SIST ISO 7148-2:2002
(Main)Plain bearings -- Testing of the tribological behaviour of bearing materials -- Part 2: Testing of polymer-based bearing materials
Plain bearings -- Testing of the tribological behaviour of bearing materials -- Part 2: Testing of polymer-based bearing materials
Paliers lisses -- Essai du comportement tribologique des matériaux antifriction -- Partie 2: Essai des matériaux pour paliers à base de polymère
La présente partie de l'ISO 7148 spécifie les essais tribologiques des matériaux antifriction pour palier à base de polymère dans des conditions de fonctionnement spécifiées, quant à la charge, la vitesse de glissement et la température, avec ou sans lubrification. À partir des résultats des essais, des données sont obtenues qui indiquent le comportement tribologique relatif des pièces de frottement entre métal-polymère et polymère-polymère.La présente partie de l'ISO 7148 vise à obtenir, pour les combinaisons de matériau polymère, des valeurs mesurées reproductibles de frottement et d'usure dans des conditions d'essai spécifiées et exactement définies, sans lubrification (surfaces sèches) et avec lubrification (lubrification limite).Les résultats d'essai ne donnent des informations utiles pour une application pratique que si tous les paramètres d'influence sont identiques. Plus les conditions dévient de l'application réelle, plus l'incertitude est grande quant à l'applicabilité des résultats.
Drsni ležaji - Preskušanje materialov za drsne ležaje glede na tribološke lastnosti - 2. del: Preskušanje materialov za ležaje na osnovi polimerov
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 7148-2
First edition
1999-11-01
Plain bearings — Testing of the tribological
behaviour of bearing materials —
Part 2:
Testing of polymer-based bearing materials
Paliers lisses — Essai du comportement tribologique des matériaux
antifriction —
Partie 2: Essai des matériaux pour paliers à base de polymères
A
Reference number
ISO 7148-2:1999(E)
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ISO 7148-2:1999(E)
Contents Page
1 Scope .1
2 Normative references .1
3 Symbols and units.2
4 Special features for the tribological testing of polymer-based materials.3
5 Test methods.4
6 Test specimens.6
7 Test methods and test equipment .11
8 Lubrication .12
9 Designation .13
10 Test conditions .13
11 Test procedure .16
12 Analysis .17
Annex A (informative) Test report .18
Bibliography.19
© ISO 1999
All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any means, electronic
or mechanical, including photocopying and microfilm, without permission in writing from the publisher.
International Organization for Standardization
Case postale 56 • CH-1211 Genève 20 • Switzerland
Internet iso@iso.ch
Printed in Switzerland
ii
---------------------- Page: 2 ----------------------
© ISO
ISO 7148-2:1999(E)
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 3.
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 part of ISO 7148 may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
International Standard ISO 7148-2 was prepared by Technical Committee ISO/TC 123, Plain bearings,
Subcommittee SC 2, Materials and lubricants, their properties, characteristics, test methods and testing conditions.
ISO 7148 consists of the following parts under the general title Plain bearings — Testing of the tribological
behaviour of bearing materials:
Part 1: Testing of bearing metals
Part 2: Testing of polymer-based bearing materials
Annex A of this part of ISO 7148 is for information only.
iii
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ISO 7148-2:1999(E)
Introduction
A first step towards the specification of basic test conditions for friction and wear tests of polymer-based plain
bearing materials was made with International Technical Reports ISO/TR 7147, ISO/TR 8285 and ISO/TR 9993.
This initial step, lasting several years and which comprised the development of basic test equipment (pin-on-disc
device) and its testing in parallel experiments in several institutes, is now concluded. It was subsequently found that
in the absence of any other uniform recommendations or standards, a reference for comparative testing was often
needed especially in the case of new material development without detailed knowledge of specific applications. At
the same time it was found necessary to limit the test variables or to accurately define them in order to obtain in
addition, as wide a comparison as possible. It ought be possible to use different test combinations or to test for
specific applications (i.e. tests which simulate service conditions). This part of ISO 7148 takes these requirements
into account and specifies instructions for the preparation of test specimens, for test principles and test equipment
as well as for the selection of test variables, test procedure and analysis.
iv
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INTERNATIONAL STANDARD © ISO ISO 7148-2:1999(E)
Plain bearings — Testing of the tribological behaviour of bearing
materials —
Part 2:
Testing of polymer-based bearing materials
1 Scope
This part of ISO 7148 specifies tribological tests of polymer-based plain bearing materials under specified working
conditions, i.e. load, sliding velocity and temperature, with and without lubrication. From the test results, data are
obtained which indicate the relative tribological behaviour of metal-polymer and polymer-polymer rubbing parts.
The purpose of this part of ISO 7148 is to obtain, for polymer material combinations used in plain bearings,
reproducible measured values for friction and wear under specified and exactly-defined test conditions without
lubrication (dry surfaces) and with lubrication (boundary lubrication).
