOLOGICAL PROPERTIES

In the paper, the results of the friction and wear testing of polyoxymethylene (Tarnoform 300) and Tarnoform 300 based composites with the addition of 10% of PTFE are presented. Polish and German PTFE (trade names respectively: Tarflen, Hostaflon) were used as the filling material. The testing was carried out under condition of dry friction on 45 grade steel at diffrent values of the unit pressure p and sliding velocity v.