Caracterização da estrutura e comportamento tribológico de blendas de poli(aril éter cetona) com poli(tetrafluoretileno)

Abstract

Nos últimos anos, polímeros especiais estão sendo utilizados de forma crescente em aplicações de engenharia com requisitos tribológicos como buchas, mancais, cames e engrenagens. São exemplos empregados os polímeros poli(tetrafluoretileno) (PTFE), poli(imidas) PIs, poli(amida-imida) PAI, poli(éter-imida) PEI, poli(éter-sulfona) PES, e os homólogos poli(éter-cetona) PEK, poli(éter-éter-cetona) PEEK e poli(aril-éter-cetona) PAEK. O crescente desenvolvimento de componentes poliméricos deve-se às propriedades únicas que oferecem de auto lubrificação, resistência ao desgaste, ao impacto e a corrosão aliadas a facilidade de fabricação através de moldagem por injeção. Uma opção atrativa para a preservação e aumento da vida útil de componentes com aplicações tribológicas que utilizam os materiais poliméricos como matriz/componente é a utilização de lubrificantes sólido. Além de reduzir custos, esse tipo de lubrificante pode ser a única opção de lubrificação em aplicações especiais, como altas/baixas temperaturas e/ou vácuo. As blendas poliméricas de PAEK com PTFE têm comportamento tribológico satisfatório quando misturas de alta energia são empregadas em seu processamento. Para esses casos, o PTFE tem sua estrutura deformada mecanicamente, fazendo com que seja mais bem disperso e possua melhor interação com o outro componente, levando à lubrificação uniforme da superfície e menores taxas de desgaste. Este trabalho de mestrado visa o entendimento de como os diferentes modos de preparação (mistura comum de baixa energia e mistura de alta energia) e composição (variando de 0% a 30% em massa do lubrificante sólido PTFE) contribuem para uma melhor dispersão e conformação de partículas do lubrificante nas blendas visando melhor desempenho tribológico. Ensaios tribológicos foram realizados sendo a taxa de desgaste e o coeficiente de atrito analisadas para avaliação do desempenho do material. Também se avaliou o formato e composição das tribocamadas, a topografia das superfícies ensaiadas, bem como a estabilidade térmica e termomecânica das blendas produzidas. Para as condições estudadas, as amostras que apresentaram melhor comportamento tribológico foram as misturadas através do método de alta energia e com composição de 15% de PTFE. Essas apresentaram menor coeficiente de atrito e taxa de desgaste, assim como superfícies resultantes mais uniformes e com asperidades mais suavizadas, colaborando para comportamento tribológico superior.

Abstract: In the recent years, special polymers are being used with increasing frequency in engineering applications with tribological requirements as bushings, bearings, cams and gears. Are examples applied the polymers Poly(tetrafluroethylene) (PTFE), Poly(imides) PIs, Poly(amideimide) PAI, Poly(etherimide) PEI, Poly(ethersulphone) PES, and the homologues Poly(etherketone) PEK, Poly(etheretherketone) PEEK e Poly(aryletherketone) PAEK. The increasing development of polymeric components is due to their unique properties of self-lubricating, wear, impact and corrosion resistance besides the possibility of fabrication facility through the injection molding process. An attractive option for the preservation and increasing of components useful life of components with tribological applications that use polymeric materials as matrix/component is the use of solid lubricants. In addition to reducing costs, this type of lubricant may be the only lubrication option in special applications, such as low/high temperatures and/or vacuum. The polymeric blends of PAEK with PTFE have their tribological behaviors satisfactory when high-energy mixing is employed on their processing. For these cases, PTFE has its structure mechanically deformed, making its dispersion and interaction with the other component better, leading to uniform surface lubrication and lower wear rates. This master's project aims to evaluate how the different modes of preparation (low energy common mixing and high energy mixing) and composition (varying from 0% to 30% in mass of the solid lubricant PTFE) contribute to a better dispersion and particle conformation of the lubricant in the blends aiming to obtain better tribological performances. Tribological tests were performed, and the variables wear rate and coefficient of friction analyzed for the materials? performance evaluation. Were also analyzed the shape and composition of tribolayers, topography of the tested surfaces, as well as the thermal stability of the produced blends. Among all studied conditions, the specimens that showed the best tribological behavior were the ones mixed using the high-energy method with composition of 15% wt of PTFE. This condition presented the lowest coefficient of friction and wear rate, as well as worn surfaces with a topography more uniform and smoother surface roughness, contributing to a better tribological behavior.