Articles

Minimalizálva a súrlódás, kopás, valamint az energia veszteségek megszüntetésével a kapcsolatot a töltés

by admin

EREDMÉNYEK, MEGBESZÉLÉS

1A Ábra azt szemlélteti, hogy a hozzájárulás tribocharging igen jelentős, különösen a gépek szigetelő alkatrészek; egy egyszerű rotor a polimer pengék fut egy másik polimer felületi hő vagy még leállítani, mert egyre nagyobb a súrlódás révén megnövekedett töltés, valamint elektrosztatikus tapadás között a két felület. Éles ellentétben, amikor a töltéseket koronakisüléses pisztoly segítségével távolítják el, a helyi fűtés és energiaelvezetés csökken, az energiafogyasztást pedig kb. 66% (ábra. 1B).

Fig. 1 hőkamera képek egy működő motor szigetelő alkatrészek, bizonyítva, hogy csökken a hőelvezetés folyamatos eltávolítása tribocharges, ami azt jelenti, alacsonyabb súrlódás, kopás, és az energiafogyasztás.

A Poliszulfon (PSU) polimer pengék egyenáramú villanymotor tengelyére vannak szerelve, és egy másik polimer felületre söpörnek (itt látható a cellulóz). (A) A Tribocharging magas elektrosztatikus tapadást okoz, ami nagy súrlódáshoz, kopáshoz és energiafogyasztáshoz vezet, mivel a motor tengelyén és a polimer lapátokon a hőmérséklet emelkedése működés közben (fekete körök) történik. B) ugyanaz a rotorrendszer nem melegszik fel, alacsonyabb kopási sebességet mutat, és alacsonyabb energiát fogyaszt, amikor a töltéseket folyamatosan eltávolítják (lásd az S1 filmet, a kiegészítő szöveget és az ábra). 4H az energiafogyasztás kiszámításával kapcsolatos részletekért).

számszerűsíteni a kapcsolatot a töltés, egyidejű súrlódás, valamint az energia megtakarítás várható térítés ellenében eltávolítása, használtuk a “tankönyv” setup, amelyben egy tömör henger alakú tárgy kerül a tetején egy ferde sík, s lehetővé tette, hogy a dia szabadon felé, az alsó, ami után a test költözött vissza a kiinduló helyzetbe, majd több csúszó ciklusok ismétlődnek. Egy hengeres fadarab polietilén-tereftalát (PET) Filmalappal cellulózra csúszik (az ábrán látható módon. 2A; Lásd még film S2), a folyamat megszerzése tribocharges számszerűsített ábra. 2B a különböző számú csúszó ciklusokhoz (lásd a kiegészítő anyagokat a töltési mérésekkel kapcsolatban). Mind a töltések nagysága, mind a csúszó idők növekednek futásról futásra, a 19. lejtőn, a csúszási idő pedig megnégyszereződik az első futáshoz képest. Egy kapcsolódó demonstrációban, a súrlódási együttható növekedésének szemléltetésére, a dőlésszög, amelyen a csúszó kezdődik, az egymást követő futásokkal is növekszik (ábra. 2C). Amikor azonban a csúszó felületeken lévő tribochargokat egy Zerostat corona kisülési Pisztoly távolítja el, mind a csúszási idő, mind a “θ eltolás”visszatér az eredeti értékekhez az első csúszás során (ábra. 2, B és C).

Fig. 2 súrlódás és tribocharges növekszik ismételt “fut” egy polimer csúszó egy ferde síkban.

(A) a cellulózon (ferde síkon) lévő korongok (polimer lemezalapokkal) csúsztatása a felületek tribochargingját okozza, ami a súrlódás növekedéséhez vezet. (B) A korong csúszási ideje és a bázison megszerzett töltésé egyaránt növekszik ismételt csúszó futásokkal. Amikor a csúszó felületek le egy Zerostat corona mentesítés fegyvert, a csúszó idő visszaáll vissza, hogy az érték az első csúszás (zöld nyíl) (C) θ, amelyben a csúszó kezdeményezheti a ferde sík az ismétlődő ciklusok egyre tribocharging az ismétlődő ciklusok; megint visszaállítása lehetséges, a corona kisütés .

