Na podstawie przegl¹du literatury mo¿na stwierdziæ, ¿e proces tarcia i zu¿ywania PTFE oraz jego kompozytów jest zagadnieniem bardzo z³o¿onym, poniewa¿ w zale¿-noci od warunków tarcia mog¹ dominowaæ ró¿ne rodzaje zu¿ywania. W zasadzie wszy-scy badacze s¹ zgodni co do faktu przenoszenia PTFE i niektórych wype³niaczy pod-czas tarcia na powierzchniê wspó³pracuj¹cego elementu metalowego i tworzenia na nim cienkiej warstewki polimerowej. Nie ma jednak zgodnoci co do przyczyn jej utrzy-mywania siê na powierzchni metalu. Ró¿ne s¹ równie¿ zdania na temat mechanizmu tarcia i zu¿ywania polimerowych kompozytów.
Niewiele prac badawczych dotyczy zagadnieñ zwi¹zanych z procesem wydzielania siê ciep³a tarcia i jego wp³ywu na przebieg procesu tarcia materia³ów polimerowych. Prezentowane w literaturze analizy procesu wydzielania ciep³a tarcia dotycz¹ przede wszystkim tarcia materia³ów metalowych (sprê¿ystych lub elastoplastycznych), a nie materia³ów polimerowych (lepkosprê¿ystych). Wiêkszoæ teorii zwi¹zanych z dyssy-pacj¹ energii podczas procesu tarcia zak³ada ca³kowit¹ przemianê pracy tarcia w cie-p³o, co nie jest prawdziwe zw³aszcza w wypadku materia³ów polimerowych. Ponadto teorie dotycz¹ce powstawania ciep³a podczas tarcia zak³adaj¹, ¿e jest ono generowane jedynie na powierzchni styku dwóch wspó³pracuj¹cych cia³ (b³ysk temperaturowy). Nieliczne prace badawcze (m.in. [1], [2], [71], [101]), dotycz¹ce jednak materia³ów metalowych i analizuj¹ce pocz¹tkowy okres procesu tarcia, dowodz¹, ¿e temperatura w g³êbi materia³u, pod powierzchni¹ tarcia, jest wy¿sza ni¿ rednia temperatura na po-wierzchni tarcia. Badacze zajmuj¹cy siê materia³ami elastomerowymi (gum¹) [29], [67] zaobserwowali istotn¹ rolê, jak¹ w procesie tych materia³ów odgrywa tarcie wewnê-trzne. Mo¿e ono doprowadziæ do powstawania wewnêtrznych róde³ ciep³a i znaczne-go rozgrzewania tych materia³ów podczas ich cykliczneznaczne-go odkszta³cania. Wprawdzie badacze ci twierdz¹, ¿e ich spostrze¿enia zwi¹zane z rol¹, jak¹ odgrywa w omawia-nych procesach tarcie wewnêtrzne dotycz¹ jedynie gumy, wydaje siê jednak na pod-stawie badañ w³asnych autora niniejszej pracy [140] ¿e równie¿ w wypadku materia-³ów polimerowych, jakimi s¹ PTFE i jego kompozyty, tarcie wewnêtrzne bêdzie prowadzi³o do powstawania róde³ ciep³a wewn¹trz materia³u polimerowego podczas jego lizgowej wspó³pracy z metalem. Stwierdzono [103], [139], ¿e si³y tarcia mog¹ zmieniaæ siê ze stosunkowo du¿¹ czêstotliwoci¹, powoduj¹c zmienny stan odkszta³-ceñ w objêtoci materia³u polimerowego. Dodatkow¹ zmiennoæ odkszta³odkszta³-ceñ w war-stwie wierzchniej powoduj¹ odchy³ki kszta³tu powierzchni wspó³pracuj¹cego z nim
sta-lowego przeciwelementu, takie jak: falistoæ, chropowatoæ, bicie obracaj¹cego siê prze-ciwelementu itp. Mo¿na zatem s¹dziæ, ¿e podczas lizgowej wspó³pracy kompozytów PTFE z metalami ciep³o tarcia jest generowane nie tylko na powierzchni tarcia, ale rów-nie¿ we wnêtrzu kompozytów. Ze wzglêdu na ma³¹ przewodnoæ ciepln¹ materia³ów polimerowych prowadzi to w razie du¿ej iloci generowanego ciep³a do powstawania znacznych ró¿nic temperatury w materiale polimerowym, przy czym najwy¿sza tem-peratura w objêtoci materia³u polimerowego wyst¹pi w pewnej odleg³oci pod po-wierzchni¹ styku wspó³pracuj¹cej pary lizgowej. Wy¿sza temperatura wystêpuj¹ca w g³êbi polimerowego materia³u termoplastycznego mo¿e przyczyniæ siê do nieco odmiennego sposobu zu¿ywania siê tego materia³u podczas procesu tarcia. Oznacza to, ¿e zagadnienie generowania ciep³a i zwi¹zanego z tym rozgrzewania wspó³pracuj¹cych materia³ów w procesie tarcia tworzyw sztucznych jest szczególnie wa¿ne, poniewa¿ w³a-ciwoci tych materia³ów zale¿¹ w istotny sposób od temperatury.
