Importance de l'évaluation du frottement à faible vitesse

Le frottement est la force qui s'oppose au mouvement relatif de surfaces solides glissant l'une contre l'autre. Lorsque le mouvement relatif de ces deux surfaces de contact a lieu, le frottement à l'interface convertit l'énergie cinétique en chaleur. Un tel processus peut également entraîner une usure du matériau et donc une dégradation des performances des pièces utilisées.
Grâce à son taux d'étirement élevé, sa grande résilience, ses excellentes propriétés d'étanchéité et sa résistance à l'usure, le caoutchouc est largement utilisé dans une variété d'applications et de produits dans lesquels la friction joue un rôle important, tels que les pneus de voiture, les balais d'essuie-glace, les semelles de chaussures et bien d'autres. Selon la nature et les exigences de ces applications, une friction élevée ou faible contre différents matériaux est souhaitée. Par conséquent, une mesure contrôlée et fiable du frottement du caoutchouc contre diverses surfaces devient essentielle.

Objectif de la mesure

Le coefficient de frottement (COF) du caoutchouc contre différents matériaux est mesuré de manière contrôlée et surveillée à l'aide du Nanovea. Tribomètre. Dans cette étude, nous souhaitons mettre en valeur la capacité du tribomètre Nanovea à mesurer le COF de différents matériaux à des vitesses extrêmement faibles.

Résultats et discussion

Le coefficient de friction (COF) des billes de caoutchouc (6 mm de diamètre, RubberMill) sur trois matériaux (acier inoxydable SS 316, Cu 110 et acrylique en option) a été évalué par le tribomètre Nanovea. Les échantillons de métal testés ont été polis mécaniquement pour obtenir une finition de surface miroir avant la mesure. La légère déformation de la balle en caoutchouc sous la charge normale appliquée a créé une surface de contact, ce qui permet également de réduire l'impact des aspérités ou de l'inhomogénéité de la finition de surface de l'échantillon sur les mesures du COF. Les paramètres de l'essai sont résumés dans le tableau 1.

Le COF d'une balle en caoutchouc contre différents matériaux à quatre vitesses différentes est illustré à la Figure. 2, et les COF moyens calculés automatiquement par le logiciel sont résumés et comparés dans la Figure 3. Il est intéressant de constater que les échantillons métalliques (SS 316 et Cu 110) présentent des COF nettement plus élevés lorsque la vitesse de rotation augmente d'une valeur très faible de 0,01 tr/min à 5 tr/min - la valeur du COF du couple caoutchouc/SS 316 passe de 0,29 à 0,8, et de 0,65 à 1,1 pour le couple caoutchouc/Cu 110. Cette constatation est en accord avec les résultats rapportés par plusieurs laboratoires. Comme proposé par Grosch⁴ Le frottement du caoutchouc est principalement déterminé par deux mécanismes : (1) l'adhésion entre le caoutchouc et l'autre matériau, et (2) les pertes d'énergie dues à la déformation du caoutchouc causée par les aspérités de la surface. Schallamach⁵ a observé des vagues de détachement du caoutchouc du contre-matériau à travers l'interface entre des sphères de caoutchouc souple et une surface dure. La force de décollement du caoutchouc de la surface du substrat et la vitesse des vagues de décollement peuvent expliquer la différence de friction à différentes vitesses pendant le test.

En comparaison, le couple caoutchouc/acrylique présente un COF élevé à différentes vitesses de rotation. La valeur du COF augmente légèrement de ~ 1,02 à ~ 1,09 lorsque la vitesse de rotation passe de 0,01 tr/min à 5 tr/min. Ce COF élevé est probablement attribué à une liaison chimique locale plus forte au niveau de la face de contact formée pendant les tests.

 

 

Conclusion

Dans cette étude, nous montrons qu'à des vitesses extrêmement faibles, le caoutchouc présente un comportement de friction particulier - sa friction contre une surface dure augmente avec la vitesse du mouvement relatif. Le caoutchouc présente une friction différente lorsqu'il glisse sur différents matériaux. Le tribomètre Nanovea peut évaluer les propriétés de friction des matériaux de manière contrôlée et surveillée à différentes vitesses, permettant aux utilisateurs d'améliorer la compréhension fondamentale du mécanisme de friction des matériaux et de sélectionner le meilleur couple de matériaux pour des applications ciblées d'ingénierie tribologique.

Le tribomètre Nanovea offre des tests d'usure et de friction précis et répétables en utilisant des modes rotatifs et linéaires conformes aux normes ISO et ASTM, avec des modules optionnels d'usure à haute température, de lubrification et de tribo-corrosion disponibles dans un système pré-intégré. Il est capable de contrôler l'étage rotatif à des vitesses extrêmement faibles, jusqu'à 0,01 tr/min, et de suivre l'évolution de la friction in situ. La gamme inégalée de Nanovea est une solution idéale pour déterminer la gamme complète des propriétés tribologiques des revêtements, films et substrats minces ou épais, mous ou durs.