Comment la caractérisation tribologique aide à comparer les matériaux plastiques autolubrifiants et à sélectionner le compound le plus adapté aux conditions réelles d’application.
Lorsque deux composants travaillent en contact et sont soumis à un mouvement relatif, le frottement et l’usure deviennent des paramètres fondamentaux dans le choix du matériau.
Réduire ces phénomènes permet d’améliorer l’efficacité du système, de limiter sa détérioration dans le temps et, dans de nombreuses applications, de réduire ou d’éliminer la nécessité de recourir à des lubrifiants externes.
C’est précisément pour répondre à ces exigences que LATI développe LATILUB, la famille de compounds thermoplastiques autolubrifiants conçue pour les applications dans lesquelles le glissement, le contact et la durée de vie du composant représentent des exigences déterminantes.
Mais choisir le matériau présentant le coefficient de frottement le plus bas ne suffit pas. Le comportement tribologique dépend du système dans son ensemble : matériau, contre-pièce, pression, vitesse, température, géométrie et type de mouvement.
C’est pourquoi la caractérisation par tribomètre représente un outil important dans le développement et la sélection des compounds autolubrifiants.
Compounds thermoplastiques autolubrifiants : qu’est-ce que c’est et comment ça fonctionne
Les compounds thermoplastiques autolubrifiants sont des matériaux dans lesquels des additifs fonctionnels spécifiques sont dispersés au sein de la matrice polymère dans le but de contrôler le frottement et l’usure générés par le mouvement relatif entre deux ou plusieurs surfaces.
La gamme LATILUB comprend des formulations développées à partir de différents systèmes autolubrifiants, sélectionnés en fonction des performances requises et des conditions opérationnelles de l’application.
Parmi les solutions utilisées figurent, par exemple :
- le graphite, le bisulfure de molybdène et l’huile de silicone, pour agir sur le comportement au frottement ;
- les fibres aramides, pour contribuer au contrôle de l’usure ;
- les fibres de carbone et les charges céramiques, pour augmenter la limite PV ;
- les formulations à base de PTFE
- les solutions alternatives sans PFAS.
Le choix de la formulation dépend donc du problème tribologique à résoudre et des conditions dans lesquelles le composant devra réellement fonctionner.
En d’autres termes, il n’existe pas de compound autolubrifiant universellement meilleur : il existe une formulation plus ou moins adaptée à un système tribologique spécifique.
Avantages des compounds autolubrifiants dans les applications en mouvement
L’un des principaux avantages des compounds autolubrifiants est la possibilité de fonctionner sans lubrification externe par huiles ou graisses, lorsque les conditions d’application le permettent.
Cela peut contribuer à :
- réduire les besoins de maintenance ;
- maintenir des systèmes plus propres ;
- limiter l’accumulation de poussière et de contaminants associée à la présence de lubrifiants traditionnels.
À ces avantages s’ajoutent ceux typiques des matériaux thermoplastiques :
- possibilité d’obtenir des géométries complexes par moulage par injection ;
- intégration de plusieurs fonctions dans un même composant ;
- réduction des masses par rapport à de nombreuses solutions métalliques ;
- possibilité de réaliser des composants destinés à des environnements techniquement exigeants ;
- contrôle du frottement, de l’usure et du bruit dans les applications en mouvement.
Les matériaux autolubrifiants trouvent donc des applications dans des composants tels que engrenages, douilles, coussinets, plans de glissement, guides linéaires, cames, axes, systèmes d’automatisation, pompes et vannes, ainsi que dans les accouplements entre pièces plastiques et métalliques.
Coefficient de frottement et usure : pourquoi une seule valeur ne suffit pas
Lorsqu’on parle de tribologie, l’une des premières grandeurs considérées est souvent le coefficient de frottement.
Cependant, se contenter de demander « quel est le coefficient de frottement de ce matériau ? » suffit rarement à prévoir son comportement dans un composant réel.
Les performances tribologiques dépendent en effet de nombreux paramètres, notamment :
- température de service ;
- pression ou charge appliquée ;
- vitesse relative ;
- géométrie du contact ;
- état de surface ;
- le matériau de la contre-pièce ;
- conditions environnementales ;
- durée et type de mouvement.
