Peek polimer kompozitlerin tribolojik performanslarının incelenmesi

Abstract

Bu çalışma, gıda endüstrisinde kullanılan saf poli-eter-eter-keton polimeri, %30 cam fiber takviyeli poli-eter-eter-keton, %30 karbon fiber takviyeli poli-eter-eter-keton ve yüksek performanslı HPV-PEEK kompozitlerinin alüminyum ve çelik disk malzemelerine karşı aşınma ve sürtünme davranışları incelenmiştir. Deneyler disk üzerinde pim olan bir aşınma cihazında gerçekleştirilmiştir. Tribolojik testler, kuru ortam şartlarında 0.5, 1, 2, 3, 4, ve 5 m/s gibi farklı kayma hızlarında yapılırken 50, 100, 150 ve 250 N'luk yükler altında gerçekleştirilmiştir. Tribolojik deneylerde saf PEEK ve kompozitlerinin sürtünme katsayısı ve spesifik aşınma oranları uygulanan yük ve kullanılan hızlara göre tespit edilmiştir. Saf PEEK ve PEEK kompozitlerinin hem çelik disk hem de alüminyum disk karşı malzemelerine karşı çalışması durumunda kayma hızının artması ile sürtünme katsayılarının azaldığı tespit edilmiştir. En düşük sürtünme katsayısı HPV-PEEK kompozitinde elde edilirken, en yüksek sürtünme katsayısı ise saf PEEK polimerinde elde edilmiştir. Uygulanan yükün artması ile saf PEEK ve kompozitlerinin hem çelik disk hem de alüminyum disk karşı malzemelerine karşı çalışması durumunda uygulanan yükün artması ile sürtünme katsayılarının arttığı/azaldığı tespit edilmiştir. Uygulanan yüke göre en düşük sürtünme katsayısı HPV-PEEK kompozitinde elde edilirken, en yüksek sürtünme katsayısı ise saf PEEK polimerinde elde edilmiştir. Hem çelik disk hem de alüminyum disk malzemelerine karşı çalışan saf PEEK ve PEEK kompozitlerinin spesifik aşınma oranları deneylerdeki kayma hızının artırılması ile artarken uygulanan yükün artırılması ile de azalma gözlenmiştir. Çalışma sonucunda en düşük spesifik aşınma oranı HPV-PEEK kompozitinde elde edilirken, en yüksek spesifik aşınma oranı ise saf PEEK polimerinde elde edilmiştir. PEEK ve PEEK kompozitlerinin tribolojik çalışmalarında düşük aşınma değerleri açısından çelik disk malzemenin alüminyum karşı disk malzemeye göre daha avantajlı olduğu tespit edilmiştir. Çalışılan PEEK polimer ve kompozit malzemelerin aşınma yüzeylerinin incelenmesi için taramalı elektron mikroskobu kullanılmıştır. Çalışmada kullanılan malzeme, yük ve hızlara göre hem abrazif hem de adhezif aşınma mekanizmalarının oluştuğu tespit edilmiştir.Anahtar kelimeler: PEEK, kompozit, triboloji, kayma hızı, yük

In this study, pure poly-ether-ether-ketone polymer, 30wt.% glass fiber reinforced poly-ether-ether-ketone, 30wt.% carbon fiber reinforced poly-ether-ether-ketone and high performance HPV-PEEK polymer composites used in food industry were investigated. Tribological performances were studied for PEEK polymer and its composites. The experiments were carried out in a pin-on-disc wear test device. Tribological tests were carried out under dry sliding conditions at the sliding speed of 0.5, 1, 2, 3, 4, and 5 m/s and under the loads of 50, 100, 150 and 250 N. As a result of the tribological studies, it was determined that the friction coefficient values decreased with increasing sliding speed in all test samples used in the experiments against both steel disc and aluminum disc counter materials. The lowest coefficient of friction was obtained in HPV-PEEK composite and the highest coefficient of friction was obtained in pure PEEK polymer. It has been found that friction coefficients increases with the increment of applied load values against both steel disc and aluminum disc counter materials. With the increase in applied load values, the lowest coefficient of friction was obtained in HPV-PEEK composite and the highest coefficient of friction was obtained in pure PEEK polymer. For pure PEEK polymer and its composites against against both steel disc and aluminum disc materials, the specific wear rate values increased with the increment of sliding speed values and decreased with the increase in applied load values. As a result of the study, the lowest specific wear rate was obtained in HPV-PEEK composite while the highest specific wear rate was obtained in pure PEEK polymer. In the tribological studies of PEEK and PEEK composites, it was found that steel disc material is more advantageous than aluminum counter disc material in terms of low wear values. Scanning electron microscope was used to investigate the worn surfaces of the PEEK polymer and its composite materials studied. It was determined that both abrasive and adhesive wear mechanisms were formed according to the materials, loads and speeds used in the study.Keywords: PEEK, composite, tribology, sliding speed, load