Determination of Wear and Friction Performance of Poly-phthalate-amide (PPA) Polymer and Glass Fibre Reinforced PPA Composites

Öz

In many areas of the industry, gears made of polymer and polymer-based composite materials are used for motion transmission in production machines. The selection of suitable material pairs determines the working life of gear mechanisms. Using high performance poly-phthalate-amide (PPA) polymer and PPA composites will increase the life of machine elements. In this study, the wear and friction performances of unfilled poly-phthalate-amide polymer and 30wt% glass fibre reinforced poly-phthalate-amide composite (PPA/30%GF) were investigated. Wear tests were carried out against a steel disc under dry ambient conditions. Glass fibre reinforced PPA composite was produced as granules in a twin screw industrial extruder and then wear test specimens were molded in an injection molding machine. The wear tests were carried out under 20N, 30N and 40N loads at sliding speeds of 0.5 and 1.0 m/s. The tests were carried out at ambient temperature using a pin-disc abrasion tester. As a result of the wear tests, it was determined that the friction coefficient and wear rate of the glass fibre reinforced PPA composite were lower than the unfilled PPA polymer. While the coefficient of friction increased with the increase of the applied load, the coefficient of friction decreased with the increase of the sliding speed. The wear rate increased with the increase in applied load and sliding speed. In the tribological test working conditions applied, it was determined that glass fibre reinforced poly- phthalate-amide with 30% glass fibre reinforcement was at least 5 times more resistant on average than PPA polymer. In other words, it can be concluded that the working life of the gears used as machine elements can be increased by using the right material.

Anahtar Kelimeler

• Polyphthalamide
• Glass fiber
• Wear
• Friction

Poli-fital-amit (PPA) Polimer ve Cam Elyaf Takviyeli PPA Kompozitlerin Aşınma ve Sürtünme Performanslarının Belirlenmesi

Öz

Endüstrinin birçok alanında üretim makinalarında hareket iletiminde polimer ve polimer esaslı kompozit malzemelerden imal edilmiş dişliler kullanılmaktadır. Uygun malzeme çiftlerinin seçimi dişli mekanizmalarının çalışma ömrünü belirlemektedir. Yüksek performanslı poli-fital-amit (PPA) polimer ve PPA kompozitler kullanılarak makine elemanlarının ömrünü artıracaktır. Bu çalışmada, katkısız poli-fital-amit polimeri ile ağırlık olarak %30oranında cam elyaf takviyeli poli-fital-amit (PPA/%30GF) kompozitinin aşınma ve sürtünme performansları incelenmiştir. Aşınma deneyleri çelik diske karşı kuru ortam şartları altında gerçekleştirilmiştir. Cam elyaf takviyeli PPA kompoziti ikiz vidalı endüstriyel bir ekstruderde granül olarak üretilmiş ardından enjeksiyon makinasında aşınma test numuneleri basılmıştır. Aşınma testleri 0.5 ve 1.0 m/s kayma hızlarında, 20N, 30N ve 40N yükler altında yapılmıştır. Deneyler, pim-disk aşınma test cihazı kullanılarak ortam sıcaklığında gerçekleştirilmiştir. Aşınma testleri sonucunda, cam elyaf takviyeli PPA kompozitin sürtünme katsayısı ve aşınma oranı katkısız PPA polimerine göre daha düşük olduğu belirlenmiştir. Uygulanan yükün artması ile sürtünme katsayısı artarken hızın artması ile sürtünme katsayısı azalmıştır. Aşınma oranı ise uygulanan yük ve kayma hızının artması ile artmıştır. Uygulanan tribolojik test çalışma şartlarında %30oranında cam elyaf takviyeli poli-fital-amit katkısız PPA’ya göre ortalama da en az 5 kat dirençli olduğu tespit edilmiştir. Yani makine elemanı olan kullanılan dişlilerin çalışma ömrünün doğru malzeme kullanımı ile artırılabileceği sonucu çıkarılabilir.

Anahtar Kelimeler

• Poli-fital-amid
• Cam fiber
• Aşınma
• Sürtünme

Kaynakça

1. Cao L., Shuling D., Ziqin H., Zhidan L., Mingqing L., Peng Z., Wei L. Effects of carbon nanotube on mechanical, crystallization, and electrical properties of binary blends of poly(phenylene sulfide) and polyphthalamide. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 2016; 125: 927-934.
2. Carmona-Cervantes IA., Paredes-Mogica EA., Lopez-Cabrera HR., Figueroa-Lopez U., Vieyra-Ruíz H., Guevara-Morales A. Tribological behavior of glass fiber reinforced polyamide (PA-GF) and recycled polyvinyl butyral (r-PVB) blends. Materials Letters 2022; 319: 132261.
3. Chen YK., Modi OP., Mhay AS., Chrysanthou A., O’Sullivan JM. The effect of different metallic counterface materials and different surface treatments on the wear and friction of polyamide 66 and its composite in rolling-sliding contact. Wear 2003; 255: 714-721.
4. Djukic S., Anthony B., Jerome B., Didier RL. Mechanical properties of amorphous and semi-crystalline semi-aromatic polyamides. Heliyon 2020; 6: 03857.
5. Feyzullahoglu E., Saffak Z. The tribological behaviour of different engineering plastics under dry friction conditions. Materials and Design 2008; 29: 205–211.
6. Fıçıcı F., Ayparcası Z., Unal H. Influence of cutting tool and conditions on machinability aspects of polyphthalamide (PPA) matrix composite materials with 30 % glass fiber reinforced. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 2017; 90: 3067-3073.
7. Glenn PD. Characterization and properties of polyphthalamide/polyamide blends and polyphthal amide/polyamide/polyolefin blends. Journal of Vinyl & Additive Technology 1996; 2(3): 229-234.
8. Gomez-Mares M., Arroyo-Ortega G., Martinez-Ortega ME., Reyes-Blas H., Hernandez-Paz JF., Marquez-Marquez C. Study of the effects of FAM B (test fuel) on the mechanical properties of an automotive polymer from the polyamide family (PA). International Journal of Engineering Sciences & Research Technology 2015; 42(2): 61-66.

9. Gratzl T., Van Dijk Y., Schramm N., Kroll L. Influence of the automotive paint shop on mechanical properties of continuous fibre-reinforced thermoplastics. Composite Structures 2019; 208: 557-565