Introduction
Résines phénoliquessont utilisés comme composants liants dans de nombreuses formulations de matériaux de friction. Des lubrifiants solides et des modificateurs de friction sont ajoutés dans le cadre de la formulation globale pour influencer la friction, l'usure et le comportement de la couche de surface.
Leurs effets dépendent de la qualité de la résine, du système de durcissement, des autres composants de la formulation, des conditions de traitement, des caractéristiques de la surface d'appui et des conditions de fonctionnement ou de test. Le frottement et l'usure doivent donc être évalués au niveau du matériau de friction fini et du système tribologique complet.
Résine phénolique comme liant dans les formulations de matériaux de friction
Les résines phénoliques servent de composants liants qui consolident les fibres, les abrasifs, les charges, les modificateurs de friction et d'autres constituants dans unformulation de matériau de friction.
Les qualités de résine phénolique peuvent différer en termes de composition chimique, de forme fournie et de comportement au durcissement. Ces différences peuvent affecter le traitement et le comportement du matériau fini. La sélection de la résine doit donc être considérée avec le système de durcissement et le reste de la formulation plutôt qu'évaluée isolément.
Que signifie « lubrification » dans un matériau de friction
Dans les matériaux de friction secs, le terme « lubrification » peut être trompeur. Contrairement aux systèmes mécaniques lubrifiés par fluide, ces formulations peuvent contenir des composants solides destinés à modifier le comportement en friction et à l'usure au niveau de l'interface de glissement.
Les lubrifiants solides et les modificateurs de frottement peuvent influencer le coefficient de frottement, le comportement à l'usure, la stabilité du frottement et le développement de couches de surface lors du glissement.
Leur objectif n’est pas simplement de minimiser les frictions. Au lieu de cela, leur rôle doit être évalué par rapport aux exigences de friction, d’usure, de traitement et d’autres performances de l’application spécifique.
Lubrifiants solides et modificateurs de friction
Les lubrifiants solides et les modificateurs de friction constituent une partie fonctionnelle d'une formulation de matériaux de friction à plusieurs composants.
Leurs effets peuvent dépendre de facteurs tels que :
- Identité additive et fonction prévue.
- Taille, forme et distribution des particules.
- Niveau de chargement.
- Dispersion au sein de la formulation.
- Compatibilité avec la résine et autres composants.
- Conditions de traitement.
- Caractéristiques de la contreface.
- Conditions de fonctionnement et d'essais.
Le même additif peut donc produire des réponses de friction ou d’usure différentes lorsque la formulation environnante ou les conditions de test changent.
Pourquoi leurs effets sont spécifiques à la formulation
Le comportement au frottement et à l’usure peut être influencé par plusieurs variables en interaction, notamment :
- Le liant résine et son état de durcissement.
- Lubrifiants solides et modificateurs de friction.
- Abrasifs et mastics.
- Renforts.
- Porosité et densité.
- Comportement du tribofilm ou couche de transfert.
- Matériau de la contreface et état de surface.
- Température.
- Pression de contact ou charge.
- Vitesse de glissement.
- Méthode d'essai.
Ces variables interagissent pendant le traitement et le glissement, de sorte que le frottement et l'usure ne peuvent pas être attribués à un seul ingrédient indépendamment du système dans lequel il est utilisé.
Effets potentiels sur le traitement et la guérison
Les composants particulaires de la formulation peuvent également affecter le comportement de traitement.
Selon la formulation, les considérations pertinentes peuvent inclure :
- Mélange et dispersion.
- Comportement d'écoulement et de compactage.
- Comportement au moulage.
- Réponse de guérison.
- Densité et porosité.
- Cohérence dimensionnelle.
Les caractéristiques des particules, la charge, la chimie de la résine et les conditions de traitement peuvent tous influencer ces réponses.
Les composants de la formulation peuvent également influencer la réponse au durcissement et doivent être évalués pour leur compatibilité avec la résine et le système de durcissement sélectionnés. La direction de tout effet doit être établie par le biais d'un traitement et d'une évaluation du durcissement spécifiques à la formulation plutôt que d'après la catégorie des additifs.
Comportement du tribofilm et de la couche de surface
Des tribofilms ou couches de transfert peuvent se développer à l'interface de glissement à partir de matériaux générés et redistribués lors du frottement et de l'usure.
Leur développement et leur comportement peuvent dépendre :
- La formulation complète.
- Matériau de la contreface et état de surface.
- Pression de contact ou charge.
- Température.
- Vitesse et durée de glissement.
- Etat d'usure de la surface de friction.
La sélection du lubrifiant solide et du modificateur de friction peut influencer le comportement de la couche de transfert et la réponse au frottement et à l'usure qui en résulte dans des conditions particulières.