ezek A szemléltető példák, még akkor használt súrlódás teszter (Hanatek Speciális Súrlódás Teszter), hogy rögzítse a CoF(Ok), valamint CoF(D) a pár különböző leggyakrabban használt polimerek (lásd a Kiegészítő Anyagok a további kísérleti részletek) ismételt vízszintes csúszó ciklus. A csúszó darabok töltéseit minden egyes futás után is rögzítették. Ahogy vártuk, mind a tribocharge sűrűség, mind a CoF(D) növekedett az egymást követő futások során (ábra. 3A), a fügében számszerűsített mennyiségek közötti kölcsönös kapcsolat. S1 és S2. Megjegyezzük, hogy a tribocharging (25) kísérő két csúszó felület közötti anyagátadás mértéke befolyásolhatja a mért CoF(D) értéket is (ábra). S3). Ezután megvizsgáltuk a különböző módszerek szétoszlott a tribocharges fejlett, nevezetesen, öblítés a kapcsolatot felületek oldószerrel, corona mentesítés, vagy amely a hátoldalon az egyik vagy mindkét anyagok egy réteg valamilyen elektromosan vezető anyag, földelt keresztül a vezetéket (Fig. 3). Mindezen megközelítések és az összes lemerült polimer pár esetében a súrlódás nem nőtt jelentősen az ismételt csúszó futások során. A cellulózon csúszó reprezentatív PTFE adatai az ábrán láthatók. 3 (C-től E-ig). Amikor földelés egy fém hátlap (ábra. 3D, piros pontok), a CoF (D)a 35. csúszó ciklus alatt csak 9% – kal magasabb volt, mint az első futás során (ábra. 3e, piros pontok), szemben a több mint 50% – os növekedés, ha a polimer nem földelt (ábra. 3E, fekete pontok). Itt megjegyezzük, hogy gyakorlati felhasználás esetén a földelés lehet a leggazdaságosabb és technikailag legegyszerűbb módszer; megállapítottuk azonban, hogy a koronakisüléses módszer a legjobb módszer a súrlódási együtthatók minimális szinten tartására, és hogy az etanol-öblítési módszer a legjobb módszer a kopás megelőzésére, feltehetően azért, mert ez a módszer eltávolítja a csúszás során keletkező törmeléket is (ábra. S4). Nevezetesen, bár nincs jelentős változás a polimerek kristályosságában (ábra. S5) tribocharge eltávolítással vagy anélkül, a tribokémiai változások mértékének csökkenését észleltük (pl., oxidáció és fluorozás) a tribocharges folyamatos eltávolításával csúszáskor, összehasonlítva azokkal az esetekkel, amikor a töltések felhalmozódhattak a polimer felületeken (1.ábra). S6).

Fig. 3 különböző módszerek tribocharge eltávolítása csúszó polimer felületek szabályozhatják a súrlódást közöttük.

egy PTFE-darabot vízszintesen csúsztatva cellulózra, (A) A PTFE és a cellulóz közötti súrlódás a hanatek Advanced Friction Tester által mért csúszó távolsággal és egymást követő futásokkal nő. B) a tribocharges eltávolítása a töltéseloszlás különböző módszereivel. C) A COF(D) eredeti értékének visszaállítása koronakisüléses kezeléssel (zöld körrel jelölt adatok) és a PTFE etanolos öblítésével (piros körrel jelölt adatok) a cellulózon a 35.futásnál (futásonként csúszó távolság = 15 cm). D) földelt fém (lapos sárgaréz, 0,25 mm vastag) rögzítése a PTFE darab hátuljára megakadályozza mind a díjak felhalmozódását a polimer felületén, mind E) a CoF(d) növekedését (piros pontok = fém-földelt PTFE a cellulózon; fekete pontok = PTFE a cellulózon). PTFE, 5 cm × 5 cm × 0,25 mm; cellulóz, 10 cm × 20 cm × 0,165 mm; FN = 0,15 N úgy van beállítva, hogy további súlyt helyez a csupasz PTFE-re vagy a fém hátlapra a PTFE-re (lásd a kiegészítő anyagokat és fügéket. S1, S2 és S7 – S10 további kísérleti részletekért, valamint a nettó töltés jelének, az érintkezési területnek, a terhelésnek, a felületek közötti anyagátadásnak és a légkörnek az egyidejű tribochargingra és súrlódásra gyakorolt hatásáról).

eddig megmutattuk a közvetlen súrlódási vezérlési módszerek egy részét a tribocharge disszipáción keresztül. A Tribocharging (és így a súrlódás) külső tényezők, például a légkör és a páratartalom (29-31) manipulálásával is szabályozható. Röviden bemutatjuk ezeknek a külső tényezőknek a hatását a füge törzsrészére és súrlódására. S7 és S8. Azt is mutatják, a hatás a nettó töltés polaritás (32) A CoF(D) egy külön kísérletsorozatban (füge. S9 és S10).

ahogy korábban említettük, ennek a munkának a legfontosabb kollekciói a különböző típusú mechanikus rendszerekben vannak, szigetelő alkatrészekkel. Annak érdekében, hogy egy ilyen rendszerben a súrlódás csökkentésének egyszerű bemutatását biztosítsuk, a golyóscsapágy forgását műanyag gyűrűvel és üveggolyókkal ellenőriztük folyamatos kisütéssel vagy anélkül, amint az az ábrán látható. 4A. minden kisütés nélkül, 200 fordulat / perc sebességgel, a gyűrű forgással szembeni ellenállása, amelyet egy csatolt terheléscellával mérünk, a forgási idővel növekszik (ábra. 4B; a részletekért lásd az ábrát. S11). Megmutattuk, hogy még egy koronakisüléses Pisztoly egyetlen “lövése” azonnal csökkenti a súrlódási erőt 0,0125-ről 0,0060 N-re a csapágy folyamatos működése esetén (ábra. 4B).

