Matériaux de friction
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Les propriétés mécaniques et la plupart des propriétés physiques sont largement modifiées lorsque l’on passe d’un état à l’autre. Le module d’élasticité peut
être multiplié par 10 au-dessous de T g par exemple. Généralement en génie
mécanique, on utilise les matériaux de joint d’étanchéité ou les adhésifs au-dessus
de T g , les matériaux structuraux et de paliers au-dessous de T g .
Compte tenu de leur faible conductibilité thermique, la température constitue
la principale limitation dans l’utilisation des polymères comme matériaux de
friction: au maximum 350˚C pour les plus résistants, les polyimides. On devra donc
les assister de façon à faciliter l’évacuation de l’énergie générée dans le contact,
notamment dans le cas de grandes vitesses de glissement. Ceci peut se réaliser par
l’addition, soit de fibres conductrices: fibres de carbones par exemple qui peuvent
de plus participer à la génération d’un film de transfert lubrifiant (troisième corps),
soit de charges pulvérulentes conductrices: Graphite, Bronze, Plomb, Argent.
Ces charges améliorent aussi les propriétés mécaniques et étendent ainsi le
champ des applications: accroissement de la charge et du produit p · V admissibles.
Les matériaux composites massifs formés d’une trame de fibres minérales ou végétales imprégnée de résine polymérique, de lubrifiants solides ou de poudres métalliques, sont utilisés pour des applications telles que coussinets, engrenages, garnitures de frein, patins de glissières, butées… Certains sont utilisés sous forme de
bandes métalliques revêtues par frittage d’une couche de métal poreuse imprégnée
de résine PTFE ou polyacétal, ce qui accroît leur conductibilité thermique et leur
permet de supporter des produits p · V plus élevés que les composites massifs,
jusqu’à 2 à 3 W/mm 2 pour les plus performants (tab. 25.1).
Tableau 25.1 Caractéristiques tribologiques usuelles de polymères et composites.
Les résines fluorées PTFE et PCTFE ont la particularité de présenter un certain
pouvoir lubrifiant du fait de leur structure lamellaire. Ils peuvent être utilisés sous
forme massive et sont particulièrement efficaces à très basse vitesse (< quelques
Matériaux
µ d
Pression maximale
admissible
[MPa]
p · V max
admissible
[W/mm 2 ]
Température
maximale
d’utilisation [˚C]
résines thermoplastiques
(Nylon, Acétal)
0,2-0,3
30-50
0,3
175
résines thermodurcissables
+ charges
0,3-0,4
10
0,1
100
résines thermoplastiques
+ charges
0,1-0,3
15-20
0,2
150
résines fluorées + charges
(PTFE, PCTFE)
0,05-0,2
10-60
1
250
Utilisables en cryogénie
bronze poreux + PTFE + Pb 0,1-0,2
50-100
2,5
250-350
polyimides + charges
0,4-0,6
50-80
0,5
350
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Les propriétés mécaniques et la plupart des propriétés physiques sont largement modifiées lorsque l’on passe d’un état à l’autre. Le module d’élasticité peut
être multiplié par 10 au-dessous de T g par exemple. Généralement en génie
mécanique, on utilise les matériaux de joint d’étanchéité ou les adhésifs au-dessus
de T g , les matériaux structuraux et de paliers au-dessous de T g .
Compte tenu de leur faible conductibilité thermique, la température constitue
la principale limitation dans l’utilisation des polymères comme matériaux de
friction: au maximum 350˚C pour les plus résistants, les polyimides. On devra donc
les assister de façon à faciliter l’évacuation de l’énergie générée dans le contact,
notamment dans le cas de grandes vitesses de glissement. Ceci peut se réaliser par
l’addition, soit de fibres conductrices: fibres de carbones par exemple qui peuvent
de plus participer à la génération d’un film de transfert lubrifiant (troisième corps),
soit de charges pulvérulentes conductrices: Graphite, Bronze, Plomb, Argent.
Ces charges améliorent aussi les propriétés mécaniques et étendent ainsi le
champ des applications: accroissement de la charge et du produit p · V admissibles.
Les matériaux composites massifs formés d’une trame de fibres minérales ou végétales imprégnée de résine polymérique, de lubrifiants solides ou de poudres métalliques, sont utilisés pour des applications telles que coussinets, engrenages, garnitures de frein, patins de glissières, butées… Certains sont utilisés sous forme de
bandes métalliques revêtues par frittage d’une couche de métal poreuse imprégnée
de résine PTFE ou polyacétal, ce qui accroît leur conductibilité thermique et leur
permet de supporter des produits p · V plus élevés que les composites massifs,
jusqu’à 2 à 3 W/mm 2 pour les plus performants (tab. 25.1).
Tableau 25.1 Caractéristiques tribologiques usuelles de polymères et composites.
Les résines fluorées PTFE et PCTFE ont la particularité de présenter un certain
pouvoir lubrifiant du fait de leur structure lamellaire. Ils peuvent être utilisés sous
forme massive et sont particulièrement efficaces à très basse vitesse (< quelques
Matériaux
µ d
Pression maximale
admissible
[MPa]
p · V max
admissible
[W/mm 2 ]
Température
maximale
d’utilisation [˚C]
résines thermoplastiques
(Nylon, Acétal)
0,2-0,3
30-50
0,3
175
résines thermodurcissables
+ charges
0,3-0,4
10
0,1
100
résines thermoplastiques
+ charges
0,1-0,3
15-20
0,2
150
résines fluorées + charges
(PTFE, PCTFE)
0,05-0,2
10-60
1
250
Utilisables en cryogénie
bronze poreux + PTFE + Pb 0,1-0,2
50-100
2,5
250-350
polyimides + charges
0,4-0,6
50-80
0,5
350