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RÉSUMÉ
Cet article porte sur la forte sensibilité des propriétés des polymères à la température. L’influence de la puissance dissipée, puis de la température sur l’usure et la dureté des polymères est largement détaillée, même si l’amélioration de la résistance au vieillissement est envisageable par addition de charges. La conception de systèmes tribologiques, mettant en jeu des contacts et des mouvements relatifs de pièces, est de ce fait assez complexe, la prise en contact de l’usure y est primordiale.
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Eric FELDER : Ingénieur civil des Mines de Paris - Docteur ès sciences - Maître de recherches à l’École des mines de Paris - Groupe « Surfaces et Tribologie » - Centre de mise en forme des matériaux (Cemef)
INTRODUCTION
La première partie a présenté l’approche expérimentale de l’usure et ses relations avec les propriétés mécaniques des polymères. Dans cette seconde partie, nous précisons d’abord les conséquences sur l’usure de la forte sensibilité des propriétés des polymères à la température. Les deux derniers paragraphes précisent deux points importants pour les applications pratiques : l’amélioration des propriétés d’usure des polymères par addition de charges et l’utilisation de ces matériaux composites et la prise en compte de l’usure dans la conception d’un contact.
Le comparatif rassemble l’ordre de grandeur des propriétés tribologiques des polymères, chargés et non chargés, lors du frottement à sec contre une pièce en acier : coefficient de frottement, vitesse d’usure et valeur maximale du produit pΔu, ainsi que leurs principales propriétés physico-chimiques.
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Conception de systèmes tribologiques
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2. Usure des composites
D’une manière générale, l’utilisation de composites contenant un ou plusieurs polymères et, éventuellement, d’autres types de matériaux répond à un quadruple objectif :
-
leur permettre de supporter la force normale appliquée : effet de renforcement mécanique par augmentation du module d’Young, de la résistance à la compression σ Rc , de la dureté… ;
-
étendre la gamme de température et/ou de puissance mécanique PΔu d’utilisation ;
-
contrôler le niveau de frottement : noter qu’il n’est pas toujours souhaitable de le diminuer comme dans le cas des patins de freins par exemple ;
-
réduire et/ou stabiliser la vitesse d’usure à un niveau acceptable, objectif toujours souhaitable.
En première approximation, les propriétés volumiques d’un composite (au moins s’il est de structure isotrope) vérifient une loi de mélange, s’il existe une adhésion parfaite entre les constituants. Un écart, par exemple une chute marquée des propriétés lors de l’addition d’un autre constituant plus faible, suggère une mauvaise adhésion entre les constituants, phénomène qui va jouer également sur l’usure. Par contre il n’y a pas lieu de s’attendre à ce que les propriétés tribologiques suivent une loi de mélange, comme nous allons le voir, ce qui est l’un des intérêts majeurs de ces matériaux.
2.1 Phénomènes spécifiques aux composites
Selon Briscoe , on peut classer schématiquement les composites en deux catégories dont la description fournit aussitôt le principe de conception et, si possible, de fonctionnement. La figure 8 précise leur nature et donne des compositions types :
-
composites constitués d’une matrice molle autolubrifiante renforcés par des...
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Usure des composites
BIBLIOGRAPHIE
-
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(2) - ATKINS (A.G.), OMAR (M.K.) - The load dependance of fatigue wear in polymers. - Wear of Materials, Vancouver Conf. ASME, p. 405-409 (1985).
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(3) - MAZZUCCO (D.), SPECTOR (M.) - Effects of contact area and stress on the volumetric wear of ultrahigh molecular weight polyethylene. - Wear, 254, p. 514-522 (2003).
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(4) - EVANS (D.C.), LANCASTER (J.K.) - The wear of polymers, - in Wear, D. Scott (Ed.). Treatise on materials science and technology, vol. 13, p. 85-139, Academic Press, New York (1979).
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(5) - LANCASTER (J.K.) - Estimation of the limiting pv relationships for thermoplastics bearing materials. - Tribology 4, p. 82-86 (mai 1971).
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(6) - DORLOT (J.M.), BAILON (J.P.), MASOUNAVE (J.) - * - Des matériaux. Éd....
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