ISO 15113:2005
(Main)Rubber — Determination of frictional properties
Rubber — Determination of frictional properties
ISO 15113:2005 outlines the principles governing the measurement of coefficient of friction and describes a method suitable for measuring the coefficient of friction of a rubber against standard comparators, against itself, or against any other specified surface.
Caoutchouc — Détermination des propriétés frictionnelles
L'ISO 15113:2005 établit les principes régissant le mesurage du coefficient de friction et présente une méthode permettant de mesurer le coefficient de friction d'un caoutchouc contre des surfaces normalisées, contre lui-même ou contre toute autre surface spécifiée.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 15113
Second edition
2005-10-15
Rubber — Determination of frictional
properties
Caoutchouc — Détermination des propriétés frictionnelles
Reference number
©
ISO 2005
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Contents Page
Foreword. iv
Introduction . v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions. 1
4 Principle. 2
5 Apparatus . 3
6 Test surfaces. 3
7 Preparation . 4
8 Conditioning. 6
9 Test parameters . 6
10 Cleaning or renewal of the test track. 7
11 Procedure A (initial friction measurements). 7
12 Procedure B (service behaviour) . 8
13 Procedure C (tests with added lubricants or contaminants) . 8
14 Stick-slip . 9
15 Presentation of results. 9
16 Test report . 12
Annex A (informative) Design principles . 13
Annex B (informative) Ball-on-flat geometry . 15
Annex C (informative) Static friction and “stiction” . 16
Annex D (informative) Other parameters . 17
Bibliography . 20
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 15113 was prepared by Technical Committee ISO/TC 45, Rubber and rubber products, Subcommittee
SC 2, Testing and analysis.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 15113:1999), of which it constitutes a minor
revision, the main purpose of which was to update the normative references clause. It also incorporates
Technical Corrigendum ISO 15113:1999/Cor. 1:2001.
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Introduction
Various geometrical arrangements can be used when measuring friction, but each is likely to give a different
value for µ, the coefficient of friction. Each may be appropriate in particular circumstances, but it is desirable
that some standard method utilizing specified test conditions be employed when comparisons between
materials are undertaken.
Rubber samples are most readily available in sheet form, and for many practical applications measurement
between two planar surfaces most nearly approaches service behaviour. Consequently, this is the most widely
used geometry. For this geometry, the apparatus used needs careful design in order to ensure reproducible
contact between the surfaces, and this is discussed in Annex A.
Where rubber moulding facilities are available, some workers prefer to use a hemispherical rubber slider and
a planar test track. This gives a more definable contact area and minimizes the errors involved if the friction
plane does not contain both the line of action of the load cell and that of the towing force. However, when this
geometry is used, the frictional force is not proportional to the normal load (see Annex B), and the contact
area is estimated from a knowledge of the modulus of the rubber. Hence care should be taken when quoting
values for coefficients of friction. The big disadvantage of the method is that special test pieces need to be
moulded from unvulcanized rubber, and rubber products cannot be accommodated. Finally, since some
degree of wear is inseparable from friction, extended testing will produce a “flat” on the hemispherical test
piece. Frequent inspection of the test surface is recommended, therefore, to ensure that the initial contact
geometry is maintained.
The alternative “ball-on-flat” geometry where a hard ball slides on a flat rubber surface is not an exact
equivalent. The ploughing action of the ball through the rubber results in an energy loss by hysteresis which
gives a higher measured coefficient of friction. However, in some circumstances this may be an appropriate
test procedure.
Although there may be some uncertainty in the contact area using plane-on-plane geometry, this International
Standard is based on this geometry because of its wide practical applicability. However, it is emphasized that
it is necessary to have a well designed apparatus with the line of action of the load cell included in the plane of
contact of the test pieces (see Annex A). The method can be adapted to cover other contact geometries to
suit particular products, including the ball-on-flat geometry set out in Annex B.
This International Standard is based on linear motion, and guidance on the experimental arrangement is given
in Annex A. Because friction generates heat, it is usual to restrict testing to velocities typically below
1 000 mm/min in order to avoid a large temperature rise at the interface. If service conditions involve high
speeds, then an entirely different method based on rotary motion is more appropriate as discussed in
Annex A. The method of test set out here enables kinetic friction to be measured at a number of fixed
velocities. It can be arranged that the lowest velocity is such that movement is barely discernible, and this
gives an approximation to frictional behaviour close to zero velocity (static friction). This may be different from
the starting friction, which may involve some element of adhesion (stiction) as discussed in Annex C. This
method is suitable for measuring the initial friction only if the machine has a constant-rate-of-load facility and a
sufficiently compliant load cell. A discussion on static friction and the correct approach to its measurement is
given in Annex C.
Rubber friction is complex, and the coefficient of friction is dependent on the contact geometry, normal load,
velocity and temperature, as well as the composition of the rubber. A discussion of the influence of these
parameters and some other factors which affect measurement is presented in Annex D.
