Presque tout le monde connaît le polytétrafluoroéthylène (PTFE), autrement connu sous le nom de Téflon, le nom de marque utilisé par l'entreprise chimique DuPont. Réputé pour être "non collant" et hydrofuge, Le PTFE est un lubrifiant sec utilisé partout sur les composants de la machine, des ustensiles de cuisine et des cylindres de moteur aux applications spatiales et biomédicales.
Récemment, des chercheurs en ingénierie de l'Université de l'Arkansas ont trouvé un moyen de rendre le polymère encore moins adhésif. Ils ont traité des films minces de PTFD avec des nanoparticules de silice et ont découvert que le matériau lubrifiant réduisait considérablement l'usure du polymère tout en maintenant un faible niveau de friction. Les travaux des chercheurs permettront aux machines de durer plus longtemps et de fonctionner plus efficacement.
"Le polytétrafluoroéthylène est un gros, mot effrayant, " dit Min Zou, professeur agrégé de génie mécanique. "Ce dont nous parlons ici, c'est d'une couche de matériau ou d'un revêtement - un film - qui ne colle essentiellement pas et est hydrophobe, ce qui signifie qu'il repousse l'eau.
Les lubrifiants solides tels que le PTFE sont attrayants car ils fonctionnent bien à des températures élevées, ont de faibles coûts d'entretien et sont propres par rapport aux liquides. Ils sont indispensables en milieu industriel, où les surfaces de diverses pièces mécaniques entrent constamment en contact les unes avec les autres.
Le PTFE se compare avantageusement aux autres matériaux lubrifiants solides en raison de ses propriétés autolubrifiantes, sa capacité à produire un faible frottement et sa résistance aux températures élevées et aux produits chimiques. Il a été utilisé comme polymère de lubrification pendant de nombreuses années, et récemment, des scientifiques et des ingénieurs ont tenté d'améliorer le matériau en incorporant des « charges » nanoparticulaires qui réduisent l'usure du matériau et prolongent ainsi sa durée de vie. Cependant, des concentrations élevées de ces nano-charges ont posé problème :tout en réduisant l'usure, ils ont également augmenté la capacité du matériau à créer des frictions.
"Un grand obstacle dans les films micro- et nanocomposites a été l'incapacité de trouver un matériau de remplissage qui offre une bonne résistance à l'usure ainsi qu'un faible coefficient de frottement, " dit Zo.
Mais c'est exactement ce que Zou a trouvé dans la silice. Après avoir intégré le matériau nanoparticulaire dans le PTFE à deux concentrations différentes, elle et son étudiant diplômé Samuel Beckford ont appliqué les films minces sur un substrat en acier inoxydable. Ils ont soumis les films à des tests abrasifs pour mesurer le degré de friction et de résistance à l'usure. En comparaison, ils ont fait les mêmes expériences sur un film de PTFE pur et sur de l'inox nu. Andrew Wang avec Ocean NanoTech, une entreprise de technologie locale, aidé à la caractérisation de la taille des nanoparticules.
"Les micrographies ont révélé que les films composites avec une concentration plus élevée de silice avaient des traces d'usure beaucoup plus étroites après que les échantillons aient été soumis à des tests de frottement, " dit Zo.
L'étude a été publiée dans Transactions de tribologie , un journal de la Society of Tribologists and Lubrication Engineers (STLE), et a reçu le prix STLE Al Sonntag pour le meilleur article publié sur les lubrifiants solides.
