Brevet FR2723955A1 — publié le 19960301

B14101 DESCRIPTION L'invention concerne un matériau pour paliers lis- ses comprenant une matrice en polymère thermoplastique qui comporte comme inclusions des additifs améliorant les propri- étés de glissement. L'invention a également trait à une uti- lisation d'un tel matériau pour paliers lisses dans un maté- riau composite en couches. Par la demande de brevet allemand publiée après examen n 1.569.243, on connaît un palier lisse fonctionnant à sec qui est constitué par des fibres de polytétrafluoréthy- lène et par du polyoxyméthylène, cependant que les fibres de polytétrafluoréthylène présentent une longueur allant jusqu'à 1,6 mm et qu'elles sont utilisées dans une quantité comprise entre 5 et 40% en poids. En plus des fibres de polytétra- fluoréthylène, on peut ajouter d'autres fibres ou d'autres charges pour autant qu'elles ne diminuent pas d'une manière excessive les propriétés antifriction des fibres de polyté- trafluoréthylène. On connaît par le brevet allemand n 1.544.921 une masse moulée qui est constituée par 70 à 99,5% en poids d'un polyacétal et par 0,5 à 30% en poids de craie et qui est uti- lisée pour la fabrication de paliers lisses ne nécessitant pas d'entretien. On entend par "polyacétals" des homopolymè- res de formaldéhyde ou de trioxanne. La craie qui est ajoutée au polyacétal serait indépendante tant de sa granulométrie que de son origine (gisement) et de son traitement ou de son procédé de fabrication, respectivement. Ces paliers lisses connus présentent l'inconvénient que, dans des conditions de marche à sec, les coefficients de frottement sont trop élevés et la résistance à l'usure est trop forte. Le but de l'invention est de proposer un matériau pour paliers lisses résistant à la température qui présente par rapport aux matériaux pour paliers lisses connus de meil- leures propriétés de marche à sec et de bonnes propriétés de glissement dans des conditions de lubrification hydrodynami- que, ainsi qu'une matière composite comprenant un tel maté- riau pour paliers lisses. En particulier, dans des conditions de marche à sec, les coefficients de frottement doivent être diminués et la résistance à l'usure, ainsi que la charge admissible, doivent être augmentées. Ce but est atteint au moyen d'un matériau pour paliers lisses qui contient du polytétrafluoréthylène et de la craie comme additifs dans sa matrice. Il s'est avéré d'une manière surprenante que la combinaison de la craie et du polytétrafluoréthylène conduit à une augmentation significative de la résistance à l'usure et de la charge admissible qui ne peut pas être atteinte dans une matrice en matière plastique lorsque l'on ne prévoit qu'un seul des deux constituants que sont le polytétrafluor- éthylène et la craie. Selon une première forme de réalisation, la matière de la matrice peut être également constituée par du poly- tétrafluoréthylène, de sorte qu'aucune distinction ne peut être établie entre le polytétrafluoréthylène de la matière de la matrice et le polytétrafluoréthylène qui sert d'additif. Dans cette forme de réalisation, les teneurs en polytétra- fluoréthylène sont comprises entre 50 et 95% en poids, les teneurs en craie étant comprises entre 5 et 50% en poids. La deuxième forme de réalisation prévoit pour la matrice une matière constituée par une autre matière thermo- plastique qui peut être par exemple du PE, du PA, du POM, du PVDF, du PBT, du PFA, du FEP, du PPA, du LCP ou du PEEK. Dans ces cas, le polytétrafluoréthylène n'est ajou- té que comme additif avec de plus faibles teneurs qui sont situées entre 10 et 60% en poids. Le teneur en craie est alors située de préférence entre 5 et 20% en poids. Il s'est avéré avantageux que le polytétrafluor- éthylène et/ou la craie soient présents sous forme de poudre. De préférence, le polytétrafluoréthylène est présent sous la forme d'une poudre dont la granulométrie est inférieure ou égale à 10 pm et dont la surface spécifique est supérieure à m2 par gramme. La craie présente de préférence une granulo- métrie inférieure ou égale à 20 pm et une surface spécifique supérieure à 3 m2 par gramme. Une répartition