Brevet FR2467868A2 — publié le 19810430

FR 2467868 A2 19810430 FR 7926332 A 19791018 La présente addition concerne une charge organique d'origine animale pour la conception de matériaux de frottement à très faibles taux d'usure, comme la demande de brevet principal 7908576 du 29/3/79. L'amélioration de la fiabilité et l'amélioration de la longévité des mécanismes sont deux préoccupations majeures pour les héca- niciens. En effet, les mécanismes mettant en oeuvre des pièces frottantes nécessitent, entre autres, que soient réduits à leur minimum les taux d'usure. C'est dans cet esprit que, depuis très longtemps, les Mécaniciens ont cherché à mettre au point des materiaux capables, alors qu'ils sont en contact de frottement avec une surface quelconque (d'acier, de fonte, ou autre), de fonctionner avec une très faible usure. Â cet effet, ont été proposées de très nombreuses compositions allant des alliages métalliques aux matériaux frittés, en passant par les matières plastiques, etc... Plus récemment, sont apparus les matériaux du type composite dans lesquels, à une matrice métallique, polymère ou autre, est associée une charge plus ou moins complexe faite d'un ou plusieurs composés jouant des rôles divers rôle de renfort (par exemple fibresd'amiante, fibres de verre, fibres cellulosiques), rôle de lubrifiant solide (par exemple graphite, bisulfure de molybdène, etc...) ou autres rôles tels que stabilisant thermique, anti-oxydant, etc... La présente addition concerne un type de composé utilisable en tant que charge d'une matrice quelconque, notamment métallique ou polymère, et capable de conférer au matériau de frottement ainsi réalisé des propriétés de résistance à l'usure inégalées à ce jour. L'invention découle des travaux effectués par la Demanderesse dans le domaine de l'utilisation en frottement des substances organiques, et propose plus particulièrement, au titre de charge, l'emploi de certaines matières animales dans la conception de matériaux utilisables pour la réalisation de pièces mécaniques frottantes. Ladite charge, qui peut être associée à une quelconque matrice, notamment polymère ou métallique, est caractérisée en ce qu'elle appartient au groupe des protéines fibreuses riches en acide aminé du type hydroxyproline. La Demanderesse a en effet découvert, comme cela sera illustré dans les exemples décrits ci-après, que les matériaux dans la composition desquels entre une substance du type précité possèdent des propriétés de résistance à l'usure exceptionnel les et pour le moins de plusieurs fois supérieures à celles des mê- mes matériaux exempts de ladite substance. Avantageusement, l'invention propose au titre de protéine fibreuse riche en hydroxyproline d'utiliser la substance dénommée collagène, c'est-à-dire cette protéine particulière à poids moléculaire élevé, riche en glycine, arginine et surtout hydroxyproline, pauvre en lysine et exempte de tryptophane (ce qui la distingue des protéines sériques) et de cystine (ce qui la distingue des kératines), que l'on trouve dans toutes les classes du règne animal (protozoaires exceptés) et qui est le principal constituant des tissus conjonctifs. On peut rappeler à ce sujet que le collagène est le constituant fondamental de l'armature qui maintient en forme, dans les organismes animaux, les différents organes, au même titre que le fait la cellulose dans le monde végétal. Suivant une caractéristique supplémentaire, la charge selon l'invention peut être utilisée seule ou associée à d'autres adjuvants tels que renforts, stabilisants, lubrifiants, colorants, agents antistatiques, agents ignifugeants, fongicides, plastifiants, ou autres produits minéraux ou organiques. Suivant une caractéristique supplémentaire de l'invention, ladite protéine fibreuse est issue de tissus animaux choisis dans le groupe formé par : peau, tendons, os, paroi intestinale, ces tissus ayant été préalablement débarassés, en totalité ou en partie, des autres constituants de la matière animale. Suivant une caractéristique supplémentaire de l'invention, lesdits tissus animaux ont été traités thermiquement avant leur utilisation en tant que charge. Suivant une variante de