Formules classiques de mélange en PTFE expliquées simplement

Conclusion : Il n’existe pas de « formule magique unique » pour le PTFE que toute l’industrie utilise.

Selon les informations publiques actuelles de Chemours/Teflon, le PTFE chargé signifie généralement l’ajout de 5 à 40 % en poids de charges inorganiques à la poudre de PTFE. Le Teflon™ PTFE 7C X est explicitement indiqué comme « recommandé pour le mélange avec des charges », notamment des poudres métalliques. Après vérification croisée avec les normes publiées de Daikin, les gammes de charges et les tableaux comparatifs de 3M Dyneon, ainsi que les anciennes données de DuPont, les formulations qui reviennent systématiquement dans la production réelle de PTFE sont celles ci-dessous.

Tous les pourcentages sont exprimés en poids final (en % en poids) .

(1) 85/15 : PTFE + 15 % de fibre de verre

Il s’agit de la nuance renforcée la plus courante à usage général. Daikin la désigne ouvertement sous la référence 15GL. Chez 3M, la fibre de verre est également citée comme l’une des charges les plus utilisées, généralement jusqu’à 25 % en poids et pouvant atteindre 40 % en poids. Elle confère une bonne stabilité dimensionnelle, résiste au fluage à froid et supporte bien la chaleur. Inconvénient : elle usure davantage la surface appariée, ce qui la rend peu adaptée aux métaux tendres.

(2) 75/25 : PTFE + 25 % fibre de verre

Il s'agit de la version renforcée du mélange contenant 15 % de fibre de verre, l'une des formules standard les plus anciennes. Daikin la référence sous la désignation 25GL. Les échantillons comparatifs de 3M incluent également 25 % de fibre de verre. Ce matériau est plus dur et résiste mieux au fluage que la formulation à 15 %, mais il usure davantage la surface appariée.

(3) 80/15/5 : PTFE + 15 % fibre de verre + 5 % graphite

L'une des formules de joints à faible frottement les plus classiques. Le tableau d'usure publié par 3M utilise précisément le mélange à 15 % de fibre de verre / 5 % de graphite comme exemple de faible usure. Les anciennes données DuPont placent également le mélange fibre de verre + graphite dans la zone à faible usure pour l'acier doux.

(4) 80/15/5 : PTFE + 15 % fibre de verre + 5 % MoS ₂

Daikin référence la nuance standard 15GL5M. Selon 3M, le disulfure de molybdène (MoS₂) est généralement ajouté comme charge secondaire jusqu'à 5 % en masse, et le coefficient de frottement le plus faible est souvent obtenu avec du graphite ou du MoS₂ seul, ou mélangé à de la fibre de verre. Les données DuPont placent également le mélange fibre de verre / MoS₂ dans la zone à faible usure.

(5) 85/15 : PTFE + 15 % graphite

Une formule ancienne à faible frottement, plus douce pour les surfaces d’association souples. Daikin la référence sous la désignation 15GR. 3M indique que le graphite est couramment utilisé à hauteur d’environ 5 % en masse comme lubrifiant secondaire, mais peut atteindre jusqu’à 20 % en masse afin d’améliorer la conductivité thermique. Les formulations à base de graphite offrent généralement le coefficient de frottement le plus faible.

(6)75/25 : PTFE + 25 % carbone

Une autre gamme classique de PTFE, divisée en carbone dur et carbone souple. Daikin référence à la fois le 25CAR (carbone dur) et le 25CAR/R (carbone souple). La fourchette typique de 3M est de carbone souple jusqu’à 25 % en masse et de carbone dur jusqu’à 35 % en masse. Le carbone dur est principalement utilisé dans des applications à forte charge, pour la résistance à l’usure et les segments de piston. Le carbone souple est davantage utilisé dans les applications sans lubrifiant (fonctionnement à sec) et pour les garnitures d’étanchéité.

(7)90/10 : PTFE + 10 % fibre de carbone

Une formule très courante pour les joints étanches lubrifiés à l’eau ou hydrauliques. Daikin propose la référence 10CF. Selon 3M, la fibre de carbone est couramment utilisée jusqu’à 15 % en masse et s’avère particulièrement adaptée aux conditions liquides. Le guide de DuPont relatif aux environnements aqueux classe également la fibre de carbone parmi les matériaux à faible usure.

(8)60/40 : PTFE + 40 % bronze

L'une des plus anciennes familles de PTFE destinées aux applications hydrauliques à haute pression. Daikin référence le grade 40BRR. Selon 3M, le remplissage en poudre de bronze peut atteindre jusqu'à 60 % en masse, avec un accent mis sur une résistance élevée à l'usure, les applications hydrauliques à haute pression et une bonne conductivité thermique. Les données de DuPont indiquent également que le bronze se situe dans la zone à faible usure pour les aciers doux. Inconvénient : performances chimique et électrique réduites, et non adapté à une utilisation en milieu aqueux.

(9)60/30/10 : PTFE + 30 % bronze + 10 % fibre de carbone

Il s'agit davantage d'une « version classique pour charges lourdes » qu'une norme universelle. Le graphique d'usure de 3M utilise 30 % de bronze / 10 % de fibre de verre et montre qu’il présente le facteur d’usure le plus faible de ce graphique — une approche classique axée sur des conditions de fonctionnement à haute valeur PV et à usure sévère.

Si l’on résume l’ensemble des éléments ci-dessus en une liste concise, la famille de formules de mélange de PTFE la plus classique est : 15 % fibre de verre, 25 % fibre de verre, 15 % fibre de verre + 5 % graphite, 15 % fibre de verre + 5 % MoS ₂ , 25 % carbone, 10 % fibre de carbone, 40 % bronze .

Il ne s'agit pas de la « seule réponse officielle » d'une entreprise donnée. Il s'agit simplement d'un résumé issu de la confrontation des recommandations relatives aux charges établies par Chemours/Teflon, des grades standard de Daikin, des teneurs et tableaux typiques de 3M, ainsi que des anciens documents DuPont.

Deux rappels rapides en conclusion. Premièrement, presque tous les catalogues publics utilisent poids % , mais certaines anciennes discussions DuPont mentionnent « environ 20 % vol pour une usure minimale ». On ne peut pas comparer directement les % poids et les % volume, car le bronze, la fibre de verre et le carbone présentent des densités très différentes. Deuxièmement, le frottement et l'usure du PTFE sont fortement influencés par la forme de la charge, sa proportion, la charge appliquée, la vitesse, le matériau apparié et l'environnement . La même « formule classique » peut présenter des classements très différents dans des conditions de fonctionnement à sec sur acier comparées à des conditions lubrifiées à l'eau.