Jak dotychczas niewiele publikacji dotyczy³o omawianych zagadnieñ. S³uszne wy-daje siê wiêc podjêcie tej problematyki i przeprowadzenie w³asnych prac badawczych w tym zakresie oraz dokonanie próby opisania procesów zachodz¹cych podczas tarcia po stali kompozytów PTFE, zawieraj¹cych ró¿ne wype³niacze, ze szczególnym uwzglê-dnieniem rozgrzewania materia³u polimerowego w wyniku rozpraszania energii tarcia w postaci ciep³a.
Uwzglêdniwszy przedstawion¹ problematykê badawcz¹ sformu³owano nastêpuj¹ce cele pracy:
Cele poznawcze
Analiza procesu wydzielania siê ciep³a podczas tarcia polimerowych kompozy-tów po stali (natura ciep³a tarcia) potwierdzenie przypuszczenia, ¿e ciep³o generuje siê podczas procesu tarcia nie tylko na powierzchni styku wspó³pracuj¹cych materia-³ów, ale równie¿ w ich wnêtrzu wskutek tarcia wewnêtrznego.
Potwierdzenie przypuszczenia, ¿e najwy¿sza temperatura, do której rozgrzeje siê kompozyt PTFE podczas lizgowej wspó³pracy ze stal¹ bêdzie wystêpowa³a w pewnej odleg³oci, w objêtoci polimeru, pod powierzchni¹ tarcia.
Wyjanienie roli stanu chropowatoci powierzchni elementu stalowego w proce-sach tribologicznych zachodz¹cych podczas tarcia kompozytów PTFE (w tym wydzie-lania siê ciep³a tarcia).
Analiza procesów tarcia i zu¿ywania kompozytów PTFE wspó³pracuj¹cych ze stal¹ w wietle wydzielania siê ciep³a tarcia.
Zaproponowanie modelu mechanizmu tarcia i zu¿ywania kompozytów PTFE wspó³pracuj¹cych ze stal¹ z uwzglêdnieniem rozgrzewania materia³u polimerowego w wyniku ciep³a tarcia.
Cele utylitarne
Okrelenie zakresu chropowatoci powierzchni stalowego przeciwelementu, w którym wspó³pracuj¹ca para lizgowa kompozyt PTFEstal bêdzie mia³a najlepsze w³aciwoci tribologiczne.
Okrelenie zakresów parametrów ruchowych (p nacisk jednostkowy, v prêd-koæ lizgania), w których kompozyty PTFE bêd¹ mia³y najlepsze w³aciwoci tribo-logiczne podczas wspó³pracy ze stal¹.
Analiza rozk³adu temperatury w wykonanym z kompozytu PTFE piercieniu uszczelniaj¹cym wa³ obrotowy podczas jego tarcia po stali.
Aby osi¹gn¹æ wymienione cele, przewidziano nastêpuj¹cy zakres prac:
1. Przeprowadzenie badañ wp³ywu chropowatoci powierzchni elementu stalowe-go na w³aciwoci tribologiczne wspó³pracuj¹cych z nim kompozytów PTFE oraz na iloæ wydzielanego ciep³a tarcia.
2. Przeprowadzenie badañ rozk³adu temperatury na powierzchni elementu wykona-nego z kompozytu PTFE podczas jego tarcia po stali oraz podczas próby cykliczwykona-nego ciskania pomiary termograficzne.
3. Przeprowadzenie badañ tarcia wewnêtrznego oraz zdolnoci t³umienia drgañ przez kompozyty PTFE w ró¿nych temperaturach otoczenia.
4. Przeprowadzenie badañ mikroskopowych powierzchni lizgowej kompozytów oraz elementu stalowego po procesie tarcia maj¹cych na celu wyjanienie mechanizmu tar-cia i zu¿ywania kompozytów PTFE.
5. Opisanie mechanizmu tarcia i zu¿ywania kompozytów PTFE z wype³niaczami dyspersyjnymi podczas wspó³pracy ze stal¹.