serrée des grains est particulièrement avantageuse. L'utilisation de craie pulvérulente d'une granulo- métrie inférieure ou égale à 10 Fm permet d'obtenir un très bon taux d'homogénéisation. La surface spécifique des addi- tifs qui est liée à la granulométrie conduit ici à une meil- leure intégration à la matrice thermoplastique. Les particules de polytétrafluoréthylène et de craie se fixent manifestement les unes sur les autres, de sorte que les propriétés positives de ces additifs se renfor- cent, en particulier lors de la marche à sec. La craie est de préférence ajoutée sous la forme de ses variétés cristallines que sont la calcite et l'aragonite. Des additifs supplémentaires qui peuvent être pré- sents dans le matériau en couches pour paliers lisses sont le fluorure de calcium, le sulfure de molybdène, le graphite, le plomb, l'oxyde de plomb, la poudre de bronze et/ou des fibres dont la longueur, la forme et la composition chimique sont diverses. On peut fabriquer à partir du matériau pour paliers lisses des paliers lisses entièrement en matière plastique ou des matériaux composites en couches dont la capacité de char- ge thermique et mécanique est largement plus élevée que celle des matériaux pour paliers lisses entièrement en matière plastique. Pour la fabrication du matériau pour paliers lisses entièrement en matière plastique, le demi-produit sortant de l'extrudeuse peut présenter la forme de tubes à partir des- quels les paliers sont ensuite fabriqués. En variante, le produit sortant peut être sous la forme de granulés pour fabriquer des éléments de glissement par le procédé de moula- ge de matière plastique par injection. Pour le matériau composite en couches, et selon une forme de réalisation, le matériau pour paliers lisses peut être appliqué directement sur la surface d'une couche porteu- se métallique qui a été rendue rugueuse par voie mécanique ou qui a été traitée au préalable par voie chimique. Selon une autre forme de réalisation, le matériau pour paliers lisses peut être appliqué sur un fond rugueux qui est fritté ou projeté sur une couche porteuse métallique. L'épaisseur du matériau pour paliers lisses est comprise entre 50 Lm et 1 mm, et de préférence entre 80 et 300 pm. Pour la fabrication du matériau composite en cou- ches, la masse fondue du polymère sort de l'extrudeuse sous la forme d'un film (revêtement par extrusion) ou d'un boudin (procédé de calandrage) qui est ensuite appliqué sur le maté- riau porteur en forme de bande. En variante, le film de mati- ère fondue peut aussi être solidifié sous la forme d'une feuille. Cette feuille est ensuite appliquée sur le matériau porteur lors d'une deuxième étape du procédé (procédé de laminage). Des formes de réalisation de l'invention données & titre d'exemple sont expliquées dans ce qui suit d'une maniè- re plus détaillée et à l'aide des dessins. Les figures mon- trent: La figure 1 une vue en coupe agrandie d'un matériau composite en couches selon une forme de réalisation, La figure 2 une vue en coupe agrandie d'un matériau composite en couches selon une autre forme de réalisation, La figure 3 un tube en matériau pour paliers lisses représenté en perspective, La figure 4 un graphique des coefficients de frot- tement pour des matériaux à matrice en polytétrafluoréthylè- ne, La figure 5 un graphique donnant le coefficient de frottement et l'usure pour des matériaux à matrice en poly- éthylène, La figure 6 un graphique donnant le coefficient de frottement et l'usure pour des matériaux à matrice en poly- oxyméthylène, et: La figure 7 un graphique donnant le coefficient de frottement et l'usure pour des matériaux à matrice en poly- étheréthercétone. Exemple 1 Une bande en acier 3 est pourvue d'une structure poreuse en bronze 4 qui est appliquée par frittage et dans laquelle la couche de glissement 2 constituée par: % en poids de polytétrafluoréthylène et: % en poids de craie est appliquée sous la forme d'une pâte, recuite et laminée. Dans cette forme de réalisation, la matrice 5 est constituée par du polytétrafluoréthylène dans lequel les particules de craie 8 sont noyées sous la forme d'un additif. La