INTERNATIONAL STANDARD ISO 15113:2005(E)
Rubber — Determination of frictional properties
1 Scope
This International Standard outlines the principles governing the measurement of coefficient of friction and
describes a method suitable for measuring the coefficient of friction of a rubber against standard comparators,
against itself, or against any other specified surface.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 5893:2002, Rubber and plastics test equipment — Tensile, flexural and compression types (constant rate
of traverse) — Specification
ISO 23529, Rubber — General procedures for preparing and conditioning test pieces for physical test
methods
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
coefficient of friction
ratio of the frictional force opposing motion between two surfaces to the normal force between the surfaces
under specified test conditions
NOTE Coefficient of friction is dimensionless and its value is not restricted to numbers less than unity.
3.2
area of contact
whole of the apparent area made between the two test surfaces (test track and test piece)
NOTE The real area of contact (see 3.3) may well be less than this.
3.3
real area of contact
sum total of the minute contact areas at which the two test surfaces touch
3.4
velocity of test
velocity with which one surface is driven relative to the other
NOTE If stick-slip (see 3.5) occurs, this will then be the mean velocity with which one surface moves relative to the
other.
3.5
stick-slip
condition in which the actual velocity between the surfaces oscillates between two extremes about the test
velocity, resulting in corresponding oscillations in the measured frictional force
3.6
test track
surface against which the rubber is to be tested
NOTE The test track may be made of the same material as the rubber under test or it may be different.
3.7
temperature of test
temperature of the test apparatus and its environment
NOTE Since friction generates heat, this may differ from the actual temperature of one or both of the test surfaces.
3.8
lubricant
substance introduced between two surfaces to lower the coefficient of friction
NOTE A lubricant is usually a liquid, but in some circumstances solid powders are used, e.g. talc. Usually, lubricants
are introduced deliberately.
3.9
contaminant
any substance present on either test surface not of the same composition as that surface
NOTE A contaminant may act as a lubricant. Usually, in service, contaminants are introduced inadvertently.
3.10
stiction
force needed to move one surface over another when the external normal load is reduced to zero
NOTE This is an apparent frictional force, but no coefficient of friction can be calculated since the normal force is
zero. See Annex C.
3.11
static friction
frictional force needed to start motion (i.e. the frictional force at zero velocity)
NOTE Where there is an external normal load, a coefficient of static friction can be calculated. Static friction often
involves some element of stiction. See Annex C.
4 Principle
Two test surfaces are brought together under the action of a measured normal load. A mechanism slides one
of the surfaces over the other at a measured velocity, and the force opposing motion is monitored and
recorded. The ratio of this frictional force to the normal load at any instant is the coefficient of friction at that
time. Since the test itself will alter the surfaces and may change the temperature at the interface, the
measured coefficient of friction may change as the test proceeds.
In an ideal apparatus, the line of action of the force-measuring equipment will lie in the plane of the two
contacting surfaces. This may be either a horizontal or a vertical plane.
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5 Apparatus
5.1 Device, with provision for attaching two friction surfaces and capable of providing linear motion
between the surfaces for a distance of typically 100 mm at a number of fixed velocities, typically between
0,5 mm/min and 1 000 mm/min. This may be a dedicated device or, alternatively, a tensile-testing machine
may be adapted for the purpose.
5.2 Means of providing several measured normal loads between the surfaces within the range 1 N to
200 N. When the test track is horizontal, suitable weights may be used directly to provide the normal load, but
on a machine with a vertical test track it will be necessary to use a bell crank lever system to convert the
vertical gravitational force into a horizontal normal force.
5.3 Series of load cells or, alternatively, a load cell with multiple ranging, conforming to at least class 1
as defined in ISO 5893:2002, fitted with a means of recording the output and fastened to one of the friction
surfaces, with ranging or other means of indicating the frictional force to an accuracy of ± 1% throughout the
range of measurement.
NOTE Corresponding to the range of normal loads stated in 5.2, the measured frictional forces are likely to be within
the range 0,1 N to 1 kN.
5.4 Environmental cabinet (if the effects of temperature are to be studied), to contain the apparatus and
the two surfaces under test (but not the load cell), with a means of measuring and recording the temperature
to an accuracy of ± 0,5 °C. The environmental chamber shall not make physical contact with any moving
parts.
NOTE 1 The exclusion of a condensation-forming atmosphere from the test environment is extremely difficult, and the
formation of ice crystals or particles or films on the test surfaces can only be assessed visually.
NOTE 2 To avoid the formation of ice when testing at temperatures at or below 0 °C, a very dry atmosphere (e.g. 5 %
to 10 % r.h.) is needed.
5.5 Means of avoiding stick-slip, as the whole apparatus (including the load cell) needs to be as stiff as
possible. All connections shall be made with rods and not with wire. Where an apparatus is designed to be
attached to a tensile-testing machine, then a machine with a high degree of stiffness shall be chosen. In
practice, this means a tensile-testing machine with a load capacity some 20 times greater than the maximum
frictional force being measured.
5.6 Means of separating the surfaces under test, for use when the apparatus is reset to its initial position
after each measurement. This is necessary because friction is very dependent on the history of the surfaces.
NOTE Separation of the surfaces may be carried out manually or automatically.
