La résistance à l'usure est la capacité d'un matériau à résister à la perte progressive de volume en surface, due à des actions mécaniques telles que le frottement, le glissement ou le raclement.
Les matériaux résistants à l'usure minimisent le frottement entre les surfaces en contact, permettant aux pièces de garder leur forme et leur intégrité plus longtemps dans des applications impliquant un contact entre des surfaces porteuses.
Notre gamme comprend un large éventail de plastiques techniques qui minimisent l'usure, par des propriétés limitant le frottement ou par autolubrification, réduisant ainsi l'usure mécanique tout en maintenant les normes de performances de l'application.
Les principes d'usure, de frottement et de lubrification sont étudiés dans le domaine de la tribologie, science et ingénierie de l'interaction entre des surfaces en mouvement relatif.
Les pièces et les composants résistants à l'usure sont essentiels dans les applications techniques où deux surfaces porteuses glissent l'une sur l'autre, par exemple dans des couronnes, des patins d'usure, des pignons et des arbres rotatifs.
La résistance à l'usure est également essentielle lorsque des surfaces en contact doivent conserver leur forme pour assurer le bon fonctionnement de l'application, par exemple dans les applications à contact conforme où les composants font l'objet d'un usinage précis permettant d'optimiser l'efficacité.
De nombreuses applications techniques exigent des matériaux résistants à l'usure et à frottement faible, comme les thermoplastiques. Les plastiques techniques ont généralement un coefficient de frottement plus bas que les métaux dans des applications identiques ou similaires. De plus, les plastiques hautes performances ont souvent des propriétés d'autolubrification, atout idéal pour bien se comporter dans les applications en dynamique de guidage, ou de support, et ralentir l'usure.
Les thermoplastiques, notamment semi-cristallins, sont extrêmement performants dans les applications d'usure, de roulement, et de frottement, en raison de leur dureté et de leur point de fusion franc. Les matériaux de type polyamide (PA), acétal (POM), polyéthylène à très haut poids moléculaire (PE-UHMW), polysulfure de phénylène (PPS), polyétheréthercétone (PEEK), et polyamide-imide (PAI), font partie des matériaux résistants à l'usure les plus couramment utilisés dans les pièces de friction en contact avec les métaux.
Comparés aux métaux et à d'autres surfaces en contact, les plastiques techniques résistants à l'usure offrent de nombreux avantages dans les applications à frottement élevé :
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Faible frottement et propriétés autolubrifiantes réduisant les besoins en graissage
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Taux d'usure prévisible limitant les interruptions et les maintenances non planifiées
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Fiabilité opérationnelle accrue et temps moyen entre deux pannes prolongé
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Réduction du bruit généré par les pièces en contact
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Dans les applications de contact alimentaire, réduction du risque de contamination liée aux bris de matériaux et aux lubrifiants
Pièces de convoyeurs en Techtron® HPV PPS
Le défi : Au sein d'une usine d'extrusion de ronds pleins recyclés, les roulements en métal montés sur les convoyeurs d'amenage des déchets plastiques nécessitaient trop d’entretien. La vapeur générée par la chaleur de l’environnement de production diluait la graisse des roulements métalliques. Les convoyeurs se grippaient et s’usaient donc plus vite.
La solution : nous avons utilisé notre Techtron® HPV PPS pour créer des inserts autolubrifiants faible friction qui peuvent être montés entre le plateau métallique et le palier à bride des convoyeurs.
Les résultats : Nos roulements en PPS hautes performances fonctionnent sans lubrification et préservent à la fois tenue mécanique, et résistance à l’usure, à des températures élevées. Résistants à la corrosion, ils restent stables lors de l’usinage et en ambiance vapeur.
Bagues d’'articulation pour panneaux solaires en TIVAR® UV PE-UHMW
Le défi : Pour absorber un maximum d’énergie solaire, les panneaux photovoltaïques pivotent afin de suivre la course du soleil. Pour un bon mouvement journalier, la bague d’articulation doit maintenir ses performances sans se déformer, sous conditions extérieures et exposition prolongée aux UV.
