Comparación del desgaste de compuestos termoplásticos en superficies de acero, latón y aluminio

Pruebas de compuestos termoplásticos contra acero

Para comprender cómo interactúan los plásticos con los metales, realizamos pruebas controladas emparejando compuestos termoplásticos con contracaras de acero laminado en frío AISI 1141. Sorprendentemente, los acabados metálicos más lisos (8–12 µin) produjeron el mayor desgaste en los compuestos, impulsados por la fricción de adhesión-deformación. El rango de 12–16 µin ofreció los factores de desgaste más bajos, mientras que las superficies de 50–70 µin arrojaron valores intermedios para la mayoría de los compuestos. Las formulaciones sin reforzar se comportaron de manera diferente.

El policarbonato reforzado con fibra de vidrio y lubricado con PTFE fue el único compuesto que mostró un aumento de rugosidad en la contracara de acero; todos los demás compuestos redujeron la rugosidad superficial hasta en una octava parte, mientras que la superficie metálica se rugosizó consistentemente en todas las pruebas.

Comportamiento del desgaste

Examinamos el comportamiento del desgaste de compuestos termoplásticos contra contracaras de acero inoxidable y latón en dos niveles de rugosidad. Coherente con lo esperado, aumentar la rugosidad del acero inoxidable 304 de 8–16 µin a 50–70 µin incrementó los factores de desgaste para todos los compuestos. Curiosamente, los coeficientes de fricción correspondientes disminuyeron con una mayor rugosidad del metal.

Factores de desgaste

Los factores de desgaste y los coeficientes de fricción fueron generalmente más altos para el acero inoxidable 440 que para el 304. El desgaste elevado de la aleación 440 probablemente se deba a su falta de endurecimiento por trabajo durante el uso. Al emparejarse con superficies de latón de 8–16 µin, los factores de desgaste igualaron a los observados con acero inoxidable, pero el latón exhibió tasas de desgaste hasta 80 veces superiores cuando se combinó con compuestos reforzados con fibra de vidrio o carbono. El nylon 6/6 lubricado con PTFE y su variante de fibra de aramida lograron desgastes extremadamente bajos contra el latón, aunque en algunos casos la rugosidad superficial resultante fue hasta cuatro veces mayor que la producida en contracaras de acero inoxidable.

Las contracaras de aleación de aluminio 2024 ofrecieron una ventana de tolerancia más estrecha, proporcionando consistentemente factores de desgaste aceptables para los compuestos. El acabado óptimo fue de 12–16 µin, que produjo el menor desgaste.

PTFE

El nylon 6/6 sin reforzar lubricado con PTFE y su contraparte reforzada con fibra de aramida ofrecieron las tasas de desgaste más bajas entre todos los emparejamientos con aluminio. No obstante, los factores de desgaste de los compuestos contra el aluminio siguieron siendo superiores a los observados contra acero, acero inoxidable o latón. Todos los compuestos termoplásticos sufrieron desgaste excesivo en contracaras de bronce fosforoso, excepto cuando se combinaron con las dos formulaciones lubricadas con PTFE.

Comportamiento del desgaste de compuestos a base de fluoropolímeros

Los compuestos de fluoropolímero cargados con aditivos inorgánicos —polvo de grafito, harina de coque y fibras de vidrio molidas— exhibieron mayor desgaste contra aluminio que contra acero. Por el contrario, los compuestos de PTFE que incorporan bronce y MoS₂ de forma sinérgica lograron menor desgaste en aluminio comparado con acero. Los compuestos de PTFE con cargas orgánicas como PPS, polioxibenzoato y polímero aromático de refuerzo (ARP) mostraron desgaste y rugosidad superficial comparables en ambos metales. En todas las variantes de fluoropolímeros, los coeficientes de fricción fueron más altos en aluminio que en acero.

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