6 Test surfaces
6.1 General
For each test, two prepared surfaces shall be used, one manufactured from the rubber under test and the
other (the test track) made either from this same rubber or, alternatively, from a specified material.
6.2 Test track
The test track shall be approximately planar but may have a patterned surface.
The material used to form the test track shall be larger in both linear dimensions than the test pieces (see 6.3).
The longer dimension shall be sufficient to allow a linear travel of at least 50 mm.
The test track may be any surface agreed between the interested parties, but where comparisons have to be
made it may be more appropriate to select one of the following:
a) The rubber under test with the surface moulded, split or buffed.
b) Float glass with the surface either polished or ground.
c) A specified stainless steel with the surface either polished or ground.
d) Cast iron with the surface ground to a specified finish.
e) Resin-bonded paper of specified grit size.
NOTE The measured coefficient of friction will depend not only on the material chosen but also on the surface finish
of the test track (see Clause D.1).
6.3 Test pieces
Either moulded test pieces or test pieces cut from products may be used. Three test pieces shall be tested.
When planar test pieces are used, they shall be of smaller dimensions than the test track selected (see 6.2),
so that it is possible to obtain linear motion between the two surfaces for at least 6 s, while maintaining contact
(apparent contact) over the whole of the rubber surface throughout the test.
Test pieces shall normally be of a thickness between 1 mm and 8 mm. When the test surface is thinner than
this, it shall be mounted on a support of adequate thickness using adhesive.
NOTE 1 In some circumstances, the contact area may be affected by the modulus of the underlying support, and it is
then advisable to match as closely as possible the modulus of the test surface to that of the support.
The test piece shall not be stretched during mounting.
Any adhesive used shall not unduly swell or otherwise adversely affect the test piece.
Round off the leading edge of all planar test pieces to avoid buckling or digging in of this front edge.
NOTE 2 To reduce the possibility of stick-slip, it is advisable to keep the thickness of low-modulus test pieces below
4 mm.
When a test piece is made from a product, it may not be possible to cut a planar piece of adequate size. A
suitable test piece may than be fabricated by mounting a number of small pieces cut from the product (for
example, lengths of a windscreen-wiper blade may be mounted so that the wiping surfaces define a plane).
Three small pieces, mounted at the corners of a triangle, will always define a plane. A greater number than
this will need more careful mounting or perhaps additional preparation by buffing or abrasion. Alternatively, it
may be better to use a different test geometry as discussed in Annex A.
7 Preparation
7.1 General
Materials may be tested as received, but where comparisons are to be made it is advisable to bring the
surfaces to some standard condition. Texture is important since, in general, rough surfaces have a lower
coefficient of friction than smooth surfaces when dry and a higher coefficient of friction than smooth surfaces
when wet. Thus different coefficients of friction will be observed depending on the method of preparation used.
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7.2 Surface texture
A test track made of float glass or mirror-finished metal shall be cleaned without other treatment (see 7.3).
Other surfaces that need to be abraded shall be machine-ground, buffed or abraded by hand against resin-
bonded paper of specified grit size.
Generally, test pieces prepared by splitting on a leather-splitting machine will need no further preparation
other than cleaning.
7.3 Surface cleaning
Where contamination occurs in service and forms part of the agreed test conditions (see Clause 13), then it
may be left, but where contamination is the result of the preparative procedure it shall, as far as possible, be
removed.
It has to be recognized that complete removal of contaminants is not always possible, and sometimes the
coefficient of friction is permanently altered by the residual contamination. For example, complete removal of
silicone oil is rarely possible. For this reason, preparative techniques shall be chosen with great care. Where
lubricants are needed for any abrasive, these should preferably be water-based rather than oil-based.
Similarly, when mounting test pieces with adhesive great care shall be taken to keep the test surface free from
adhesive. Care shall be taken not to contaminate the test surface with finger grease.
Where contamination has occurred, proceed as follows:
Blow all loose debris from the surface using a jet of clean, dry air or similar gas.
NOTE 1 A compressed-air line is not suitable as the air is usually wet and contaminated with oil.
Alternatively, brush debris away using a clean, dry, soft brush.
When the contaminants, such as grease, cling to the surface, select a suitable solvent from the following list:
a) distilled water plus a small amount of detergent;
b) distilled water only;
c) tap water;
d) ethyl alcohol;
e) isopropanol;
f) acetone;
g) butanone;
h) perchloroethylene;
i) toluene.
The chosen solvent shall not dissolve or unduly swell the surface being cleaned.
NOTE 2 Health and safety regulations apply to the use of some of these solvents.
In general, high-purity solvents are needed since it is only too easy to spread further contamination by using
impure solvents. Similarly, any cloth or paper used for cleaning shall not be allowed to contact the neck of the
storage vessel in order to avoid contaminating the solvent in the vessel.
Wet, with a little of the solvent, a piece of lintless cloth or tissue (which shall be unaffected by the solvent) and
wipe the test surface in one direction only. Discard the cloth or tissue. Repeat this procedure twice more using
a fresh tissue and fresh solvent.
When distilled water plus detergent has been used, remove the detergent by wiping the surface three times
more with distilled water only.
