Synthèse et élaboration d'un matériau composite pour garnitures de freins : caractérisations physico-chimique et mécanique du materiau

par Nathalie Lepré

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Guy Bouquet.

Soutenue en 1997

à Le Havre .


  • Résumé

    Le but de la thèse est de rechercher une composition de matériau sans amiante pour garnitures de freins, pouvant être mise en œuvre selon un procédé de fabrication imposé. Il suppose un choix de matières premières parmi les constituants possibles des garnitures de freins : un choix de fibres, de liants, de charges. La formulation choisie constitue le point de départ de la partie expérimentale de l'étude. Un essai consiste à caractériser toute la fabrication du matériau (le mélange des matières premières, le préformage, la cuisson du matériau, l'usinage, la stabilisation) et son comportement au freinage. Compte tenu du nombre de paramètres et du contexte industriel de l'étude, l'idée de la thèse est d'utiliser la technique des plans d'expériences. Les facteurs choisis sont les teneurs de certains constituants et trente réponses sont relevées, depuis la dispersion des ingrédients dans le mélange, jusqu'au comportement tribologique en service (évolution du coefficient de frottement, usure des garnitures et du rotor, échauffement des surfaces au freinage), en passant par la tenue mécanique après préformage, par la cohésion du matériau (cloquage, effritement, clives, criques), par les variations dimensionnelles en cours d'élaboration, par la résistance à la torsion des produits finis. L'interprétation du plan d'expériences recherche les facteurs influents et met en évidence le rôle des constituants sur les réponses (influence bénéfique ou néfaste). Des corrélations sont établies et expliquées. Elles soulèvent des problèmes d'ordre morphologique (dimension des fibres et des particules), des problèmes liés au processus (répartition du mélange dans les moules, écarts de températures à la cuisson, mode de dégazage). Elles apportent des informations concernant les teneurs des constituants, en faisant apparaitre des limites à ne pas dépasser. La synthèse des résultats suggère alors de modifier certaines teneurs, pour améliorer les caractéristiques du matériau. En tenant compte de ces préconisations, le matériau est optimisé. Sa caractérisation permet de confirmer plusieurs hypothèses (notamment l'inadéquation de la morphologie de certains constituants), de valider les techniques choisies et de vérifier l'influence de certaines matières premières, révélée par l'interprétation du plan d'expérience.


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