Desgaste de plástico:qué lo causa y cómo evitarlo

El desgaste del plástico, como la fricción, es un fenómeno complejo. Tiene lugar como dos superficies se deslizan o ruedan entre sí y las fuerzas del movimiento relativo eliminan gradualmente el material. Dos mecanismos de desgaste comunes son la adhesión y la abrasión. El desgaste del adhesivo ocurre cuando las superficies de contacto se deslizan entre sí y los fragmentos de una superficie se desprenden y se adhieren a la otra. En un material lubricado, los desechos resultantes forman un polvo fino en la superficie de contacto. Este es el principal mecanismo de desgaste de los termoplásticos en contacto por fricción.

El desgaste abrasivo, por otro lado, ocurre cuando la superficie más dura raspa o desgasta a su compañero. Este tipo de desgaste se caracteriza por ranuras o hendiduras cortadas en la superficie de la pieza. Las partículas desprendidas, como las fibras de vidrio, pueden rodar entre las superficies y causar una abrasión severa. Los polímeros con dureza inherente ayudan a reducir el desgaste abrasivo.

El desgaste del plástico puede provocar una libertad de movimiento no deseada o una pérdida de precisión, o ambas cosas. Incluso la pérdida de cantidades relativamente pequeñas de material puede causar fallas en el sistema. Si bien incluso un sistema tribológico bien diseñado no puede eliminar por completo la eliminación de material, puede reducir el desgaste a un nivel insignificante.

Las cualidades de uso de los termoplásticos lubricantes difieren enormemente. Los diseños que emplean plástico sobre metal funcionan mejor. Pero los diseños que requieren plástico sobre plástico se pueden hacer para que funcionen bien utilizando polímeros diferentes con uno o más aditivos resistentes al desgaste como el PTFE.

Diseñar para uso plástico

Una vez que el diseño del sistema está en su lugar, el ingeniero debe determinar si es probable que se produzca un "desgaste significativo". Si es así, la tasa de desgaste debe ajustarse a niveles "aceptables".

La tasa de desgaste del sistema está determinada por la interacción de variables principalmente controlables. Por ejemplo, las variables estructurales incluyen materiales en movimiento relativo y sus acabados superficiales, así como materiales interfaciales como lubricantes y partículas abrasivas. Otro factor es el tipo de movimiento:movimiento alternativo versus movimiento continuo o geométrico (es decir, deslizamiento, balanceo) entre componentes. Las condiciones operativas como la velocidad, la carga y la temperatura también pueden tener un impacto.

A menudo, la selección de materiales para cojinetes, bujes, sellos y engranajes depende de factores que tienen poco o nada que ver con la resistencia al desgaste. Atributos como el costo, el peso, la resistencia química o las propiedades térmicas y mecánicas pueden impulsar estos diseños. Sin embargo, aún es posible obtener buenas cualidades de fricción y desgaste incluso con opciones limitadas de materiales.

Cuando un compuesto termoplástico no funciona correctamente, los ingenieros pueden considerar alterar los niveles de aditivos o introducir nuevos. También pueden seleccionar un plástico resistente al desgaste diferente o cambiar el material de la superficie de acoplamiento o ambos para mejorar el rendimiento.

El costo real del desgaste no es el precio de compra del compuesto, sino los costos ocultos de no usar el termoplástico correcto en primer lugar. Las pruebas estandarizadas como ASTM D-3702 dan una indicación de las tasas de desgaste relativas. Es importante crear un prototipo o realizar pruebas de aplicación reales siempre que el desgaste sea una preocupación.

Calcular las tasas de desgaste

El desgaste se puede medir cuantitativamente como la tasa de desgaste específica, que es la pérdida volumétrica de material durante una unidad de tiempo. El desgaste es proporcional a la carga sobre la muestra multiplicada por la distancia que recorre la muestra. El factor de desgaste proviene de la siguiente relación:

W =K • F • V • T

Donde k =factor de desgaste (pulg.3 min / pie / lb / hr) 10-10, W =volumen de desgaste (pulg.3), F =fuerza (lb), V =velocidad (pies / min), T =tiempo transcurrido (h). Cuanto menor sea la K, más resistente al desgaste será el plástico. Sin embargo, K solo debe usarse como una medida de rendimiento relativo al comparar alternativas termoplásticas.

Tanto la presión de contacto (P) como la velocidad de deslizamiento (V) influyen fuertemente en las tasas de desgaste del material. La capacidad fotovoltaica de un material de rodamiento se expresa como el producto de P y V. Cada material tiene un límite de PV. Por encima de este límite, un material fallará. El límite de PV, sin embargo, es más conceptual que práctico. Los valores de PV más altos indican la capacidad de operar bajo cargas más pesadas y velocidades de superficie más rápidas. Un aumento de presión aumenta la tasa de desgaste y disminuye la fricción, mientras que una mayor velocidad de deslizamiento aumenta tanto el desgaste como la fricción.

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