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Abstract:
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A ciência e engenharia de materiais possui um papel fundamental no que diz respeito a sistemas
mecânicos e sua eficiência energética. É uma ciência que permite o desenvolvimento de novos
materiais e a forma como eles são processados; ela complementa o projeto de componentes por
meio da utilização de materiais mais leves e mais resistentes, além da aplicação de tecnologias
que promovem a redução do atrito e do desgaste de componentes mecânicos. Uma abordagem
é por meio da aplicação de materiais poliméricos e compósitos como as poliftalamidas (PPA),
também conhecidas como poliamidas de alto desempenho, as quais são comumente reforçadas
com fibras. Essas fibras permitem a fabricação de componentes com boas propriedades
químicas, térmicas e mecânicas. Este estudo investigou como a adição de politetrafluoretileno
(PTFE) afetou o comportamento mecânico e tribológico de um compósito de matriz polimérica
comercialmente disponível contendo 30% em massa de fibra de vidro (Kuraray Genestar®
G1300A). Os compósitos contendo PTFE foram produzidos via moldagem por injeção com
diferentes concentrações de PTFE (0-15% em massa). Para a caracterização mecânica as
amostras foram tracionadas seguindo a norma ISO 527 e análises dinâmico mecânicas (DMA)
permitiram compreender como a adição do lubrificante sólido variou a temperatura de transição
vítrea (Tg) do compósito. Para avaliação tribológica, realizaram-se testes de movimento
recíproco (2Hz) e força normal contante (189 N – pressão de contato inicial 630 MPa) na
configuração esfera-plano por uma hora. O contracorpo utilizado nos testes tribológico foi uma
esfera de aço AISI 52100 com 10 mm de diâmetro. As marcas de desgaste foram analisadas por
interferometria de luz branca, perfilômetria de contato, microscopia eletrônica de varredura
(MEV) e espectroscopia de raios X por energia dispersiva (EDS). Os volumes desgastados
foram calculados através dos perfis das marcas obtidos por perfilômetria. Como esperado, a
introdução do PTFE promoveu uma redução nas propriedades mecânicas dos compósitos, uma
vez que os estoques de lubrificante atuam como vazios e concentradores de tensão. A redução
da tensão de ruptura dos compósitos foi de 7,9%, 8,5% e 14,8% para as condições contendo
2%, 5% e 15% de PTFE, respectivamente. Compósitos contendo PTFE apresentaram
coeficientes de atrito significativamente mais baixos (entre 0,06 e 0,08) quando comparados ao
compósito sem lubrificante sólido (0,31). Além disso, obteve-se uma melhora na resistência ao
desgaste, pois as taxas de desgaste passaram de 5,6x10-4 mm³N-1m-1
(sem PTFE) para
aproximadamente 1,0x10-4 mm³N-1m-1
para as condições contendo 2% e 5% de PTFE, mas
aumentou para 15% de lubrificante (2,3x10-4 mm³.N-1m-1
). Portanto, um melhor desempenho
tribológico é atingido pela adição do PTFE até 5%, mesmo com a redução das propriedades
mecânicas dos compósitos. Tal desempenho está associado a formação de tribocamadas com
baixa resistência ao cisalhamento na região de contato, como confirmado nas análises por EDS
que indicaram a presença do flúor na interface de contato, elemento típico do lubrificante sólido.
PTFE. |
