Effect of surface finishing on friction and wear of Poly-Ether-Ether-Ketone (PEEK) under oil lubrication

Efecto del acabado superficial sobre la fricción y el desgaste de la poli-éter-éter-cetona (PEEK) en lubricación con aceite

Se estudiaron las propiedades tribológicas del poli-éter-éter-cetona (PEEK) que contiene un 30% de fibra de carbono en un entorno lubricado con aceite y diferentes acabados superficiales del contracuerpo metálico. Para este estudio se eligieron cuatro procesos de acabado diferentes, utilizados habitualmente en la industria del automóvil: torneado, esmerilado, bruñido y pulido. El sistema de ensayo utilizado fue de tres pasadores sobre disco con pasadores de PEEK y contracuerpo de acero; se sumergieron completamente en aceite ATF Dexron VI. Algunos parámetros de la prueba se mantuvieron constantes, como la presión aparente de 2 MPa, la velocidad lineal de 2 m/s, la temperatura del aceite a 85 °C, y el tiempo - 120 minutos. 

También se estudió el régimen de lubricación para el intervalo de presión aparente de 1 MPa a 7 MPa a diferentes velocidades de deslizamiento. Se encontró una correlación directa entre la tasa de desgaste, el coeficiente de fricción y el régimen de lubricación, donde el desgaste bajo lubricación hidrodinámica fue, en promedio, aproximadamente 5 veces menor, y el coeficiente de fricción 3 veces menor que bajo lubricación límite.

INTRODUCCIÓN

Un desafío importante para el uso de materiales poliméricos en la industria de la movilidad es la sustitución de materiales metálicos utilizados en el tren motriz, especialmente en el motor y la transmisión. Las condiciones de torque, temperatura y fricción en los componentes de esos sistemas hacen que el uso de la mayoría de los polímeros sea impráctico; no obstante, existen algunas alternativas que pueden ser estudiadas, entre ellas el poliéter éter cetona (PEEK).

La combinación de resistencia mecánica y al desgaste es una de las características del PEEK que puede permitir su aplicación en componentes mecánicos como engranajes, cojinetes, arandelas de empuje, bujes, sellos, horquillas, elementos de acoplamiento, entre otros. Para mejorar aún más estas propiedades, es común agregar fibra de carbono a este polímero. Por lo tanto, es importante entender el comportamiento tribológico de este material cuando está en contacto con piezas metálicas de diferentes rugosidades y en entornos de lubricación.

Originalmente, se pensaba que menos rugosidad significaba menos desgaste, debido a la abrasión, en los polímeros. Sin embargo, investigaciones recientes han mostrado que para ciertos polímeros existe una rugosidad óptima, indicando un efecto complejo de la rugosidad del contracuerpo en el desgaste del polímero.

Experimentos realizados en condiciones secas con polietileno de ultra alto peso molecular (UHMWPE) frotándose contra piezas metálicas con superficies extremadamente lisas, han mostrado tasas de desgaste comparables a las tasas de desgaste de piezas frotándose contra superficies relativamente rugosas.