Dans les diverses applications des produits plastiques, la résistance à l'usure constitue un indicateur de performance essentiel qui influence significativement la facilité d'utilisation et la durée de vie des composants. Face à l'utilisation croissante des plastiques dans l'automobile, la construction mécanique, l'électronique et d'autres industries, améliorer leur résistance à l'usure est devenu plus important que jamais. Pour réduire efficacement les frottements et l'usure, deux méthodes principales sont couramment utilisées : ajout de substances lubrifiantes et incorporation de matériaux de renforcement. Par conséquent, l'intégration de matériaux de renforcement pour améliorer la résistance à l'usure et l'autolubrification s'est imposée comme la solution privilégiée dans l'industrie. Nous explorons ci-dessous sept charges couramment utilisées pour améliorer la résistance à l'usure des plastiques.
Bien que les lubrifiants puissent réduire les frottements dans une certaine mesure, ils présentent des inconvénients notables. Avec le temps, les huiles peuvent se dégrader, diminuant ainsi leur effet lubrifiant. Elles nécessitent également un entretien et une réapplication réguliers, ce qui augmente les coûts d'exploitation et la main-d'œuvre. De plus, les lubrifiants ont tendance à attirer la poussière et les débris, ce qui peut entraîner une contamination des pièces internes et une défaillance potentielle des équipements.
1. Polytétrafluoroéthylène (PTFE, Téflon)
Découvert par DuPont en 1938, le PTFE, plus connu sous le nom de Téflon, offre des propriétés antiadhésives exceptionnelles et une autolubrification remarquable, ce qui le rend idéal pour les revêtements antiadhésifs tels que ceux utilisés dans les ustensiles de cuisine.
En tant qu'additif résistant à l'usure, la micropoudre de PTFE présente le coefficient de frottement le plus faible parmi tous les additifs réducteurs de frottement. Elle forme un film lubrifiant lisse à la surface des pièces, réduisant ainsi efficacement l'usure, notamment dans les applications à fortes charges. Le rapport d'ajout optimal est de 15% pour les plastiques amorphes et de 20% pour les plastiques cristallins. La micropoudre de PTFE est largement utilisée dans les plastiques techniques, les revêtements, les encres, les lubrifiants et le caoutchouc pour améliorer la résistance à l'usure, la résistance aux rayures et les propriétés antiadhésives, tout en améliorant la lubrification globale. Par exemple, les composants en POM renforcé de PTFE présentent une résistance à l'usure supérieure et une durée de vie prolongée.
2. Disulfure de molybdène
Le disulfure de molybdène (MoS₂) est une poudre lubrifiante solide foncée à l'éclat métallique et à la texture lisse. Il offre des performances exceptionnelles à haute température et pression, ce qui le rend souvent considéré comme un lubrifiant solide de premier ordre.
Dans les plastiques techniques, il est principalement utilisé pour renforcer le nylon. Par exemple, le Nylon 66 mélangé à du MoS₂ présente une rigidité, une dureté et une stabilité dimensionnelle supérieures à celles d'une résine pure. La structure cristalline du MoS₂ améliore la capacité portante et la résistance à l'usure du matériau. Bien que sa résistance aux chocs puisse être légèrement réduite, il est largement utilisé dans les engrenages, les roulements, les joints et les glissières pour réduire l'usure et améliorer la fiabilité opérationnelle.
3. Graphite
Le graphite possède une structure en treillis stratifié qui permet à ses molécules de glisser facilement sous un frottement minimal. Cette propriété est particulièrement précieuse dans les environnements humides où l'eau peut augmenter le frottement.
En tant qu'additif anti-usure, le graphite est souvent utilisé dans les composants exposés à l'eau, tels que les corps de pompe, les turbines et les joints de vanne. Il améliore considérablement la résistance à l'usure des plastiques en milieu humide ou immergé, réduisant ainsi les besoins de maintenance et prolongeant leur durée de vie.
4. Polysiloxane
Le polysiloxane est un additif migratoire résistant à l'usure. Ajouté aux thermoplastiques, il migre progressivement vers la surface et forme un film protecteur continu.
La viscosité du polysiloxane détermine ses performances : une viscosité plus faible entraîne une migration plus rapide et une meilleure résistance à l'usure. Cependant, une viscosité trop faible peut entraîner une évaporation ou une migration trop rapide, réduisant ainsi son efficacité. Le choix de la viscosité adéquate est essentiel pour des performances optimales.
5. Fibre de verre
La fibre de verre est un matériau inorganique composé principalement de dioxyde de silicium. Elle offre une résistance élevée, une bonne résistance thermique et une bonne résistance à la corrosion.
Bien que fragile en soi, il renforce considérablement les structures plastiques en assurant la liaison mécanique entre les molécules de polymère. Cette intégration améliore l'intégrité structurelle et la résistance à l'usure. Il est couramment utilisé dans les pompes, les vannes, les roulements, les engrenages et les supports pour améliorer la durabilité et la capacité de charge.
6. Fibre de carbone
La fibre de carbone est produite par carbonisation de précurseurs organiques à haute température. Comme la fibre de verre, elle améliore l'intégrité structurelle, la résistance à l'usure et la capacité de charge.
Cependant, elle est plus douce et moins abrasive que la fibre de verre, ce qui la rend idéale pour les applications où les rayures superficielles doivent être évitées. Ses propriétés autolubrifiantes la rendent idéale pour les roulements, engrenages et segments de piston sans huile dans les applications haut de gamme telles que l'aéronautique et les machines de précision.
7. Fibre d'aramide (Kevlar)
La fibre aramide, développée par DuPont dans les années 1960, est une fibre synthétique très résistante, offrant une excellente résistance à la chaleur et aux produits chimiques. Elle est cinq à six fois plus résistante que l'acier.
En tant qu'additif résistant à l'usure, il est plus souple et moins abrasif que les fibres de verre ou de carbone. Il est particulièrement utile dans les applications où la protection de surface est essentielle. Par exemple, associé au polyéthylène à très haut poids moléculaire, il est utilisé dans les casques tactiques pour améliorer la résistance à l'usure et l'absorption des chocs.
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