In locations where the tap water is known to be very pure, rinsing under the tap may alternatively be used.
NOTE 3 Where contaminants are water-soluble, this is undoubtedly the most efficient cleaning procedure.
Drain off any excess solvent by holding the surface in a vertical plane, and allow the surface to dry in the air.
Handle the test pieces by the edges only, wearing gloves to avoid contamination with finger grease. Do not
place the prepared surface in contact with any surface other than that against which it is to be tested.
Condition the test pieces in accordance with the procedure given in Clause 8.
8 Conditioning
8.1 Time lapse between vulcanization and testing
For all test purposes, the minimum time between vulcanization and testing shall be 16 h. For non-product
tests, the maximum time between vulcanization and testing shall be 28 days and, for evaluations intended to
be comparable, the tests shall, as far as possible, be carried out after the same time interval. For product
tests, whenever possible, the time between vulcanization and testing shall not exceed 90 days. In other cases,
tests shall be made within 60 days of the date of receipt of the product by the customer.
8.2 Protection of samples and test pieces
Samples and test pieces shall be protected as completely as possible from all external influences likely to
cause damage or contamination during the interval between vulcanization and testing, e.g. light, heat, dust.
[1]
NOTE Additional guidance is given in ISO 2230 .
8.3 Conditioning of test pieces
Condition prepared test pieces for a minimum of 3 h at standard laboratory temperature.
If preparation includes buffing, the time interval between buffing and testing shall be not less than 16 h and not
more than 72 h.
For tests at temperatures other than standard laboratory temperature, condition the test pieces at the
temperature at which the test is to be conducted for a period sufficient to enable test pieces to attain
substantial equilibrium in accordance with ISO 23529.
9 Test parameters
9.1 General
For guidance on the effect of test conditions on frictional behaviour, see Annex D.
6 © ISO 2005 – All rights reserved
9.2 Temperature of test
The test shall be carried out at standard laboratory temperature or at any other temperature(s), selected from
those listed in ISO 23529, agreed between the interested p
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 15113
Deuxième édition
2005-10-15
Version corrigée
2006-12-01
Caoutchouc — Détermination des
propriétés frictionnelles
Rubber — Determination of frictional properties
Numéro de référence
©
ISO 2005
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Publié en Suisse
ii © ISO 2005 – Tous droits réservés
Sommaire Page
Avant-propos. iv
Introduction . v
1 Domaine d'application. 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions. 1
4 Principe. 2
5 Appareillage . 3
6 Surfaces d'essai. 3
7 Préparation . 4
8 Conditionnement . 6
9 Paramètres d'essai . 7
10 Nettoyage ou rénovation de la piste d'essai. 7
11 Mode opératoire A (mesurages de la friction initiale). 7
12 Mode opératoire B (comportement en service) . 8
13 Mode opératoire C (essais avec lubrifiants ou contaminants ajoutés). 8
14 Saccade . 9
15 Présentation des résultats. 9
16 Rapport d'essai . 12
Annexe A (informative) Principes de conception . 14
Annexe B (informative) Géométrie bille sur plat . 16
Annexe C (informative) Friction statique et «stiction». 17
Annexe D (informative) Autres paramètres . 18
Bibliographie . 21
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 15113 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 45, Élastomères et produits à base d'élastomères,
sous-comité SC 2, Essais et analyses.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 15113:1999), qui a fait l'objet d'une
révision mineure dont le but principal a été de mettre à jour l'article relatif aux références normatives. Elle
incorpore également le Rectificatif technique ISO 15113:1999/Cor.1:2001.
La présente version corrigée de l'ISO 15113:2005 inclut de nombreuses corrections relatives à la terminologie,
par conséquent elles ne sont pas mentionnées en détail mais toutes les pages ont subi une modification.
iv © ISO 2005 – Tous droits réservés
Introduction
Différentes configurations géométriques peuvent être utilisées lors du mesurage de la friction, mais chacune
d'elles est susceptible de donner une valeur différente pour µ, le coefficient de friction. Chaque configuration
peut être appropriée dans des circonstances particulières, mais il est préférable d'avoir recours à certaines
méthodes normalisées utilisant des conditions d'essai spécifiées lors de la comparaison des matériaux.
Les échantillons de caoutchouc sont plus aisément disponibles sous forme de feuille et, pour la plupart des
applications pratiques, le mesurage entre deux surfaces planes se rapproche le plus du comportement en
service. Par conséquent, il s'agit de la géométrie la plus couramment utilisée. Pour cette géométrie, la
conception de l'appareillage utilisé doit être soignée afin de garantir le contact reproductible entre les surfaces,
ce qui fait l'objet de l'Annexe A.
Si des moyens de moulage du caoutchouc sont disponibles, certains opérateurs préfèrent utiliser un
coulisseau en caoutchouc hémisphérique et une piste d'essai plane. Cela permet de mieux définir la surface
de contact et de limiter les erreurs si le plan de friction ne contient pas la ligne d'action de la cellule de charge
et celle de la force de glissement. Toutefois, si cette géométrie est utilisée, la force de frottement n'est pas
proportionnelle à la charge normale (voir Annexe B) et la surface de contact est estimée par connaissance du
module de caoutchouc. Il convient donc de faire attention lors du relevé des valeurs correspondant aux
coefficients de friction. Le principal inconvénient de la méthode est que des éprouvettes particulières doivent
être moulées à partir de caoutchouc non vulcanisé, et que les produits finis ne s'adaptent pas à cette méthode.