figure 1 montre une vue en coupe d'un tel maté- riau composite en couches 1 avec sa bande en acier 3 et sa couche de glissement 2. Exemple 2 Une bande en acier 3 est pourvue d'une structure poreuse en bronze 4 qui est appliquée par frittage et dans laquelle est enfoncée la couche de glissement 2 constituée par: % en poids de polyoxyméthylène, % en poids de polytétrafluoréthylène et: 15% en poids de craie. Le matériau pour couches de glissement est fondu, homogénéi- sé et compacté dans une extrudeuse, puis appliqué sur le sup- port métallique 3 sous la forme d'un film de matière fondue (revêtement par extrusion). La figure 2 représente une vue en coupe d'un tel matériau composite en couches 1. Dans la matrice 5 en poly- oxyméthylène sont dessinées les particules 6 et 8 de polyté- trafluoréthylène et de craie qui sont partiellement fixées les unes aux autres et qui sont réparties d'une manière homo- gène dans la matrice 5. Exemple 3 Un mélange constitué par: % en poids de polyoxyméthylène, % en poids de polytétrafluoréthylène et: 15% en poids de craie. est compacté, ramolli et homogénéisé dans une extrudeuse, puis extrait sous la forme d'un tube 7 (voir la figure 3) par l'intermédiaire d'un outil d'extrusion correspondant pour être ensuite laminé. Le tube 7 ainsi produit à partir du matériau pour paliers lisses sert de demi- produit pour la production de paliers lisses. On peut fabriquer d'une manière analogue des profilés pour rails de glissement, etc. Exemple 4 Une bande en acier rendue rugueuse par voie mécani- que est revêtue d'une couche de glissement constituée par: % en poids de polyéthylène, % en poids de polytétrafluoréthylène et: % en poids de craie. C'est aussi au moyen du procédé de revêtement par extrusion qu'a lieu ici le revêtement du support métallique par la cou- che de glissement thermoplastique. Exemple 5 Une bande en acier est pourvue d'une structure poreuse en bronze appliquée par frittage dans laquelle est enfoncée la couche de glissement constituée par: % en poids de polyamide, % en poids de polytétrafluoréthylène et: 10% en poids de craie. La figure 4 représente un graphique des coeffi- cients de frottement pour des matériaux à matrice en polyté- trafluoréthylène. Les essais ont été réalisés à sec au moyen d'une machine d'essais à pointe et à rouleau avec les paramè- tres suivants: P = 8,9 MPa, v = 0,5 m/s, t = 90 minutes. Lorsque la durée de l'essai augmente, les coefficients de frottement des matériaux en polytétrafluoréthylène exempts de charge et des matériaux en polytétrafluoréthylène pourvus d'une charge constituée par 30% de verre augmentent nette- ment. Les matériaux contenant 33 % de sulfure de molybdène, ou respectivement, 35% de polyisobutylène ne présentent pas d'augmentation des coefficients de frottement, mais ils sont toujours situés nettement au-dessus du matériau selon l'in- vention qui comprend une matrice en polytétrafluoréthylène et 45% en poids de craie servant d'additif. La figure 5 représente un graphique en bâtons pour des matériaux & matrice en polyéthylène. On voit nettement que les matériaux qui contiennent uniquement du polytétra- fluoréthylène ou uniquement de la craie ne permettent pas d'obtenir les coefficients de frottement et les valeurs de l'usure que présente par exemple un matériau selon l'inven- tion qui contient 80% en poids de polyéthylène, 10% en poids de polytétrafluoréthylène et 10% en poids de craie. La supé- riorité de la combinaison du polytétrafluoréthylène et de la craie se manifeste ici en particulier pour les valeurs de l'usure. Les essais ont été également réalisés sur une machine d'essai à pointe et à rouleau, comme cela a été expliqué à propos de la figure 4. La figure 6 représente un autre graphique en bâtons pour des matériaux à matrice en polyoxyméthylène. Les essais ont été également réalisés sur une machine d'essai à pointe et à rouleau avec les paramètres cités à propos de la figure 4. La nette supériorité de la combinaison des additifs cons- titués par du polytétrafluoréthylène et par de la craie dans une matrice en polyoxyméthylène se manifeste également dans ce cas. La figure 7 représente un autre