Comportamento tribológico do PEEK (polyetheretherketone) e seus compósitos em deslizamento a seco

Abstract

A utilização de novos materiais no desenvolvimento tecnológico permitiu que materiais como os polímeros encontrem um papel bastante relevante em aplicações tribológicas (atrito e desgaste) onde a temperatura de serviço, o ambiente com humidade significativa, a elevada rigidez associada a baixa densidade e a resistência química se assumem como factores determinantes na selecção do material. O PEEK (Polyeteretercetona) é um polímero de engenharia facilmente processável por injecção e extrusão e que tem aplicação em inúmeras peças técnicas nos mais variados campos, desde a biomecânica à indústria automóvel. Quando reforçado (fibras de vidro ou carbono) verifica-se um melhoramento acentuado das suas propriedades mecânicas, constituindo um compósito de matriz termoplástica com grande potencial de investigação. No presente trabalho estudou-se o comportamento ao atrito e desgaste do PEEK, do PEEK reforçado com 30% (peso) de fibras de carbono (PEEK-CF30) e do PEEK reforçado com 30% (peso) de fibras de vidro (PEEK-GF30) em deslizamento a seco. A avaliação do comportamento tribológico dos referidos materiais foi estruturada em três fases distintas. Numa primeira fase foi realizado um estudo comparativo ao atrito e desgaste do PEEK, do PEEK-CF30 e do PEEK-GF30. Os resultados obtidos evidenciaram a excelente resistência ao desgaste dos compósitos relativamente ao PEEK não reforçado. Em relação ao atrito e desgaste o PEEK-CF30 apresentou o melhor comportamento. Numa segunda fase, foi desenvolvido um modelo termomecânico para prever o comportamento ao atrito e desgaste do PEEK-CF30 em função do factor pv (produto da pressão aparente de contacto e velocidade de deslizamento), da temperatura e da distância de deslizamento. Finalmente, e no sentido de analisar o efeito da temperatura de contacto no atrito e desgaste, foi avaliado o comportamento do PEEK-CF30 acima da temperatura de transição vítrea (Tg). Por último, concluiu-se que o PEEK-CF30 apresenta o melhor comportamento tribológico dos materiais ensaiados (PEEK, PEEK-CF30 e PEEK-GF30). Igualmente, o modelo desenvolvido para o PEEK-CF30 correlaciona o atrito e desgaste em função do factor pv, temperatura e distância de deslizamento com um grau de aproximação razoável.

The use of new materials in technology development permitted that materials such as polymers find a new and quit relevant role in tribological applications (friction and wear) in which the service temperature, the environment with a significant moisture, the high stiffness associated with the low density and chemical resistance appear as decisive factors in the selection of the material. The PEEK (Polyetheretherketone) is an polymer of engineering with easy processability by injection and extrusion, and it has an application in several technical pieces in most varied fields, from biomechanics to automobile industry. When the PEEK is reinforced (with carbon or glass fibres) one can observe a quite significant improvement in its mechanical properties, creating a composite of a thermoplastic matrix with a great potential in investigation. In this work what has been studied is the behaviour regarding friction and wear of the PEEK, of the PEEK reinforced with 30% (weight) of carbon fibres and of the PEEK reinforced with 30% (weight) of glass fibres in a dry sliding. The evaluation of the tribological behaviour of those materials was divided and structured into three distinct phases. In the first phase, a comparative study was made on friction and wear of the PEEK, PEEK-CF30 and PEEK-GF30. The obtained results shows an excellent wear resistance of the composites regarding non reinforced PEEK. The PEEKCF30 showed the best behaviour to friction and wear. In a second phase a thermomechanical model was developed to predict the PEEK-CF30 behaviour related to friction and wear with the pv factor (product of apparent pressure of contact and sliding speed), the temperature and the sliding distance. Finally, and with the aim of analysing the contact temperature effect in friction and wear, it was made an evaluation of the PEEK-CF30 behaviour above the glass transition temperature (Tg). Finally, the reached conclusions were that PEEK-CF30 is the one that presents the best behaviour from all the tested materials (PEEK, PEEK-CF30 e PEEKGF30). The developed model used for PEEK-CF30 correlates the evolution of the friction and wear with the pv factor, the temperature and the sliding distance with a reasonable degree of approximation.