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Ce que les fiches techniques révèlent des polymères… et leurs limites

Les fiches techniques avec leurs modules d’élasticité transversale, leurs résistances à la compression, leurs duretés Shore et leurs coefficients de dilatation thermique sont sensées permettre de comparer rapidement différents matériaux entre eux. Mais leur pertinence pour les polymères – et encore plus pour les paliers lisses – est très limitée. Pourquoi cela ? Et comment trouver quand même le matériau idéal ?

Les polymères ont quelque chose de mystérieux. Les noms de marque, les types de polymères, les composites… Tout a un côté compliqué qui rend une comparaison difficile. Qu’est-ce qu’on prend là exactement ? « Du PEEK avec 10% de PTFE et de fibres de carbone ? ». « Ou plutôt ce composite bleu qui a déjà tellement bien marché dans la dernière application ? ».  « Et le POM au fait ? Et les fibres de verre ? Mais le PA6 avec 30% de fibres de verre n’avait-il pas mieux fonctionné ? Mais non, l’absorption d’humidité y était trop élevée »…

« Bon, jusqu’à présent, on n’a jamais eu de problèmes »

Ce qu’il y a de bien avec les polymères en général, c’est qu’ils sont très flexibles quant à leur emploi. Ils se sont imposés dans de nombreux domaines de notre vie quotidienne et ils ont assis leur réputation dans de nombreuses applications techniques. Ce qui veut donc dire qu’on a déjà des valeurs empiriques pour la plupart des applications. Les matériaux classiques tels que le PA6.6, l’ABS ou le POM conviennent à de nombreux domaines d’application. De la brique Lego au logement de pompe en technique médicale. Mais que faire si on veut en sonder les limites techniques ? Si le palier polymère conducteur d’une portière de voiture ne doit pas se déformer après la peinture par cataphorèse ? Ou si le palier d’un miroir parabolique qui doit diriger un rayon lumineux sur un four solaire éloigné de 100 mètres ne doit se relâcher que de l’épaisseur d’un cheveu ? On se retrouve alors vite dans des programmes de simulation compliqués qui ont besoin de données.

Les fiches techniques des fabricants apportent un peu de clarté. Même si elles ne permettent pas vraiment d’évaluer la situation réelle. Surtout pour les paliers lisses. Pour le comprendre, regardons de plus près ce qu’on y trouve.


Propriétés de traction/poussée

Détermination des forces de traction/poussée sur une charnière à plusieurs articulations
Palier métallique avec revêtement

Cette catégorie comprend des indications comme « résistance maximale à la compression » et « résistance à la traction ». Dans les essais standardisés, un échantillon est placé dans une machine de mesure où il est étiré ou pressé. La force entraînant la rupture de l’échantillon permet de donner des indications sur la résistance à la compression. Quand on dépasse la résistance à la compression d’un matériau, cela le détruit. La pièce casse.

Mais ce n’est pas aussi simple que cela. Souvent, la rupture n’est pas le seul effet indésirable de la sollicitation d’une pièce. Les matériaux se déforment avant que le seuil de résistance à la compression soit atteint. Les paliers s’aplatissent, perdent leur emmanchement ou ne soutiennent plus suffisamment l’arbre.   Conséquences : des paliers pulvérisés, des roulettes bloquées, des arbres qui se bloquent et des charnières de porte qui s’affaissent.  (Au fait, saviez-vous qu’augmenter l’épaisseur des parois d’un palier lisse n’augmente pas sa capacité de charge statique ? Nous montrons pourquoi ici.)

Le problème est que simuler cette déformation est compliqué et ne peut être fait que de manière approximative. Et même avec cette simulation, les structures conçues ont encore beaucoup de chemin à faire et de tests en conditions réelles à effectuer pour qu’une information sur la durée de vie et la résistance puisse finalement être donnée.

La pression de surface statique admissible est une indication qui, dans ce contexte, permet une évaluation pratique pour les paliers lisses, même sans analyses et sans simulation. On ne la trouve hélas que sur peu de fiches techniques de matériaux. Cette valeur, qui est donnée par un petit nombre de fabricants de paliers lisses, indique à quelle pression le palier lisse ne dépasse pas un certain degré de déformation (3% par exemple). Si la division de la charge agissant par la surface projetée palier ne dépasse pas cette valeur, le palier lisse conserve sa forme initiale.

Le foulage

Test de matériau dans un compartiment de froid
Test de matériau dans un compartiment de froid

La température d’emploi est un sujet important pour les polymères (et pas pour les matériaux metalliques), mais souvent surestimé. Souvent exprimées en limites supérieures d’emploi en continu et d’emploi de courte durée, ces valeurs indiquent jusqu’à quelle température un matériau peut être utilisé. En fait, les propriétés des polymères se modifient parfois déjà sous l’effet de petits changements de température. Il est toutefois rare que la modification soit pertinente pour l’application. Dans la pratique, il suffit souvent de choisir un matériau avec une résistance aux températures qui soit supérieure à la température présente dans l’application.

Les propriétés techniques des matériaux connaissent toutefois des variations importantes sous l’effet de températures élevées ou particulièrement basses. Ici aussi, seuls les tests permettent d’obtenir des indications précises sur la résistance et la durée de vie.

Tester, encore et encore…

On a maintenant deux possibilités. Sur des applications déjà existantes, il peut être indiqué de faire tourner quelques échantillons de tests à côté de la solution actuellement utilisée. Pour les nouveaux projets ou  les projets complexes, il est souvent nécessaire de faire appel à un banc d’essai. Mais comment bien choisir les candidats au test ? Il est judicieux de procéder à une présélection pour éviter que le test ne devienne long, compliqué et coûteux. Les « systèmes d’expertise » y constituent une bonne alternative. De nombreux systèmes d’expertise comparent au moins les fiches techniques des matériaux afin de donner le matériau adapté.

Le système d’expertise pour la durée de vie iglidur de la société igus va encore plus loin. Ses calculs reposent en effet sur des données issues de tests tribologiques d’usure effectués sur de vrais paliers lisses. Cette méthode permet de déterminer combien de temps tiendront des paliers lisses des différents matériaux. A vous ensuite de choisir si vous voulez utiliser les résultats pour une présélection pour vos tests ou si vous voulez prendre le matériau avec le meilleur rapport prix-durée de vie.

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