graphique en bâtons pour des matériaux à matrice en polyétheréthercétone. Les essais ont été également réalisés sur une machine d'essai à pointe et à rouleau avec les paramètres décrits à propos de la figure 4. Même dans le cas d'une matrice en polyéther- éthercétone, la combinaison de 10% de polytétrafluoréthylène et de 10% de craie présente de nets avantages en ce qui con- cerne les coefficients de frottement et les valeurs de l'usu- re par rapport à des matériaux qui contiennent uniquement de la craie ou uniquement du polytétrafluoréthylène. - REVENDICATIONS - 1. Matériau pour paliers lisses comprenant une matrice en polymère thermoplastique qui comporte comme inclusions des additifs améliorant les propriétés de glissement, caractérisé par le fait qu'il contient du polytétrafluoréthylène et de la craie comme additifs dans sa matrice. 2. Matériau pour paliers lisses selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le polymère thermoplastique qui constitue la matrice est du PTFE, du PE, du PA, du POM, du PVDF, du PBT, du PFA, du FEP, du PPA, du LCP ou du PEEK. 3. Matériau pour paliers lisses selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le polytétrafluoréthylène est présent sous la forme d'une poudre dont la granulométrie est inférieure ou égale à 10 pm et dont la surface spécifique est supérieure ou égale à 5 m2 par gramme. 4. Matériau pour paliers lisses selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la craie est présente sous la forme d'une poudre dont la granu- lométrie est inférieure ou égale à 20 Em et dont la surface spécifique est supérieure ou égale à 3 m2 par gramme. 5. Matériau pour paliers lisses selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la craie est présente sous la forme de ses variétés cristallines que sont la calcite et l'aragonite. 6. Matériau pour paliers lisses selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le polytétrafluoréthylène en tant que matériau de la matrice est contenu avec une teneur comprise entre 50 et 95% en poids. 7. Matériau pour paliers lisses selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la craie est contenue avec une teneur comprise entre 5 et 50% en poids. 8. Matériau pour paliers lisses selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le polytétrafluoréthylène en tant qu'additif est contenu avec une teneur comprise entre 10 et 60% en poids. 9. Matériau pour paliers lisses selon la revendication 8, caractérisé par le fait que le polytétrafluoréthylène en tant qu'additif est contenu avec une teneur comprise entre 15 et 50% en poids. 10. Matériau pour paliers lisses selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la craie est contenue avec une teneur comprise entre 5 et 20% en poids. 11. Matériau pour paliers lisses selon l'une quelconque des revendications 1 & 10, caractérisé par le fait qu'il con- tient comme additifs supplémentaires du fluorure de calcium, du sulfure de molybdène, du graphite, du plomb, de l'oxyde de plomb, de la poudre de bronze et/ou des fibres dont la lon- gueur, la forme et la composition chimique peuvent être diverses. 12. Utilisation d'un matériau pour paliers lisses selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 pour un matériau composite en couches, caractérisée par le fait que le maté- riau pour paliers lisses est appliqué directement sur la sur- face d'une couche porteuse métallique (3) qui a été rendue rugueuse par voie mécanique ou traitée au préalable par voie chimique. 13. Utilisation d'un matériau pour paliers lisses selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 pour un matériau composite en couches, caractérisée par le fait que le maté- riau pour paliers lisses est appliqué sur un fond rugueux (4) qui est fritté ou projeté sur une couche porteuse métallique (3). 14. Utilisation selon l'une quelconque des revendica- tions 12 et 13, caractérisée par le fait que l'épaisseur du matériau pour paliers lisses est comprise entre 50 pm et 1 mm. 15. Utilisation selon l'une quelconque des revendica- tions 12 à 14, caractérisée par le fait que l'épaisseur du matériau pour paliers lisses est comprise entre 80 et 300 Em.