Même si le frottement et l’usure sont étroitement liés, ils représentent des phénomènes différents.
Un matériau caractérisé par un coefficient de frottement particulièrement bas n’est pas nécessairement celui qui offre également la plus faible usure dans les mêmes conditions.
C’est pourquoi LATI recommande d’utiliser les coefficients de frottement et les facteurs d’usure surtout pour comparer différents matériaux dans les mêmes conditions d’essai, en évitant de les considérer automatiquement comme des valeurs absolues de conception.
C’est là que la caractérisation expérimentale joue un rôle central.
Tribomètre : comment mesurer le frottement et l’usure des matériaux plastiques
Le tribomètre est un instrument utilisé pour caractériser le comportement tribologique de matériaux et de couples de matériaux dans des conditions contrôlées de contact et de mouvement.
Grâce à des essais définis, il est possible d’étudier des phénomènes tels que le frottement et l’usure, de comparer différentes formulations et d’analyser comment le comportement du matériau varie en modifiant les paramètres du système tribologique.
La valeur d’un essai tribologique découle précisément de la possibilité de contrôler les conditions du test.
Charge, vitesse, température, distance parcourue, géométrie du contact, matériau de la contre-pièce et caractéristiques de surface doivent être définis avec soin afin que les résultats soient pertinents par rapport à l’application que l’on souhaite étudier.
Plus les conditions opérationnelles réelles sont connues, plus il est possible de concevoir un essai capable de fournir des indications utiles pour la sélection du matériau.
Essais tribologiques rotatifs et linéaires : quelles différences
Les possibilités de caractérisation du tribomètre utilisé par LATI ont été récemment élargies grâce à l’introduction d’un nouveau module linéaire.
Le système permet d’associer aux essais caractérisés par un mouvement rotatif des tests à mouvement linéaire alterné, ou réciproque.
Dans le mouvement réciproque, le contact parcourt de manière répétée une trace déterminée et le sens du mouvement est périodiquement inversé.
Cette configuration permet de représenter des conditions cinématiques différentes de la rotation continue et d’étudier de plus près les applications dans lesquelles les composants fonctionnent par glissements avant-arrière.
Disposer des deux configurations élargit donc les conditions dans lesquelles les compounds LATILUB peuvent être caractérisés.
L’objectif n’est pas simplement de collecter un plus grand nombre de données, mais d’obtenir des informations plus représentatives du système tribologique réel que l’on souhaite analyser.
Pour approfondir la signification de cette évolution du point de vue du développement des matériaux, nous en parlons avec Annacarla Cereti, Product Development Technician chez LATI
Essais tribologiques sur les LATILUB : cinq questions au laboratoire LATI
Anna, partons des bases : qu’est-ce qu’un tribomètre et que nous permet-il de comprendre sur le comportement d’un matériau plastique autolubrifiant ?
| Un tribomètre est un instrument de laboratoire utilisé pour mesurer le frottement et l’usure entre deux surfaces en contact et en mouvement relatif. Dans le cas d’un matériau plastique autolubrifiant, il permet de comprendre avec quelle facilité le matériau glisse contre une autre surface, à quel point il s’use et à quel point sa capacité à réduire le frottement sans lubrifiants externes est efficace. |
Comment configure-t-on un essai tribologique et quelles sont les variables qui peuvent le plus influencer le résultat ?
| Chez LATI, nous utilisons un tribomètre en configuration pin-on-disc, dans laquelle le pin en acier est pressé avec une certaine charge contre un disque de matériau plastique, qui tourne à une vitesse donnée. Le système mesure le coefficient de frottement et permet de quantifier l’usure après une distance parcourue déterminée. Les facteurs qui influencent l’essai sont donc la charge appliquée, la vitesse de rotation, la température, la rugosité de la surface et la durée de l’essai. |
Récemment, notre tribomètre a été équipé d’un nouveau module linéaire. Que permet-il de faire par rapport à la configuration précédente ?