Enfin, étant donné qu'un certain degré d'usure est indissociable de la friction, des essais étendus vont
produire un «plat» sur l'éprouvette hémisphérique. Par conséquent, il est recommandé d'inspecter
fréquemment la surface d'essai afin de s'assurer que la géométrie de contact initiale est maintenue.
La géométrie «bille sur plat» alternative dans laquelle une bille glisse sur une surface en caoutchouc plane
n'est pas parfaitement équivalente. La bille déforme le caoutchouc ce qui est à l'origine d'une perte d'énergie
par hystérésis donnant un coefficient de friction mesuré plus élevé. Toutefois, dans certaines circonstances, il
peut s'agir d'un mode opératoire d'essai approprié.
Malgré les incertitudes liées à la surface de contact dans le cadre de la géométrie plan sur plan, la présente
Norme internationale repose sur ladite géométrie compte tenu de sa grande applicabilité pratique. Toutefois, il
convient de souligner qu'il est nécessaire d'avoir un appareillage bien conçu à disposition avec la ligne
d'action de la cellule de charge incluse dans le plan de contact des éprouvettes (voir Annexe A). La méthode
peut être adaptée pour couvrir d'autres géométries de contact afin de s'adapter à des produits particuliers,
notamment la géométrie bille sur plat définie dans l'Annexe B.
La présente Norme internationale repose sur un mouvement linéaire, et des directives relatives à
l'agencement expérimental sont proposées dans l'Annexe A. Étant donné que la friction génère de la chaleur,
les essais sont en général limités à des vitesses inférieures à 1 000 mm/min afin d'éviter toute augmentation
de la température au niveau de l'interface. Si les conditions de service impliquent des vitesses élevées, une
méthode radicalement différente reposant sur un mouvement de rotation est plus appropriée, comme
l'explique l'Annexe A. La méthode d'essai définie ici permet de mesurer une friction cinétique à certaines
vitesses fixées. Il peut être convenu que la vitesse la plus basse soit telle que le mouvement soit à peine
perceptible, ce qui donne un comportement frictionnel proche d'une vitesse nulle (friction statique). Celui-ci
peut être différent de la friction de départ, qui peut impliquer une composante d'adhérence (frottement au
démarrage) tel que le présente l'Annexe C. Cette méthode est adaptée au mesurage de la friction initiale
uniquement si la machine est dotée d'un dispositif assurant une vitesse de mise en charge constante et d'une
cellule de charge de complaisance suffisante. L'Annexe C porte sur la friction statique et l'approche adaptée à
son mesurage.
La friction du caoutchouc est complexe, et le coefficient de friction dépend de la géométrie de contact, de la
charge normale, de la vitesse et de la température, mais aussi de la composition du caoutchouc. L'Annexe D
porte sur l'influence de ces paramètres et sur certains facteurs qui affectent le mesurage.
NORME INTERNATIONALE ISO 15113:2005(F)
Caoutchouc — Détermination des propriétés frictionnelles
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale établit les principes régissant le mesurage du coefficient de friction et
présente une méthode permettant de mesurer le coefficient de friction d'un caoutchouc contre des surfaces
normalisées, contre lui-même ou contre toute autre surface spécifiée.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 5893:2002, Appareils d'essai du caoutchouc et des plastiques — Types pour traction, flexion et
compression (vitesse de translation constante) — Spécifications
ISO 23529, Caoutchouc — Procédures générales pour la préparation et le conditionnement des éprouvettes
pour les méthodes d'essais physiques
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
3.1
coefficient de friction
rapport de la force frictionnelle s'opposant au mouvement entre deux surfaces à la force normale entre les
surfaces dans les conditions d'essai spécifiées
NOTE Le coefficient de friction n'a pas de dimension et sa valeur n'est pas limitée aux nombres inférieurs à l'unité.
3.2
surface de contact
totalité de la surface apparente délimitée par les deux surfaces d'essai (piste d'essai et éprouvette)
NOTE La surface de contact réelle (voir 3.3) peut être inférieure à la surface de contact.
3.3
surface de contact réelle
somme totale des surfaces de contact au niveau desquelles les deux surfaces d'essai se touchent
3.4
vitesse d'essai
vitesse à laquelle une surface est entraînée par rapport à l'autre
NOTE Si des saccades (voir 3.5) se produisent, il s'agit alors de la vitesse moyenne à laquelle une surface se
déplace par rapport à l'autre.
3.5
saccade
condition dans laquelle la vitesse réelle entre les surfaces oscille entre deux extrêmes de part et d'autre de la
vitesse d'essai, induisant des oscillations correspondantes de la force frictionnelle mesurée
3.6
piste d'essai
surface contre laquelle le caoutchouc doit être soumis à essai
NOTE La piste d'essai peut être composée du même matériau que le caoutchouc soumis à essai ou d’un matériau
différent.
