PTFE et PCTFE peuvent être utilisés comme lubrifiant solide en cryogénie
Grâce aux propriétés particulièrement exceptionnelles des polymères, ils sont souvent utilisés en qualité de lubrifiants solides dans le domaine de la tribologie, notamment dans les environnements cryogéniques.
À pression atmosphérique, les fluides cryogéniques ont de très faibles viscosités. Pour l’oxygène liquide, la viscosité est de 0, 20·10−3Pa·s et pour l’azote liquide, c’est 0, 16·10−3Pa·s [25]. Ce qui rend peu probable l’apparition d’une lubrification fluide. En revanche, si le fluide cryogénique réagit avec la surface, on pourrait observer une infime lubrification. Cependant, dans d’autres environnements liquides, tels que le N2, le H2 ou le He, on n’a pas pu observer de réactions qui aident à l’apparition de films superficiels favorables au contact [26].
Au contraire, quand il y a contact entre métaux, en présence de liquide cryogénique, on peut observer du grippage, car il n’y a pas de lubrification. Dans une atmosphère neutre ou dans une atmosphère réductrice, la formation de film n’existe pas : il n’y a donc pas de lubrification pour le contact. Néanmoins, les fluides cryogéniques ont des propriétés plutôt intéressantes pour obtenir un contact sans problème. Entre autres, on parle de l’importante capacité de refroidissement des fluides cryogéniques. Ce qui permet de contourner les problèmes liés à la forte chaleur générée par le frottement. [27].
Dans tous les cas, de nombreux lubrifiants, comme les huiles, ne sont pas utilisables à température cryogénique. Les risques de grippage ne peuvent pas être évités qu’avec des lubrifiants solides quand il s’agit de travailler avec des liquides cryogéniques. C’est la raison pour laquelle, dans ce cas précis, on utilise souvent principalement le PTFE (polytrétrafluoroéthylène) et le MoS2 (bisulfure de molybdène) [27]. Les traitements de surface qui permettent de réduire les risques de grippage et les frottements font aussi l’objet d’une attention particulière [28].
Toutes ces utilisations ont fait également l’objet de nombreuses études, à savoir la thèse sur le « Comportement tribologique du contact PCTFE/acier 440C en azote de la température cryogénique ».
Sources :
J.-L. Bozet. Modelling of friction and wear for designing cryogenic valves. Tribology International, 34(4) :207 – 215, 2001.
[26] P. Adjadj. Influence du milieu cryotechnique sur le comportement tribologique des matériaux hétérogènes – Etude en glissement sec dans l’azote liquide. PhD thesis, Université
Paris 6, 1988.
[27] A. R. Lansdown. Low temperature lubrication. Technical report, Swansea Tribology Centre (for the European Space Agency), 1978.
[28] R. Gras. Etude de traitements de surface applicables sur les roulements cryotechniques.
Technical report, Convention S.E.P./I.S.M.C.M., n°523036, 1986.
[29] M. Fontanille and Y. Gnanou. Structure moléculaire et morphologie des polymères. Techniques de l’ingénieur, A 3 042 :1–28, 1994.
[30] G.M. Bartenev and V.V. Lavrentev. Chapter 1 : Structure and physical properties of
polymers. In Lieng-Huang Lee and K.C. Ludema, editors, Friction and Wear of Polymers,
volume 6 of Tribology Series, pages 1 – 29. Elsevier, 1981.
[31] J.-F. Bonnet. Polymères fluorés. Techniques de l’ingénieur, AM 3 390 :1–20.
