Estudo tribológico do PEEK via microscopia digital

Abstract

No presente trabalho, desenvolveu-se um estudo ao comportamento tribológico do PEEK por via microscopia digital. Atualmente o PEEK é um material que tem vindo a ser procurado pela industria da biomedicina e aeroespacial derivado da sua biocompatibilidade e excelentes propriedades mecânicas. O seu comportamento tribológico torna-se variavél dentro de determinados fatores como é o caso da taxa de desgaste. Para o PEEK, a pressão de trabalho, velocidade de deslizamento, temperatura são algumas das razões que levam a alterações nas taxas de desgaste, daí o seu interesse em estudar os possiveis cenários dentro destas condições de trabalho. Outro método de melhorar as taxas de desgaste em PEEK provém da adição de bras ou lubri cantes sólidos na sua matriz polimérica. Para ajudar a compreender melhor o seu comportamento realizou-se ensaios tribológicos num tribómetro de bloco sobre disco onde se utilizou como material antagonista o aço AISI 1045. Para se estruturar a avaliação tribológica ao PEEK dividiu-se esta etapa em 3 fases distintas. Numa primeira fase, com base no cálculo do coe ciente de desgate, estudou-se a in uência da carga nominal e da velocidade de deslizamento. Numa segunda fase, identi cou-se os mecanismos de desgaste dominantes em cada ensaio. Na última fase, com recurso a técnicas de microscopia quantitativa e tratamento de imagem, fez-se uma reconstrução 3D das superfícies para posteriormente quanticar as variações topográ cas sofridas através do cálculo da dimensão fractal. Foi possivél observar-se que o aumento da taxa de desgaste, pressão de trabalho e velocidade de deslizamento originam maiores valores de dimensão fractal para as superfícies de PEEK, onde os mecanismos de desgaste dominantes para este par tribológico é a abrasão e a adesão.

In the present work, will be developed a study of the tribological behavior of PEEK by digital microscopy. Currently, PEEK is a material that has been sought by the biomedicine and aerospace industry due to its biocompatibility and excellent mechanical properties. Its tribological behavior becomes variable within certain factors such as the wear rate. For PEEK, working pressure, sliding speed, and temperature are some of the reasons that lead to changes in wear rates, hence its interest in studying possible scenarios within these working conditions. Another method of handling PEEK's wear rate comes from adding bers or solid lubricants to its polymer matrix. To understand better its behaviour, it were carried some tribological testes in a block-on-disk tribometer where AISI 1045 steel was used as a antagonist material. In order to structure the tribological evaluation of PEEK, this stage was divided into 3 distinct phases. In a first phase, it was studied the influence of the nominal load and slip speed over the wear coeficient. In a second phase it was identified the dominant wear mechanisms in each test. In the last phase, using digital microscopy and image treatment techniques, a 3D reconstruction of the surfaces was carried out to later quantify the topographical variations suffered by calculating the fractal dimension. It was possible to observe that the increase in the wear rate, work pressure and split speed rise to higher fractal dimension values for the PEEK surfaces, where the dominant wear mechanisms for this tribological pair are abrasion and adhesion.