3.7
température de l'essai
température de l'appareillage d'essai et de son environnement
NOTE Étant donné que la friction génère de la chaleur, la température de l'essai peut être différente de la
température réelle de l'une ou des deux surfaces d'essai.
3.8
lubrifiant
substance introduite entre les deux surfaces afin de diminuer le coefficient de friction
NOTE Un lubrifiant est en général un liquide mais, dans certains cas, il peut s'agir de poudres solides, par exemple
du talc. D'une manière générale, les lubrifiants sont introduits délibérément.
3.9
contaminant
toute substance présente sur la surface d'essai et dont la composition est différente de ladite surface
NOTE Un contaminant peut agir comme un lubrifiant. D'une manière générale, en service, les contaminants sont
introduits par inadvertance.
3.10
stiction
force nécessaire au déplacement d'une surface sur une autre lorsque la charge normale externe est nulle
NOTE Il s'agit d'une force frictionnelle apparente, mais aucun coefficient de friction ne peut être calculé étant donné
que la force normale est nulle. Voir Annexe C.
3.11
friction statique
force frictionnelle nécessaire à la mise en mouvement (c'est-à-dire la force frictionnelle à vitesse nulle)
NOTE Lorsqu'il existe une charge normale externe, il est possible de calculer un coefficient de friction statique. La
friction statique implique souvent une composante de stiction. Voir Annexe C.
4 Principe
Deux surfaces d'essai sont mises en contact sous l'action d'une charge normale mesurée. Un mécanisme fait
glisser l'une des surfaces sur l'autre selon une vitesse mesurée, et la force s'opposant au mouvement est
contrôlée et enregistrée. Le rapport entre cette force frictionnelle et la charge normale à un instant donné est
le coefficient de friction à cet instant. Étant donné que l'essai lui-même va altérer les surfaces et peut modifier
la température au niveau de l'interface, le coefficient de friction mesuré peut changer au fur et à mesure du
déroulement des essais.
Dans un appareillage idéal, la ligne d'action du dispositif de mesure de la force va se situer dans le plan des
deux surfaces en contact. Ce plan peut être horizontal ou vertical.
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5 Appareillage
5.1 Dispositif, prévu pour associer deux surfaces de friction et capable d'assurer un mouvement linéaire
entre les surfaces sur une distance de 100 mm à des vitesses fixes, comprises en général entre 0,5 mm/min
et 1 000 mm/min. Il peut s'agir d'un dispositif spécialement conçu. Une machine de traction peut également
être adaptée pour la circonstance.
5.2 Des moyens d'appliquer plusieurs charges normales différentes sur la surface de contact dans
une gamme comprise entre 1 N et 200 N. Si la piste d'essai est horizontale, des poids adaptés peuvent être
utilisés directement pour fournir la charge normale. Mais, sur une machine dont la piste d'essai est verticale, il
est nécessaire d'utiliser un levier coudé pour convertir la force de gravitation verticale en force normale
horizontale.
5.3 Une série de cellules de charge ou, à défaut, une cellule de charge à plusieurs sélections de
gamme, au moins conforme à la classe 1 telle que définie dans l'ISO 5893:2002, dotée d'un dispositif
d'enregistrement des résultats et fixée à l'une des surfaces de friction, pouvant donner la force frictionnelle à
± 1 % sur toute l'étendue du mesurage.
NOTE Étant donnée la gamme des charges normales établies en 5.2, les forces frictionnelles mesurées sont
susceptibles d'être comprises entre 0,1 N et 1 kN.
5.4 Une chambre climatique (si les effets de la température sont étudiés), contenant l'appareillage et les
deux surfaces soumises à essai (mais pas la cellule de charge), équipée d'un dispositif permettant de
mesurer et d'enregistrer la température à ± 0,5 °C près. La chambre climatique ne doit avoir aucun contact
physique avec les parties mobiles.
NOTE 1 Il est extrêmement difficile d'éviter toute condensation dans l'environnement d'essai, et la formation de
cristaux de glace, de particules ou de films sur la surface d'essai ne peut qu’être évaluée visuellement.
NOTE 2 Pour éviter la formation de glace lors des essais à des températures inférieures ou égales à 0 °C, une
atmosphère très sèche est nécessaire (par exemple entre 5 % et 10 % d'humidité relative).
5.5 Des moyens d'éviter les saccades, étant donné que l'ensemble de l'appareillage (y compris la cellule
de charge) doit être aussi rigide que possible. Toutes les connexions doivent être assurées à l'aide de tiges et
non à l'aide de câbles. Si l'appareillage est conçu pour être associé à une machine de traction, une machine à
haut degré de rigidité doit être choisie. Dans la pratique, il doit s'agir d'une machine de traction ayant une
capacité de charge 20 fois supérieure à la force frictionnelle maximale mesurée.
5.6 Des moyens de séparer les surfaces soumises à essai, à utiliser lorsque l'appareillage est
réinitialisé après chaque mesurage. Cela est nécessaire car la friction dépend beaucoup du vécu des
surfaces.
