Usure du plastique :quelles en sont les causes et comment l'éviter

L'usure du plastique, comme le frottement, est un phénomène complexe. Il se déroule comme deux surfaces  glissez ou roulez l'un contre l'autre et les forces de mouvement relatif enlèvent progressivement le matériau. L'adhérence et l'abrasion sont deux mécanismes d'usure courants. L'usure adhésive se produit lorsque les surfaces de contact glissent les unes contre les autres et que des fragments d'une surface se délogent et adhèrent à l'autre. Dans un matériau lubrifié, les débris résultants forment une fine poudre sur la surface de contact. C'est le principal mécanisme d'usure des thermoplastiques en contact frottant.

L'usure par abrasion, quant à elle, se produit lorsque la surface la plus dure racle ou abrase son compagnon. Ce type d'usure se caractérise par des rainures ou des rainures creusées dans la surface de la pièce. Les particules délogées telles que les fibres de verre peuvent rouler entre les surfaces provoquant une abrasion sévère. Les polymères avec une ténacité inhérente aident à réduire l'usure par abrasion.

L'usure du plastique peut entraîner une liberté de mouvement indésirable ou une perte de précision ou les deux. Même la perte de quantités relativement faibles de matière peut entraîner une défaillance du système. Même si un système tribologique bien conçu ne peut pas éliminer complètement l'enlèvement de matière, il peut réduire l'usure à un niveau insignifiant.

Les qualités d'usure des thermoplastiques lubrifiants sont très différentes. Les conceptions utilisant du plastique sur métal sont les plus performantes. Mais les conceptions nécessitant du plastique sur plastique peuvent être conçues pour de bonnes performances en utilisant des polymères différents avec un ou plusieurs additifs résistants à l'usure tels que le PTFE.

Concevoir pour l'usure du plastique

Une fois la conception du système en place, l'ingénieur doit déterminer si une « usure importante » est probable. Si tel est le cas, le taux d'usure doit être ajusté à des niveaux « acceptables ».

Le taux d'usure du système est déterminé par l'interaction de variables principalement contrôlables. Par exemple, les variables structurelles comprennent les matériaux en mouvement relatif et leurs finitions de surface, ainsi que les matériaux d'interface tels que les lubrifiants et les particules abrasives. Un autre facteur est le type de mouvement - mouvement alternatif par rapport au mouvement continu ou géométrique (c'est-à-dire glissement, roulement) entre les composants. Les conditions de fonctionnement telles que la vitesse, la charge et la température peuvent également avoir un impact.

Souvent, le choix des matériaux pour les roulements, les bagues, les joints et les engrenages dépend de facteurs qui n'ont que peu ou rien à voir avec la résistance à l'usure. Des attributs tels que le coût, le poids, la résistance chimique ou les propriétés thermiques et mécaniques peuvent être à l'origine de ces conceptions. Néanmoins, il est toujours possible d'obtenir de bonnes qualités de frottement et d'usure même avec des options de matériaux limitées.

Lorsqu'un composé thermoplastique ne fonctionne pas correctement, les ingénieurs peuvent envisager de modifier les niveaux d'additifs ou d'en introduire de nouveaux. Ils peuvent également sélectionner un autre plastique résistant à l'usure ou changer le matériau de la surface d'accouplement ou les deux pour améliorer les performances.

Le coût réel de l'usure n'est pas le prix d'achat du composé, mais plutôt les coûts cachés de ne pas utiliser le bon thermoplastique en premier lieu. Des tests standardisés tels que l'ASTM D-3702 donnent une indication des taux d'usure relatifs. Il est important de prototyper ou d'effectuer des tests d'application réels chaque fois que l'usure est un problème.

Calcul des taux d'usure

L'usure peut être mesurée quantitativement en tant que taux d'usure spécifique, qui est la perte volumétrique de matériau sur une unité de temps. L'usure est proportionnelle à la charge sur l'éprouvette multipliée par la distance parcourue par l'éprouvette. Le facteur d'usure provient de la relation suivante :

W = K•F•V•T

Où k =facteur d'usure (in.3 min/ft/lb/hr) 10-10, W =volume d'usure (in.3), F =force (lb), V =vitesse (ft/min), T =temps écoulé (h). Plus le K est bas, plus le plastique est résistant à l'usure. Cependant, K ne doit être utilisé que comme mesure de performance relative lors de la comparaison des alternatives thermoplastiques.

Tant la pression de contact (P) que la vitesse de glissement (V) influencent fortement les taux d'usure du matériau. La capacité PV d'un matériau de roulement est exprimée comme le produit de P et V. Chaque matériau a une limite PV. Au-dessus de cette limite, un matériau échouera. La limite PV, cependant, est plus conceptuelle que pratique. Des valeurs PV plus élevées indiquent une capacité à fonctionner sous des charges plus lourdes et des vitesses de surface plus rapides. Une augmentation de la pression augmente le taux d'usure et diminue la friction, tandis qu'une vitesse de glissement plus élevée augmente à la fois l'usure et la friction.

Des questions ? Faites-le moi savoir dans la section commentaires ci-dessous.

Vous cherchez à en savoir plus sur le plastique résistant à l'usure ? Téléchargez notre guide matériel gratuit.