La solution : Nous avons sélectionné notre TIVAR® UV PE-UHMW, pour sa grande résistance à l’usure et sa stabilité en environnement extérieur.
Les résultats :Nos bagues en TIVAR® UV offrent à la fois un fonctionnement silencieux, une bonne tenue aux UV et un faible coefficient de frottement qui garantissent le maintien recherché du taux d'usure tout au long de la période de garantie. Grâce à sa résistance à l’humidité et à sa capacité autolubrifiante, ce matériau est protégé de la corrosion et du gel. Ainsi, malgré son exposition permanente aux éléments, il nécessite peu de maintenance.
Diminuer les coûts et les émissions du secteur aérospatial avec des bandes d'usure autolubrifiants pour les volets d’aile
Nous avons développé une pièce en Duratron® T4301 PAI autolubrifié pour remplacer les anciens composants plus complexes et plus coûteux en main-d’œuvre.
Notre solution en PAI résistant à l’usure nous a permis d’obtenir un avion plus léger avec un risque de défaillance moindre, et donc de réduire les entretiens de maintenance et les émissions. Notre pièce s’est révélée si efficace que les autres acteurs de l’industrie aérospatiale l’ont adoptée.
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Le coefficient de frottement (CoF) est une mesure de la résistance générée lorsque les surfaces de deux matériaux glissent l'une sur l'autre.La méthode standard de détermination des valeurs de CoF pour les matériaux thermoplastiques est la méthode D3702 de l'ASTM, qui permet de comparer des matériaux et de prédire leurs performances en termes d'usure.
Le test ASTM D3702 consiste à placer un échantillon de polymère sur une rondelle de butée en acier poli. Une force radiale est appliquée, puis un couple pour mettre le plastique en rotation. La valeur du CoF est dérivée du ratio des deux forces en action sur les surfaces en contact : la force de glissement (couple) et la force radiale. Plus ce ratio est faible, plus le matériau est efficace.
Il existe deux valeurs de CoF différentes qu'il convient de distinguer pour comprendre le comportement frictionnel de nos matériaux : le CoF statique et le CoF dynamique.
Le CoF statique représente le rapport entre la force de glissement et la force radiale lors du mouvement initial, de l'immobilité à la rotation. Le CoF dynamique représente le rapport entre ces deux forces une fois que la rondelle est en mouvement. Généralement, le CoF statique est plus élevé que le CoF dynamique, car la force nécessaire pour lancer le mouvement est supérieure à la force nécessaire pour le maintenir. Un effet de stick-slip se produit lorsque les valeurs des CoF statique et dynamique sont trop éloignées l'une de l'autre, provoquant un mouvement saccadé indésirable entre les surfaces en contact.
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Le taux d'usure, également appelé facteur K, est une mesure de la résistance à l'usure d'un matériau. Pour calculer le facteur K d'un plastique technique, nous appliquons la méthode de test QTM 55010 qui emploie un palier lisse plutôt qu'une rondelle de butée.
Le facteur K est calculé à partir des variables de pression (charge appliquée), de vitesse et de temps écoulé. Plus le facteur K est faible, plus le matériau testé est résistant à l'usure.
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La limite pression-vitesse, ou limite PV, est une grandeur exprimant la compression maximale que peut supporter la surface de contact.
La limite PV aide les techniciens à comprendre quelles conditions de pression et de vitesse génèrent une chaleur de frottement excessive, et provoquent la défaillance du système.
Nous calculons la limite PV selon la méthode QTM 55007 sur la base de la charge appliquée à une zone donnée de la surface et de la vitesse relative au contact. Plus la PV limite est élevée, plus la compression et la chaleur de frottement que le matériau peut supporter sont élevées.
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