NOTE La séparation des surfaces peut être réalisée manuellement ou automatiquement.
6 Surfaces d'essai
6.1 Généralités
Pour chaque essai, deux surfaces préparées doivent être utilisées, l'une fabriquée à partir du caoutchouc
soumis à essai et l'autre (la piste d'essai) composée de ce même caoutchouc ou, comme alternative, d'un
matériau spécifié.
6.2 Piste d'essai
La piste d'essai doit être pratiquement plane mais sa surface peut être imprimée.
Le matériau utilisé pour former la piste d'essai doit être plus large dans les deux dimensions linéaires que les
éprouvettes (voir 6.3). La longueur doit être suffisante pour permettre un déplacement linéaire d'au moins
50 mm.
La piste d'essai peut être n'importe quelle surface convenue entre les parties intéressées mais, lorsqu'il faut
procéder à une comparaison, il peut être plus approprié d’en sélectionner une des suivantes:
a) le caoutchouc soumis à essai dont la surface est moulée, refendue ou poncée;
b) verre flotté dont la surface est polie ou rectifiée;
c) un acier inoxydable spécifié dont la surface est polie ou meulée;
d) fonte dont la surface est meulée selon un fini spécifié;
e) papier abrasif lié à la résine avec grosseur de grain spécifiée.
NOTE Le coefficient de friction mesuré dépend non seulement du matériau choisi mais également du fini de surface
de la piste d'essai (voir Article D.1).
6.3 Éprouvettes
Des éprouvettes moulées ou prélevées sur des produits peuvent être utilisées. Trois éprouvettes doivent être
soumises à essai.
Si des éprouvettes planes sont utilisées, leur dimension doit être inférieure à celle de la piste d'essai
sélectionnée (voir 6.2), de sorte qu'il soit possible d'obtenir un mouvement linéaire entre les deux surfaces
pendant au moins 6 s tout en maintenant le contact (apparent) sur l'ensemble de la surface du caoutchouc
tout au long de l'essai.
L'épaisseur des éprouvettes doit en principe être comprise entre 1 mm et 8 mm. Si la surface d'essai est plus
mince, elle doit être montée sur un support d'épaisseur adéquate à l'aide d'un ruban adhésif.
NOTE 1 Dans certains cas, la surface de contact peut être affectée par le module du support sous-jacent. Il est alors
recommandé de faire correspondre autant que possible le module de la surface d'essai avec celui du support.
L'éprouvette ne doit pas être déformée lors du montage.
Tout adhésif utilisé ne doit pas provoquer le gonflement de l'éprouvette ou affecter celle-ci de toute autre
manière.
Arrondir le bord d'attaque de toutes les éprouvettes planes afin d'éviter le gondolage ou le creusage de ce
rebord antérieur.
NOTE 2 Pour réduire les possibilités de saccade, il est recommandé que l'épaisseur des éprouvettes de faible module
soit inférieure à 4 mm.
Si une éprouvette est préparée à partir d'un produit fini, il peut ne pas être possible de prélever une pièce
plane de taille adéquate. Une éprouvette adaptée peut alors être fabriquée en montant un certain nombre de
petits morceaux prélevés dans le produit (par exemple les longueurs d'un balai d'essuie-glace peuvent être
montées de telle sorte que les surfaces d'essuyage définissent un plan). Trois petits morceaux, montés aux
coins d'un triangle, définissent toujours un plan. Si un plus grand nombre de morceaux est utilisé, leur
montage nécessitera une plus grande attention ou probablement une préparation supplémentaire par
ponçage ou abrasion. Par ailleurs, il peut être judicieux d'utiliser une géométrie d'essai différente telle que
présentée dans l'Annexe A.
7 Préparation
7.1 Généralités
Les matériaux peuvent être soumis à essai dans leur état de réception mais, s'il faut procéder à des
comparaisons, il est recommandé de faire en sorte que les surfaces se trouvent dans les conditions
normalisées. L'état de surface est important étant donné que, en général, les surfaces rugueuses ont un
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coefficient de frottement plus faible que les surfaces lisses quand elles sont sèches et plus élevé que les
surfaces lisses lorsqu'elles sont humides. Par conséquent, différentes valeurs du coefficient de friction seront
observées en fonction de la méthode de préparation utilisée.
7.2 État de surface
Une piste d'essai en verre flotté ou en métal poli miroir doit être nettoyée sans autre traitement (voir 7.3). Les
autres surfaces à abraser doivent être meulées à la machine, poncées ou abrasées à la main avec du papier
abrasif lié à la résine avec une grosseur de grain spécifiée.
D'une manière générale, les éprouvettes préparées par refendage sur une machine à refendre n'ont besoin
d'aucune préparation supplémentaire autre que le nettoyage.
7.3 Nettoyage de la surface
Si une contamination se produit en service et fait partie des conditions d'essai ayant fait l'objet d'un accord
(voir Article 13), elle peut être laissée. Mais, si elle résulte de la procédure de préparation, elle doit, dans la
mesure du possible, être retirée.
