Comparaison de l'usure des composites thermoplastiques sur l'acier, le laiton et l'aluminium

Essais de composites thermoplastiques contre l'acier

Pour comprendre l'interaction entre plastiques et métaux, nous avons réalisé des essais contrôlés associant des composites thermoplastiques à des contre-faces en acier AISI 1141 laminé à froid. Surprenamment, les finitions métalliques les plus lisses (8–12 µin) ont produit l'usure la plus élevée sur les composites, due à un frottement d'adhésion-déformation. La plage de 12–16 µin a fourni les facteurs d'usure les plus faibles, tandis que les surfaces de 50–70 µin ont donné des valeurs intermédiaires pour la plupart des composites. Les formulations non renforcées se sont comportées différemment.

Le polycarbonate renforcé de fibres de verre et lubrifié au PTFE a été le seul composite à augmenter la rugosité de la contre-face en acier ; tous les autres composites l'ont réduite jusqu'à un huitième, tandis que la surface métallique s'est systématiquement rugueuse lors des essais.

Comportement à l'usure

Nous avons examiné le comportement à l'usure de composites thermoplastiques contre des contre-faces en acier inoxydable 304 et en laiton, à deux niveaux de rugosité. Conformément aux attentes, l'augmentation de la rugosité de l'acier inoxydable 304 de 8–16 µin à 50–70 µin a élevé les facteurs d'usure pour tous les composites. Paradoxalement, les coefficients de frottement correspondants ont diminué avec une plus grande rugosité du métal.

Facteurs d'usure

Les facteurs d'usure et coefficients de frottement étaient généralement plus élevés pour l'acier inoxydable 440 que pour le 304. L'usure accrue de l'alliage 440 provient probablement de son absence de durcissement par travail lors de l'utilisation. Associés à des surfaces en laiton de 8–16 µin, les facteurs d'usure correspondaient à ceux observés avec l'acier inoxydable, mais le laiton a présenté des taux d'usure jusqu'à 80 fois supérieurs avec des composites renforcés de fibres de verre ou de carbone. Le nylon 6/6 lubrifié au PTFE et sa variante à fibres d'aramide ont atteint une usure extrêmement faible contre le laiton, bien que dans certains cas la rugosité de surface résultante soit jusqu'à quatre fois supérieure à celle produite sur l'acier inoxydable.

Les contre-faces en alliage d'aluminium 2024 ont offert une fenêtre de tolérance plus étroite, fournissant systématiquement des facteurs d'usure acceptables pour les composites. La finition optimale était de 12–16 µin, donnant l'usure la plus faible.

Rôle du PTFE

Le nylon 6/6 non renforcé lubrifié au PTFE et son homologue renforcé de fibres d'aramide ont délivré les taux d'usure les plus bas parmi tous les couples avec l'aluminium. Néanmoins, les facteurs d'usure des composites contre l'aluminium restaient supérieurs à ceux observés contre l'acier, l'acier inoxydable ou le laiton. Tous les composites thermoplastiques ont subi une usure excessive sur les contre-faces en bronze phosphoreux, sauf avec les deux formulations lubrifiées au PTFE.

Comportement à l'usure des composites à base de fluoropolymères

Les composites fluoropolymères chargés d'additifs inorganiques — poudre de graphite, farine de coke, fibres de verre broyées — ont montré une usure plus élevée sur l'aluminium que sur l'acier. À l'inverse, les composites PTFE incorporant du bronze et du MoS₂ de manière synergique ont atteint une usure plus faible sur l'aluminium que sur l'acier. Les composites PTFE avec charges organiques (PPS, polyoxybenzoate, polymère aromatique renforçant ARP) ont présenté une usure et une rugosité comparables sur les deux métaux. Sur l'ensemble des variantes fluoropolymères, les coefficients de frottement étaient plus élevés sur l'aluminium que sur l'acier.

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