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Aug 28, 2023

Controle de atrito de materiais elásticos em vidro por meio de superfícies texturizadas

Relatórios Científicos volume 12,

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 15423 (2022) Citar este artigo

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Para investigar os comportamentos de fricção de pontas de escrita de elastômero e poliacetal deslizando em várias superfícies de vidro texturizadas, as influências do tamanho do passo e da altura da textura de tamanho submilimétrico a milimétrico na fricção foram examinadas por meio de testes de fricção recíproca. Os coeficientes de fricção de cada ponta de escrita podem ser sistematicamente variados, alterando o tom e a altura da textura. Essas mudanças no atrito foram baseadas na relação entre as formas convexa-côncava e as partes de contato da ponta de escrita e, portanto, influenciam os atritos adesivo, abrasivo e de deformação. Ao induzir uma textura de superfície com um passo menor que a área de contato da ponta de escrita, o coeficiente de atrito pode ser reduzido de forma eficaz. Ao induzir uma textura de superfície com uma altura maior, o coeficiente de atrito do elastômero pode ser aumentado devido ao atrito de deformação. Esses comportamentos indicam a possibilidade de controlar o atrito alterando parâmetros como inclinação e altura das superfícies texturizadas do vidro.

O controle de propriedades tribológicas usando superfícies texturizadas tem sido atraente em vários campos para melhorar as condições de superfícies deslizantes1,2,3,4. Por exemplo, no setor automotivo, foram introduzidas superfícies texturizadas para controlar o atrito e melhorar a eficiência energética, o que, por sua vez, reduz as emissões de CO25,6. A melhoria das propriedades tribológicas de máquinas-ferramentas também foi investigada pela introdução de textura nas superfícies de guias de máquinas-ferramentas, mancais e outros componentes7,8,9.

Numerosos estudos examinaram os efeitos de superfícies texturizadas nas características tribológicas sob condições lubrificadas e não lubrificadas10,11,12,13,14. Sob condições lubrificadas, as superfícies texturizadas geralmente aumentam a lubrificação hidrodinâmica15,16. Em contraste, em condições não lubrificadas, as superfícies texturizadas contribuem para áreas de contato aparente, o que também afeta significativamente o atrito adesivo e o atrito abrasivo no nível de aspereza da contraface17,18,19,20. Além disso, o atrito de deformação de um material elástico devido a uma superfície texturizada também pode afetar os comportamentos de atrito21,22,23,24. A deformação elástica e a migração do material elástico movendo-se ao longo da estrutura convexa e côncava na contraface dura texturizada podem causar desgaste por fadiga do material elástico25.

Do ponto de vista de reduzir o uso de papel e melhorar a eficiência do trabalho, a entrada de escrita à mão em tablets tornou-se mais difundida nos últimos anos26. Na entrada da escrita, os comportamentos de fricção das pontas das canetas, que influenciam a experiência da escrita, são críticos27. Os usuários geralmente têm uma experiência ruim ao escrever com uma caneta em uma superfície plana de vidro escorregadia. Métodos comuns para melhorar a experiência do usuário incluem aumentar o atrito ajustando o módulo elástico ou alterando o material da ponta da caneta e anexando uma folha de filme texturizado nos tablets. A introdução de texturas diretamente nas superfícies de vidro dos tablets tem as vantagens de preservar a resistência a arranhões, a transparência e a sensação do vidro e, portanto, tem atraído atenção considerável. No entanto, existem apenas alguns estudos que visam melhorar a experiência de entrada de escrita à mão através da introdução de texturas no vidro. Em um estudo anterior, relatamos a possibilidade de controlar as características de atrito usando dois tipos de rugosidade superficial (textura de tamanho submilimétrico a milimétrico e rugosidade fina de tamanho nanométrico)28. Descobrimos que cada rugosidade afeta o atrito adesivo, o atrito abrasivo e o atrito de deformação e, portanto, o coeficiente de atrito entre as pontas de escrita e as superfícies texturizadas do vidro pode ser controlado. No entanto, faltava uma discussão sobre a contribuição dos passos e alturas das formas convexas e côncavas de maior tamanho para os comportamentos de atrito.