Il faut reconnaître que le retrait complet des contaminants n'est pas toujours possible et que, parfois, le
coefficient de friction est en permanence modifié par la contamination résiduelle. Par exemple le retrait
complet de l'huile de silicone est rarement possible. C'est la raison pour laquelle les techniques de
préparation doivent être choisies avec beaucoup d'attention. Si des lubrifiants sont nécessaires pour les
abrasifs, il est préférable de les choisir à base d'eau plutôt qu'à base d'huile. De même, lors du montage des
éprouvettes avec un adhésif, il convient de faire en sorte que la surface d'essai ne soit pas contaminée par
l'adhésif. Il convient de faire en sorte de ne pas contaminer la surface d'essai avec des traces de doigt.
Si la contamination s'est produite, procéder comme suit:
Chasser tous les débris à l'aide d'un jet d'air propre et sec ou d'un gaz similaire.
NOTE 1 L'air comprimé des réseaux n'est pas convenable étant donné qu'il est en général contaminé par de l'huile.
Par ailleurs, brosser les débris à l'aide d'une brosse propre, sèche et douce.
Si les contaminants (par exemple la graisse) adhèrent à la surface, sélectionner un solvant adapté dans la
liste ci-dessous:
a) eau distillée additionnée d'une petite quantité de détergent;
b) eau distillée uniquement;
c) eau du robinet;
d) éthanol;
e) isopropanol;
f) acétone;
g) butanone;
h) tétrachloroéthylène;
i) toluène.
Le solvant sélectionné ne doit ni dissoudre ni trop gonfler la surface nettoyée.
NOTE 2 Les règles sanitaires et de sécurité s'appliquent à l'utilisation de certains de ces solvants.
En général, des solvants de grande pureté sont nécessaires étant donné qu'il est extrêmement aisé de
répandre une contamination additionnelle par des solvants impurs. De même, les chiffons ou papiers utilisés
pour le nettoyage ne doivent pas entrer en contact avec le col du récipient de stockage afin d'éviter la
contamination du solvant du récipient.
Mouiller un morceau de chiffon ou de tissu non pelucheux (qui doit résister au solvant) avec un peu de solvant
puis essuyer la surface d'essai dans un seul sens. Mettre le chiffon ou le tissu au rebut. Répéter deux fois ce
mode opératoire à l'aide d'un nouveau chiffon imprégné de solvant.
Une fois utilisés l'eau distillée et le détergent, enlever le détergent en essuyant trois fois la surface avec de
l'eau distillée uniquement.
Dans les endroits où l'eau du robinet est réputée très pure, un rinçage au robinet peut être envisagé.
NOTE 3 Si les contaminants sont hydrosolubles, il s'agit sans aucun doute du mode opératoire de nettoyage le plus
efficace.
Égoutter les excès de solvant en maintenant la surface en position verticale et la faire sécher à l'air libre.
Tenir les éprouvettes par les bords uniquement, en portant des gants afin d'éviter de les contaminer par des
traces de doigts. Ne pas placer la surface préparée en contact avec une surface autre que celle par rapport à
laquelle elle doit être soumise à essai.
Conditionner les éprouvettes conformément au mode opératoire donné dans l'Article 8.
8 Conditionnement
8.1 Intervalle de temps entre la vulcanisation et l'essai
Pour les besoins de tous les essais, le délai minimal entre la vulcanisation et l'essai doit être de 16 h. Pour les
essais ne portant pas sur les produits, le délai maximal entre la vulcanisation et l'essai doit être de 28 jours et,
pour les évaluations censées être comparables, les essais doivent, dans la mesure du possible, être réalisés
après le même intervalle de temps. Pour les essais sur produit fini, le délai entre la vulcanisation et l'essai ne
doit si possible pas dépasser 90 jours. Dans les autres cas, les essais doivent être réalisés dans les 60 jours
à compter de la date de réception du produit par le client.
8.2 Protection des échantillons et des éprouvettes
Les échantillons et les éprouvettes doivent être protégés de façon aussi complète que possible de toutes les
influences externes susceptibles de les endommager ou de les contaminer au cours de l'intervalle entre la
vulcanisation et l'essai (par exemple la lumière, la chaleur ou la poussière).
NOTE Des directives supplémentaires sont données dans l'ISO 2230.
8.3 Conditionnement des éprouvettes
Conditionner les éprouvettes préparées pendant au moins 3 h à 23 °C ± 2 °C.
Si un ponçage est prévu dans la préparation, l'intervalle de temps entre le ponçage et l'essai doit être au
moins de 16 h et au plus de 72 h.
Pour les essais à des températures autres que 23 °C ± 2 °C, conditionner les éprouvettes à la température à
laquelle l'essai doit être mené pendant une période suffisante afin de permettre aux éprouvettes d'atteindre un
équilibre substantiel conformément à l'ISO 23529.
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9 Paramètres d'essai
9.1 Généralités
Pour obtenir des informations relatives aux effets des conditions d'essai sur le comportement frictionnel, voir
Annexe D.
9.2 Température de l'essai
L'essai doit être réalisé à une température de 23 °C ± 2 °C ou à toute(s) autre(s) température(s),
sélectionnée(s) parmi celles répertoriées da
...
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