Avaliação tribológica dos polímeros NBR, PTFE e PTFE gravitado em contato com aço AISI 52100

Low cost seals are made of NBR, Nitrile Butadiene Rubber, a family of unsaturated copolymers that is higher resistant to oils the more content of nitrile have in its composition, although lower its flexibility. In Petroleum Engineering, NBR seal wear can cause fluid leakage and environmental damages, promoting an increasing demand for academic knowledge about polymeric materials candidate to seals submitted to sliding contacts to metal surfaces. This investigation aimed to evaluate tribological responses of a commercial NBR, hardness 73 ± 5 Sh A, polytetrafluoroethylene (PTFE), hardness 60 ± 4 HRE and PTFE with graphite, 68 ± 6 HRE. The testings were performed on a sliding tribometer conceived to explore the tribological performance of stationary polymer plane coupons submitted to rotational cylinder contact surface of steel AISI 52100, 20 ± 1 HRC Hardness, under dry and lubricated (oil SAE 15W40) conditions. After screening testings, the normal load, relative velocity and sliding distance were 3.15 N, 0.8 m/s and 3.2 km, respectively. The temperatures were collected over distances of 3.0±0.5 mm and 750±50 mm far from the contact to evaluate the heating in this referential zone due to contact sliding friction by two thermocouples K type. The polymers were characterized through Thermogravimetric Analysis (TGA), Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Dynamic Mechanical Analysis (DMA). The wear mechanisms of the polymer surfaces were analyzed by Scanning Electron Microscopy (SEM) and EDS (Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy). NBR referred to the higher values of heating, suggesting higher sliding friction. PTFE and PTFE with graphite showed lower heating, attributed to the delamination mechanism

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior

Retentores de baixo custo são comercialmente disponíveis de NBR, copolímeros insaturados de borrachas de nitrilo-butadieno que são mais resistentes aos óleos quanto mais altos forem seus teores de nitrila, à custa de uma menor flexibilidade. Em Engenharia de Petróleo, o desgaste dos retentores de NBR causa vazamento de fluidos e danos ambientais, provocando uma crescente demanda de conhecimento acadêmico sobre materiais poliméricos candidatos a retentor submetidos a contatos de deslizamento com superfícies de metal. Este trabalho objetivou avaliar respostas tribológicas de três polímeros comercialmente disponíveis, NBR, dureza 73 ± 5 Sh A, polytetrafluoroethylene (PTFE), dureza 60 ± 4 HRE e PTFE com grafite, 68 ± 6 HRE. Os ensaios foram realizados em um tribômetro de deslizamento concebido para explorar o desempenho tribológico de corpos-de-prova poliméricos estacionários de superfície plana submetidos a um contato seco ou lubrificado (óleo SAE 15W40) de uma superfície rotativa cilíndrica de aço 52100, dureza 20 ± 1 HRC. A carga normal, a velocidade relativa e a distância de deslizamento foram, respectivamente, 3,15 N, 0,8 m/s e 3,2 km, determinadas após ensaios exploratórios iniciais. As temperaturas foram medidas por dois termopares tipo K a 3,0±0,5 mm e 750±50 mm de distância do contato para avaliar-se o aquecimento em uma mesma região devido ao atrito de deslizamento no contato. Os polímeros foram caracterizados através de Análises Termogravimétricas (TGA), Calorimetria Diferencial Exploratória (DSC) e Análises Dinâmico-Mecânica (DMA). Os mecanismos de desgaste das superfícies dos polímeros foram analisados por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e EDS (Espectroscopia por Energia Dispersiva de Raios-X). NBR apresentou os maiores valores de aquecimento, sugerindo maior atrito de deslizamento. PTFE e PTFE grafitado apresentaram um menor aquecimento, atribuído ao mecanismo de desgaste por delaminação