Fig. 4 súrlódás, kopás, teljesítményveszteségek mind minimalizálható néhány közös mechanikai rendszerek szigetelő érintkezők.

a SÚRLÓDÁS: (A) egy golyóscsapágy a belső, mind a külső polyoxymethylene polimer gyűrű (átmérője, 52, 25 mm), kilenc üveg golyó forgatni, 200 rpm (lásd a Kiegészítő Anyagok a részleteket a kísérlet), (B) ellenállást növeli a forgási idő; azonban még egyetlen lövés corona mentesítés fegyvert csökkentheti ez az erő a 0.0125, hogy 0.0075 N. VISELNI: Során az egymást követő fut PVC darab (2,5 cm × 2.5 cm × 0.25 mm) ferde síkon (cellulóz: 20 cm × 25 cm, θ = 20°), (C) a csúszó sík folyamatos koronakisülésével (piros pontok), (D) a csúszó PVC darab(2,5 cm × 2,5 cm × 0,25 mm) CoF (D) minimális értéken tartható 35 futásnál. (C és D) összehasonlításképpen, fekete pontok mutatják a kontroll kísérlet (nem lemerült rendszer). E) a C) pontban szereplő” lemerült “darab 35 futás után csak enyhe kopással rendelkezik (10 makró kopásvonal a POM képen), míg F) a” nem lemerült ” darab kb. 100 kopásvonalak után ugyanazt a számot fut (FN = 0,15 N). Méretarány, 200 µm. ÁRAMKIMARADÁS: G) a 12 V-os egyenáramú villanymotorhoz (Mabuchi RS 555, 2 V-os működtetésű) csatlakoztatott forgó PSU-pengéket triboelektifikálják, amikor egy cellulózlapra (balra) söpörnek; kb. 20 másodperc, a pengék megállnak a lapátok és a lap közötti fokozott elektrosztatikus tapadás és súrlódás miatt (jobbra) (lásd az S1 filmet). H) A G) pontban használt egyenáramú elektromos motor bemeneti teljesítményének változása. A motor önmagában megáll a tribocharges megszerzése után (kb. 20 s; ezen a ponton elektrosztatikus potenciál a polimer pengéken = +2500 V, cellulóz = -2500 V); a corona kisütéssel azonban újraindítható, ami minimálisra csökkenti a bemeneti teljesítményt. (I) balról jobbra: Infravörös képek a motor (G) a működés folyamatos ellátása között 0-300 s. Miután 300 s, a motor még nem zárult le, már pedig a hőmérséklet, a tengely lapátok emelkedik gyorsan, amint azt a (J). A visszanyert energiaveszteség kiszámításának részleteit lásd a kiegészítő szövegben.

a súrlódás által kezdeményezett kopás polimer érintkezőkben is csökkenthető az érintkezési díjak megszüntetésével: Ha a megszerzett töltési sűrűség vastag (0,5 cm) darab pvc (PVC; 2.5 cm × 2,5 cm), hogy többször csúszott a cellulóz (20 cm × 25 cm, θ = 20° c) alatt tartjuk -0.2 nC/cm2 folyamatos corona kisütés a csúszó gépet, miután 35 fut a kopás a PVC felület csökken, összehasonlítva az ügy, amelyben ugyanaz a darab megengedett, hogy csúszik 35 fut anélkül, hogy a kisülés (ca. 100 kopás vonalak ugyanazon a területen) (ábra. 4, C-F).

végül, hogy megmutassuk, hogyan lehet A tribocharges eltávolítása végül minimalizálni a súrlódással kapcsolatos energiafogyasztást egy eszközben, egy egyszerű, mégis szemléltető rendszert építettünk: 0, 2 mm vastag PSU pengéket csatoltunk egy egyenáramú elektromos motor tengelyére( lásd a kiegészítő anyagokat további kísérleti részletekért). Amikor a PSU lapátok érintkezhetnek egy sima cellulóz felülettel, ez az érintkezési és forgási csúszó gyorsan tribocharges-t hoz létre mindkét polimer felületen (1.ábra). 4G és film S1). A normál működés során (amelyben a töltések felhalmozódhatnak a tápegységen és a cellulóz felületén) a DC elektromos motor által húzott áram növekszik (ebben az S1 filmben bemutatott példában 83-ról 220 mA-ra), a motor körülbelül 440 mW-ot fogyaszt, és a felületek közötti megnövekedett tribocharges és súrlódás miatt a forgás leáll (Fig. 4H). Ezen a ponton, ha az érintkező felületeket koronával ürítették ki, akkor a művelet alacsonyabb energiafogyasztással folytatódik (83 mA, 166 mW, a “tribocharged” motorrendszerben mért érték körülbelül egyharmada). A minimális súrlódás és az energiafogyasztás A folyamatos kisütés alatt működő motor termikus képeivel is megjeleníthető (1.ábra). 4, I és J).