| Dans la configuration classique pin-on-disc, le mouvement du disque est rotatif et le pin laisse une trace circulaire parcourue toujours dans le même sens pendant l’essai. Le module linéaire permet de transformer cette rotation en un mouvement linéaire alterné, dans lequel la trace laissée est une ligne, parcourue d’avant en arrière. |
En quoi la possibilité de réaliser des essais à mouvement alterné élargit-elle la caractérisation des matériaux LATILUB ?
| Puisque les performances tribologiques d’un matériau ne dépendent pas uniquement du matériau, mais de tout le système dans lequel il opère, être capable de réaliser des tests dans différentes configurations permet d’étudier différents systèmes et d’obtenir davantage d’informations sur le comportement possible du matériau. |
Du laboratoire au composant réel : comment ces essais peuvent-ils aider les concepteurs, les transformateurs et les développeurs dans le choix du compound le plus adapté ?
| Les valeurs obtenues en laboratoire ne peuvent pas être utilisées comme données de conception, mais plutôt pour comparer différents matériaux testés dans des conditions similaires. La caractérisation peut être réalisée avec le module rotatif ou avec le module linéaire selon l’application du client ; l’idéal serait toutefois de créer une situation de test (type de contact, charges, vitesse, géométrie, etc.) la plus proche possible du système réel. |
Du test tribologique au choix du compound
Face à un problème tribologique, choisir simplement le matériau avec le coefficient de frottement le plus bas suffit rarement.
Il faut considérer simultanément :
- le frottement ;
- l’usure ;
- les conditions de contact ;
- le type de mouvement ;
- la vitesse ;
- la pression ou la charge ;
- la température ;
- le matériau de la contre-pièce ;
- l’environnement opérationnel ;
- les exigences structurelles et la durée de vie prévue du composant.
La formulation du compound représente donc le point de départ. La caractérisation expérimentale permet en revanche d’en comprendre le comportement, de comparer différentes solutions et d’identifier celles qui sont les plus prometteuses pour les conditions d’application considérées.
Avec l’introduction du module linéaire, LATI élargit encore ses capacités d’analyse, en associant aux essais rotatifs des tests à mouvement alterné et en augmentant ainsi les possibilités d’étudier les matériaux LATILUB dans des scénarios plus proches des besoins réels d’application.
Le laboratoire devient ainsi non seulement un outil de vérification des propriétés du matériau, mais un véritable support à la conception et à la sélection du compound.
| Votre application présente-t-elle des problèmes de frottement ou d’usure ? Type de mouvement, vitesse, charge ou pression de contact, température, contre-pièce, conditions environnementales et objectifs de performance sont des informations essentielles pour définir correctement la sélection du matériau et sa caractérisation. Contactez l’équipe LATI pour approfondir le choix et la caractérisation des compounds LATILUB pour votre application. |
FAQ
Qu’est-ce qu’un compound autolubrifiant ?
Un compound autolubrifiant est un matériau thermoplastique formulé avec des additifs fonctionnels destinés à contrôler le frottement et l’usure dans les applications caractérisées par un mouvement relatif entre surfaces, réduisant ou éliminant dans certains cas la nécessité de lubrifiants externes.
Comment mesure-t-on le coefficient de frottement d’un matériau plastique ?
Le coefficient de frottement peut être évalué au moyen d’essais tribologiques réalisés dans des conditions contrôlées de charge, de vitesse, de température, de géométrie du contact et de matériau de la contre-pièce. Le résultat doit toujours être interprété par rapport aux conditions spécifiques du test.
Quelle est la différence entre le frottement et l’usure ?
Le frottement décrit la résistance au mouvement relatif entre deux surfaces, tandis que l’usure concerne la détérioration progressive ou la perte de matière due au contact. Un faible coefficient de frottement n’implique pas nécessairement une faible usure.
À quoi sert un tribomètre ?
Un tribomètre permet de caractériser l’interaction entre des surfaces soumises à un mouvement relatif et de comparer le comportement de différents matériaux dans des conditions tribologiques définies.
Quelles informations sont nécessaires pour choisir un matériau plastique autolubrifiant ?
Il est important de connaître au minimum le type de mouvement, la vitesse, la charge ou la pression de contact, la température, le matériau de la contre-pièce, les conditions environnementales, la géométrie du composant et la durée requise.
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