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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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1. Aspects thermiques de l’usure des polymères
Le frottement dissipe une puissance mécanique qui vaut :
Une augmentation de la force normale P (ou de la pression de contact p à aire de contact fixée) et/ou de la vitesse de glissement Δu augmente cette puissance dissipée et la température des pièces, notamment au niveau des zones de contact. Les propriétés mécaniques des polymères sont très sensibles à la température et certaines, tels le module élastique et, plus encore, la limite d’élasticité, baissent fortement au voisinage de certaines températures entraînant des transitions structurales (fusion de la phase cristalline, transition vitreuse de la phase amorphe (tableau 1 à consulter dans le comparatif ) ; des phénomènes d’évolution chimique (décomposition, réaction) peuvent être également induits à partir d’un certain niveau de température selon une cinétique thermiquement activée. Les effets de la puissance dissipée sont d’autant plus marqués que la conductivité thermique K des polymères est faible (tableau 1), ce qui limite fortement l’évacuation de cette puissance dissipée par conduction thermique vers l’environnement. L’usure en est donc fortement affectée et ce phénomène doit être absolument pris en compte lors de la conception d’un contact 3. De ce fait, on classe souvent, pour un contact conforme donné, les matériaux par la valeur maximale du produit p Δu pour laquelle leur durée en service est acceptable (cf. § ...
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BIBLIOGRAPHIE
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