Étant donné que ces couches superficielles évoluent au cours du glissement, leur comportement doit être évalué dans le cadre du système de friction global plutôt que attribué à un seul composant de la formulation.
Comment les changements de formulation affectent la friction et l’usure
Le changement d'un lubrifiant solide ou d'un modificateur de friction peut affecter plusieurs aspects du système de friction.
Les variables pertinentes incluent :
- Type d'additif, chargement et caractéristiques des particules.
- Liant résine et état de durcissement.
- Type d'abrasif et caractéristiques des particules.
- Remplisseurs et renforts.
- Porosité et densité.
- Comportement de la couche de transfert.
- Matériau et état de la contreface.
- Température, charge et vitesse de glissement.
- Méthode d'essai et conditions d'essai.
Le coefficient de frottement et le comportement à l'usure qui en résultent doivent donc être établis dans des conditions adaptées à l'application envisagée.
Pourquoi les compromis sont importants
Des compromis potentiels peuvent survenir lorsqu’un changement de formulation affecte simultanément plusieurs variables de performance.
Les formulateurs devront peut-être prendre en compte :
- Coefficient de frottement et sa stabilité dans des conditions d'essai pertinentes.
- Usure des matériaux de friction.
- Usure de la contre-face.
- Réponse thermique.
- Comportement mécanique et intégrité.
- Possibilité de traitement pendant le mélange, le moulage et le durcissement.
Les changements dans une variable de performance peuvent être accompagnés de changements dans d’autres. L'objectif est donc de développer une formulation qui répond aux exigences combinées de l'application envisagée plutôt que de maximiser ou minimiser une propriété isolée.
Ce que les formulateurs devraient évaluer
Lors de l’évaluation de lubrifiants solides et de modificateurs de friction dans un matériau de friction à base de résine phénolique, les équipes techniques doivent prendre en compte :
- Qualité exacte de la résine phénolique et composition chimique ou type.
- Forme fournie de la résine.
- Système de guérison.
- Identité et fonction prévue du lubrifiant solide ou du modificateur de friction.
- Caractéristiques des particules.
- Niveau de chargement.
- Qualité de dispersion.
- Compatibilité avec la résine et les autres composants de la formulation.
- Effets sur le mélange, l'écoulement et le comportement au moulage.
- Réponse de guérison.
- Densité et porosité du matériau fini.
- Comportement du tribofilm ou de la couche de transfert le cas échéant.
- Tests de coefficient de frottement dans des conditions pertinentes.
- Usure des matériaux de friction.
- Usure de la contre-face.
- Réponse thermique.
- Propriétés mécaniques.
- Exigences de qualification spécifiques à l'application.
Les tests doivent refléter la formulation, la voie de traitement, la surface d'appui et les conditions de fonctionnement pertinentes pour l'utilisation prévue.
Ce que les acheteurs doivent vérifier
Lors de l'approvisionnement d'unrésine phénolique pour applications de matériaux de friction, les acheteurs doivent examiner :
- Qualité exacte de la résine.
- Chimie ou type de résine, le cas échéant.
- Formulaire fourni.
- Application prévue du matériau de friction.
- Informations et recommandations sur le système de guérison.
- Fiche Technique (TDS).
- Fiche de données de sécurité (FDS).
- Certificat d'analyse (CoA).
- Spécification du produit.
- Informations de compatibilité si disponibles.
- Des conseils de traitement lorsqu'ils sont disponibles.
- Méthodes d'essai déclarées.
- Disponibilité d'un échantillon ou d'un essai.
- Données de qualification spécifiques à l'application, le cas échéant.
Un TDS décrit des informations techniques sur la résine fournie, tandis qu'un CoA rapporte les résultats des tests spécifiques au lot. Aucun des deux documents ne démontre à lui seul les performances de friction et d'usure de la formulation finale du matériau de friction.
L'évaluation et les tests spécifiques à la formulation sont généralement appropriés avant la qualification spécifique à l'application.
Conclusion
Les lubrifiants solides et les modificateurs de friction peuvent influencer le comportement des matériaux de friction à base de résine phénolique, mais leurs effets dépendent de la formulation complète, des conditions de traitement, de la surface d'appui et des conditions de test.
L'évaluation doit prendre en compte le comportement de traitement, la réponse au frottement et à l'usure, le comportement de la couche de transfert, le cas échéant, et les compromis potentiels entre les exigences de performance.
Les équipes techniques doivent examiner la documentation spécifique au grade et effectuer des tests spécifiques à la formulation et à l'application avant la qualification.
Références
1. Cox, RL (2011). Composites tribologiques techniques : l'art du développement de matériaux de friction. SAE Internationale. DOI : 10.4271/R-401.