Tribologie du contact PA66 avec ou sans fibres de renfort / acier avec lubrification à la graisse
Auteur / Autrice : | Takeshi Kunishima |
Direction : | Philippe Kapsa, Vincent Fridrici |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Génie des matériaux |
Date : | Soutenance le 01/06/2021 |
Etablissement(s) : | Lyon |
Ecole(s) doctorale(s) : | Ecole doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....) |
Partenaire(s) de recherche : | établissement opérateur d'inscription : École Centrale de Lyon (1857-....) |
Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône ; 1970-) | |
Jury : | Président / Présidente : Koshi Adachi |
Examinateurs / Examinatrices : Philippe Kapsa, Vincent Fridrici, Clotilde Minfray, Agnès Fabre | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Mitjan Kalin, Fabrice Ville |
Mots clés
Résumé
Les plastiques techniques sont largement utilisés dans la fabrication de pièces de frottement, dont les engrenages à denture hélicoïdale des réducteurs à vis sans fin utilisés dans les systèmes de direction assistée électrique (EPS) des véhicules automobiles. Pour étendre ce dispositif aux véhicules plus puissants ou pour réduire la taille de ces réducteurs, le développement de matériaux polymères et d’un design de réducteurs garantissant une bonne durabilité et un frottement réduit est nécessaire. Cette étude a permis de comprendre les propriétés tribologiques du PA66 et de composites à base de PA66 renforcés de fibres en contact avec un contre-corps en acier sous lubrification à la graisse afin d'améliorer les propriétés tribologiques des composants en polymère. Les essais de frottement ont été réalisés avec une géométrie de contact simulant celle du réducteur ; les bagues composites étant en contact avec quatre cylindres fixes en acier avec une lubrification principalement à la graisse. Les résistances à l'usure ou au fluage du composite PA66 renforcé de fibres de verre étaient liées à un endommagement de surface caractéristique (arrachement des fibres et rayures du PA66) ainsi qu’aux propriétés mécaniques de la surface. L'orientation des fibres de verre influençait la résistance à l'usure du composite et de l'acier. De plus, la dureté de l'acier a influencé les propriétés tribologiques. L'influence de la température sur les propriétés tribologiques du PA66 non renforcé ou renforcé de fibres de verre dans le cas d’une lubrification limite avec de la graisse a également été étudiée en considérant les effets de la température sur les propriétés mécaniques de surface du PA66 et sur la réaction tribochimique des additifs de carboxylate de zinc dans la graisse. Le mécanisme de frottement du contact entre le PA66 ou le composite renforcé de fibres de verre et l’acier sous lubrification à l'huile PAO8 ou à la graisse a été examiné en se concentrant sur divers paramètres dont la charge normale (pression de contact), la vitesse de glissement, la température et la dureté du contre-corps en acier. Afin d’expliquer le coefficient de frottement obtenu sous les différentes conditions d'essai, l'épaisseur minimale théorique du film d'huile en lubrification à l'huile a été calculée selon l'équation du régime de lubrification élasto-hydrodynamique souple en considérant les contributions du film d'huile et du contact solide/solide lubrifié sur le coefficient de frottement. Ensuite, les différences de comportements au frottement entre la lubrification à l'huile PAO8 et à la graisse ont été analysées. L'effet de la composition du composite sur les propriétés tribologiques a également été étudié pour aider au développement d'un composite aux propriétés tribologiques optimales. Identifiés comme des paramètres importants de la composition des composites renforcés de fibres de verre, les types de fibres (traitement de surface et diamètre) et la masse moléculaire du PA66 ont été étudiés en détails. En particulier, l'extrusion réactive du composite avec le poly-carbodiimide a été utilisée comme moyen d'augmenter la masse moléculaire du PA66 dans le composite. Le mécanisme d'extrusion réactive et les propriétés mécaniques du PA66 renforcé de fibres de verre ou d'aramide avec ajout de carbodiimide ont été précisés. En plus du composite avec fibres de verre, le mécanisme tribologique du composite PA66 renforcé de fibres de carbone a également été étudié en frottement sec et en lubrification à la graisse. Les effets de la masse moléculaire du PA66, de la dureté du contre-corps en acier et de la température sur les propriétés tribologiques ont été étudiés avec lubrification à la graisse et comparés au cas du PA66 non renforcé et renforcé de fibres de verre. De plus, l'effet de l'absorption d'eau par le PA66 renforcé de fibres de verre sur les propriétés tribologiques a été étudié. […]