l'invention, lesdits tissus animaux ont été traités chimiquement avant leur utilisation en tant que charge. Suivant une variante supplémentaire de l'invention, la fibre protéique riche en hydroxyproline est imprégnée d'une substance liquide préalablement à son utilisation en tant que charge, ladite substance liquide pouvant être un corps gras d'origine végétale, un corps gras d'origine animale, ou un corps gras de synthèse. Suivant une autre variante de l'invention, la protéine fibreuse est associée, pour la réalisation du matériau de frottement; à une matrice polymère du type résine phénoplaste thermodurcissable. Suivant une autre variante de l'invention, la protéine fibreu se est associée, pour la réalisation du matériau de frottement, à une matrice métallique. Les exemples donnés ci-après à titre non limitatif permettront de mieux comprendre les caractéristiques de l'invention, en donnant une description des performances auxquelles peuvent conduire des matériaux dans la composition desquels entre la charge conforme à l'invention. Exemple 1 Bans cet exemple, le dispositif d'essai de frottement se compose de patins cylindriques appuyant par une de leurs deux faces planes sur l'une des faces planes d'une piste cylindrique tournante en fonte. On a réalisé les patins en comprimant à la presse, sous une température de 2000C, un mélange comprenant, en poids, 1/3 de résine phénoplaste thermodurcissable, 1/3 de poudre de cuivre et 1/3 de la substance conforme à l'invention, que constitue le collagène. Pour une vitesse de glissement au contact patins/piste de 10 mètres par seconde, une charge d'appui patins/piste de 10 bars, et un cycle de fonctionnement avec séquences marche-arrêt de 20 secondes de marche suivies de 5 secondes d'arrêt, après 1000 cycles, l'usure des patins était très faible et de l'ordre de 0,4 millimètres. Pour fixer les idées, on peut indiquer que le même essai réalisé avec des patins faits d'un mélange de résine et de poudre de cuivre, c'est-à-dire sans addition de la charge selon l'invention, conduit à une usure des patins de 1 millimètre après les mêmes 1000 cycles d'essai. Exemple 2 : Sur le même dispositif et dans les mêmes conditions expérimentales que pour l'exemple 1, on a comparé les usures obtenues après 1000 cycles entre deux matériaux obtenus par compression de mélanges de résine phénoplaste, de poudre de cuivre et de fibres d'amiante. Dans un cas, le matériau ne contenait aucun autre adjuvant. Dans l'autre cas, le matériau contenait, en plus, du collagène conformément à l'invention. On a observé dans le deuxième cas une usure des pièces 4 fois supérieure à celle obtenue dans le premier cas. ExemPle 3 : Cet exemple se rapporte à un essai du même type que celui décrit à l'exemple 1, mais cette fois, la charge selon l'invention est constituée par de la fibre issue de tendons. Toujours dans les mêmes conditions, et après 1000 cycles d'essai, l'usure des patins atteint seulement 0,1 millimètre. La fibre utilisée dans cet exemple est bien conforme à l'invention, puisqu'elle est constituée par de la protéine fibreuse riche en hydroxyproline, et notamment du collagène. On note que, d'une part cet exemple illustre les remarquables propriétés de résistance à l'usure du matériau contenant la charge selon l'invention, tandis que d'autre part, il met en lumière un avantage supplémentaire de l'invention qui est le suivant Les plus performants des matériaux de frottement composites actuellement proposés sont en général constitués par au moins deux types de charges distinctes, aux effets complémentaires, les unes ayant pour objet de conférer au matériau des caractéristiques mécaniques acceptables (en servant d'armature à la matrice) mais dénuées de propriétés lubrifiantes (amiante, fibres de verre, fibres textiles, etc...) , les autres ayant pour objet de conférer au matériau ses bonnes caractéristiques de frottement (lubrifiants solides, par exemple) , mais n'ayant pas d'effet, voire ayant un effet néfaste, sur ses caractéristiques mécaniques.Au contraire, l'invention propose, à titre de charge, une substance unique satisfaisant à elle seule à ces deux exigences. ExemPle 4 il s'agit