Comparação do Desgaste de Compósitos Termoplásticos em Superfícies de Aço, Latão e Alumínio

Testes de Compósitos Termoplásticos contra Aço

Para compreender a interação entre plásticos e metais, realizamos testes controlados emparelhando compósitos termoplásticos com contra-faces de aço AISI 1141 laminado a frio. Surpreendentemente, os acabamentos metálicos mais lisos (8–12 µin) produziram o maior desgaste nos compósitos, impulsionados por atrito de adesão-deformação. A faixa de 12–16 µin proporcionou os menores fatores de desgaste, enquanto superfícies de 50–70 µin resultaram em valores intermediários para a maioria dos compósitos. Formulações não reforçadas comportaram-se de forma diferente.

O policarbonato reforçado com fibra de vidro e lubrificado com PTFE foi o único compósito que aumentou a rugosidade da contra-face de aço; todos os outros compósitos reduziram a rugosidade superficial em até um oitavo, enquanto a superfície metálica consistentemente se tornou mais rugosa nos testes.

Comportamento de Desgaste

Examinamos o comportamento de desgaste de compósitos termoplásticos contra contra-faces de aço inoxidável e latão em dois níveis de rugosidade. Conforme esperado, o aumento da rugosidade do aço inoxidável 304 de 8–16 µin para 50–70 µin elevou os fatores de desgaste para todos os compósitos. Curiosamente, os coeficientes de atrito correspondentes diminuíram com o aumento da rugosidade do metal.

Fatores de Desgaste

Fatores de desgaste e coeficientes de atrito foram geralmente mais altos para o aço inoxidável 440 do que para o 304. O desgaste elevado da liga 440 provavelmente decorre da sua falta de endurecimento por trabalho durante o uso. Quando emparelhados com superfícies de latão de 8–16 µin, os fatores de desgaste equipararam-se aos observados com aço inoxidável, mas o latão exibiu taxas de desgaste até 80 vezes maiores quando acoplado a compósitos reforçados com fibra de vidro ou carbono. Nylon 6/6 lubrificado com PTFE e sua variante de fibra aramida alcançaram desgaste extremamente baixo contra latão, embora em alguns casos a rugosidade superficial resultante tenha sido até quatro vezes maior que a produzida em contrapartes de aço inoxidável.

Contra-faces de liga de alumínio 2024 ofereceram uma janela de tolerância mais estreita, fornecendo consistentemente fatores de desgaste aceitáveis para os compósitos. O acabamento ótimo foi 12–16 µin, resultando no menor desgaste.

PTFE

Nylon 6/6 não reforçado lubrificado com PTFE e sua contraparte reforçada com fibra aramida proporcionaram as menores taxas de desgaste entre todos os emparelhamentos com alumínio. No entanto, os fatores de desgaste dos compósitos contra alumínio permaneceram mais altos que os observados contra aço, aço inoxidável ou latão. Todos os compósitos termoplásticos sofreram desgaste excessivo em contra-fases de bronze fosforoso, exceto quando emparelhados com as duas formulações lubrificadas com PTFE.

Comportamento de Desgaste de Compósitos Baseados em Fluoropolímeros

Compósitos de fluoropolímero preenchidos com aditivos inorgânicos — pó de grafite, farinha de coque e fibras de vidro moídas — exibiram maior desgaste contra alumínio do que contra aço. Por outro lado, compósitos de PTFE incorporando bronze e MoS₂ de forma sinérgica alcançaram menor desgaste no alumínio comparado ao aço. Compósitos de PTFE com cargas orgânicas como PPS, polioxibenzoato e polímero aromático de reforço (ARP) mostraram desgaste e rugosidade superficial comparáveis em ambos os metais. Em todas as variantes de fluoropolímero, os coeficientes de atrito foram mais altos no alumínio do que no aço.

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