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O presente trabalho discute o comportamento tribológico do politetrafluoretileno (PTFE) e de compósitos com matriz deste material, que possam futuramente ser utilizados em sistemas de vedação de vapor de óleo de unidades geradoras de usinas hidrelétricas. Foram realizados ensaios de atrito, do tipo esfera contra disco, onde os materiais ensaiados, no formato de placas finas, deslizavam contra esferas de carboneto de tungstênio, com carga e distância percorrida constantes e em três velocidades tangenciais diferentes. Foram realizadas medições do coeficiente de atrito cinético, da temperatura no contato e do desgaste. Tais procedimentos experimentais auxiliam a análise das características e do desempenho dos materiais estudados em aplicações tribológicas. Nos ensaios observou-se que os parâmetros de coeficiente de atrito e de temperatura são influenciados pela velocidade tangencial. A temperatura no contato aumenta com o aumento da velocidade para todos os materiais estudados e o coeficiente de atrito cinético apresentou aumento somente para o PTFE sem carga, ficando com valores médios muito próximos para os demais materiais. Com relação ao desgaste, foi verificado que os materiais adicionados ao PTFE, para a formação dos compósitos, melhoram significativamente a resistência ao desgaste deste polímero, sendo que o que apresentou melhor desempenho (PTFE + fibras de carbono + poliéster aromático) apresentou desgaste 4 vezes menor do que o polímero puro. Ensaios tribológicos foram realizados nos mesmos materiais, após envelhecimento em óleo mineral utilizado em mancais de unidades geradoras de usinas. Os resultados mostram significativa alteração no comportamento tribológico, principalmente no coeficiente de atrito cinético, devido à permeação do óleo na superfície dos materiais, sendo que o material que contém carbono e grafite apresentou os menores valores de coeficiente de atrito, por ter absorvido uma maior quantidade de óleo. Ensaios de tração mostraram que os materiais enrijeceram após serem submetidos a envelhecimento em óleo. Com relação a aplicação dos materiais em futuros componentes mecânicos, o compósito que contém PTFE, fibra de carbono e poliéster aromático apresentou o melhor desempenho nos ensaios de atrito, antes do envelhecimento em óleo, tendo suportado melhor o desgaste e atingido menores temperaturas superficiais. Já para as amostras envelhecidas em óleo, devido a permeação de óleo para o interior do material, o compósito que contém carbono e grafite foi o que apresentou menores coeficientes de atrito e menores temperaturas superficiais, sendo o mais indicado para aplicações onde óleo lubrificante esteja presente.
This work discusses the tribological behavior of polytetrafluoroethylene (PTFE) and of composites made using this polymer, which might be used in the future in oil steam sealing systems of power generator hydro machines. Friction tests in ball-on-disc were done, with the materials being tested in the thin plates shape sliding against tungsten carbide sphere with constant load and distance and in three different tangential velocities. Measurements of the dynamic coefficient of friction, contact temperature and the wear were conducted. These experimental procedures enable the analysis of the characteristics and performance of the studied materials in tribological applications. It was observed in the tests that the friction coefficient and temperature parameters are affected by the tangential velocity. The contact temperature rises when increasing the velocity, for all the materials studied and the friction coefficient showed an increase in the pure PTFE, keeping the average values very close to the other materials. In relation to wear, it was observed that the materials added to the PTFE in order to form the composites improved significantly the wear resistance of this polymer, proving that the one presenting the best performance (PTFE + carbon fibers + aromatic polyester) showed 4 times less wear than the pure polymer. Tribological tests were done in the same materials, after being subject to the mineral oil aging used in bearings of power generating machines. The results show significant change in the tribological behavior, mainly in the friction coefficient because of the oil permeation in the material surfaces, indicating that the material that contains carbon and graphite showed the smallest values of friction coefficient, for absorbing more quantity of oil. Tensile tests show that the materials became more rigid after the oil aging. Considering a future application of these materials as mechanical components, the composites made by PTFE, carbon fiber and aromatic polyester presented the best performance in the friction tests, before the oil aging, withstanding better the wear and reaching the lowest surface temperatures. In relation to the samples after the oil aging, considering the permeation of the oil for their interiors, the composite made of PTFE, carbon and graphite was the one that showed the smallest friction coefficient and surface temperature, being the best to applications where lubricant oil is present.
Data da defesa: 13/03/2017
Banca Examinadora
Orientador (a): Marilda Munaro (Lactec)
Membro da Banca: Vitoldo Swinka Filho (Lactec)
Membro da Banca: Eduardo Márcio de Oliveira Lopes (UFPR)
Palavra(s)-Chave: Atrito; Desgaste; PTFE; Temperatura, Macais.
Keywords: Friction, Wear, PTFE, Temperature, Bearings