d'essais effectués dans les mêmes conditions qu'aux deux exemples précédents, mais cette fois, au lieu d'un fonctionnement avec séquences marche/arrêt, le glissement était continu. Bans ces conditions * Les patins conformes à l'invention, c'est-à-dire faits de 1/3 de résine, de 1/3 de poudre de cuivre, et de 1/3 de fibres animales (tendons, parois intestinales, etc...) sont capables de frotter pendant 20 minutes avec une usure extrêmement faible, de moins de 0,1 millimètre. * Par contre, des patins à base d'amiante, du type de ceux qu'on utilise dans les freins, ne peuvent frotter plus de 10 minutes, l'usure étant alors de l'ordre de 4 à 5 millimètres. Exemple 5 : il s'agit d'un essai effectué dans les mêmes conditions qu'à l'exemple 4, mais cette fois, le matériau contenant la charge conforme à l'invention est constitué par un mélange comprimé à chaud de 1/3 de résine, 1/3 de poudre de cuivre et 1/3 de poudre d'os. On notera que la poudre d'os constitue une charge conforme à l'invention dans la mesure où cette matière est principalement composée de collagène. Dans ces conditions, on a obtenu un taux d'usure extrêmement faible des patins, puisque l'usure ne dépassait pas 0,15 millimètres après 35 minutes d'essai. ExemPle 6 Cet exemple se rapporte à des essais du type arbre/palier avec un arbre en acier du type conforme à la norme "35 C D 4", traité pour 90 hectobars, frottant sur un coussinet de 50 millimètres de diamètre et de 50 millimètres de long. La vitesse de glissement était de 7 mètres par seconde, et la pression de 2 bars.Dans ces conditions, en l'absence de tout lubrifiant conventionnel, on obtient les résultats récapitulés dans le tableau suivant Nature du coussinet Durée de Usure du coussinet l'essai en fin d'essai (mm) Résine phénoplaste char gée polytétrafluoroéthy- 5 minutes grippage lène Résine polyimide chargée grippage immédiat bisulfure de molybdène Bronze au plomb 1 E 30 I - 0,6 mm Résine phénoplaste chargée 3 E arrêt 0,05 mm fibre de cuir conformément volontaire) à l'invention REVENDICATIONS 1. Composition organique d'origine animale suivant la revendication 1 de la demande de brevet principal N 79 06 576 du 29 mars 1979, caractérisée en ce que la protéine fibreuse riche en hydroxyproline dont elle est formée est issue de tissus animaux choisis dans le groupe formé par : peau, tendons, os, paroi intestinale. 2. Composition suivant la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits tissus animaux ont été préalablement débarrassés, en totalité ou en partie, des autres constituants de la matière animale. 3. Composition suivant la revendication 2; caractérisée en ce que lesdits tissus animaux ont été traités thermiquement avant leur utilisation en tant que charge. 4. Composition suivant la revendication 2, caractérisée en ce que lesdits tissus animaux ont été traités chimiquement avant leur utilisation en tant que charge 5. Composition suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la fibre protéique riche en hydroxyproline est imprégnée d'une substance liquide préalablement à son utilisation en tant que charge. 6. Composition suivant la revendication 5, caractérisée en ce que ladite substance liquide est un corps gras d'origine végétale, ou bien un corps gras d'origine animale, ou bien un corps gras de synthèse. 7. Composition suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la protéine fibreuse est associée, pour la réalisation du matériau de frottement composite, à une ou plusieurs autres substances diverses telles que renforts, stabilisants, lubrifiants, colorants, agents antistatiques, agents ignifugeants, fongicides, plastifiants ou autres produits minéraux ou organiques. 8. Composition suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la protéine fibreuse est associée à une matrice polymère pour la réalisation du matériau de frottement. 9. Composition suivant la revendication 8, caractérisée en ce que ladite matrice polymère est du type résine phénoplaste thermodurcissable. 10. Composition suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la protéine fibreuse est associée à une matrice métallique pour la réalisation du matériau de frottement.