The test results give useful information for practical application only if all parameters of influence are identical. The
more the test conditions deviate from the actual application the greater will be the uncertainty of the applicability of
the results.
2 Normative references
The following normative documents contain provisions which, through reference in this text, constitute provisions of
this part of ISO 7148. For dated references, subsequent amendments to, or revisions of, any of these publications
do not apply. However, parties to agreements based on this part of ISO 7148 are encouraged to investigate the
possibility of applying the most recent editions of the normative documents indicated below. For undated
references, the latest edition of the normative document referred to applies. Members of ISO and IEC maintain
registers of currently valid International Standards.
ISO 527-2, Plastics — Determination of tensile properties — Part 2: Test conditions for moulding and extrusion
plastics.
ISO 1184, Plastics — Determination of tensile properties of films.
ISO 2818, Plastics — Preparation of test specimens by machining.
ISO 4385, Plain bearings — Compression testing of metallic bearing materials.
ISO 6691,
Thermoplastic polymers for plain bearings — Classification and designation.
1
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ISO 7148-2:1999(E)
3 Symbols and units
See Table 1.
Table 1 — Symbols and units
Symbol Term Unit
A, B, C, D Test method –
Sliding distance km
a
dr Dry –
F
f
f –
Coefficient of friction; ratio between friction force and normal force, i.e: f =
F
n
F Friction force N
f
F Normal force N
n
gr Grease –
3 .
K Coefficient of wear, volumetric wear rate related to the normal force, i.e.:
mm /(N km)
w
V w
w v
K = =
w
Fa·F
n n
Linear wear as measured by change in distance mm
l
w
M Friction moment Nm
f
oi Oil –
pl Polymer-based material –
2
p
Specific force per unit area (force/projected contact area)
N/mm
2
Compression strength
R
N/mm
d,B
2
R Compression limit 0,2 %
N/mm
d0,2
so Solid lubricant –
T Specimen's temperature near the sliding surface during testing under C
°
steady-state conditions
T Ambient temperature °C
amb
Glass temperature
T °C
g
T Maximum permissible temperature °C
lim
t Test duration h
Ch
m/s
U Sliding velocity
3
Material removed by wear as measured by change in volume
V
mm
w
mm/km
w l
w
l
Linear wear rate, i.e: w =
l
a
3
V
w
mm /km
w
v
Volumetric wear rate, i.e: w =
v
a
Lubricant viscosity
mPa ⋅ s
h
2
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ISO 7148-2:1999(E)
4 Special features for the tribological testing of polymer-based materials
Polymers have a low thermal conductivity and a low melting temperature, so that heat resulting from contact friction
may lead to partial melting and hence feign wear. Due to the high thermal expansion of polymers (up to ten times
higher than that of steel) results obtained may be misleading because the test specimens have expanded under
frictional heat. Hence allowance shall be made for the effects of thermal expansion (change of clearance) and
thermal conductivity (melting) when assessing the results. Where possible the temperature of both test specimens
should be controlled.
Polymers have a glass transition temperature T which depends on their chemical structure. At this temperature
g
their physical properties and their tribological behaviour may change.
Injection moulded polymer surfaces have different properties from machined surfaces. The test specimens shall be
tested with the same surface conditions as they have in practical application.
Reinforcements and fillers, i.e. fibres, may lead to very strong anisotropy of the material and influence its wear
behaviour depending on fibre orientation. The test specimens should have the same fibre orientation as in practical
application.
In order to avoid stick-slip the test rig shall be very stiff and shall not be susceptible to vibrations.
The tribological behaviour of polymers depends very strongly on the material combination, which part moves and
which part remains stationary. The test system shall be similar to practical application.
Polymers show wear processes that are different from that of metals. There are not only abrasive processes with
powder-like wear debris but also adhesive processes with the creation of transfer layers which may be smooth or
rough. Also ploughing wear and melting or plastic deformation is possible. Therefore wear cannot be gravimetrically
measured in all cases and the wear status must be judged after the tests (whether the surfaces are fine- or coarse-
grained, scored or plucked out, scaled, melted or plastically deformed).
Some polymers may show poor repeatability of the results and require repeated testing (six or more repetitions).
The preparation and preparatory treatment (e.g. conditioning, storage, cleaning) of the test specimens can have a
high influence on performance.
In some thermoplastics, e.g. polyamides, moisture absorption effects a gradual change in linear dimensions and
modifies their mechanical properties. Environmental parameters should therefore be controlled in the test array.
Moisture absorption prohibits gravimetrical measurement of wear.
The more the test conditions deviate from the actual application, the greater will be the uncertainty of the
applicability of the results (see Figures 1 and 2).
a) Plain bearing-on-shaft b) Linear guidance system
Figure 1 — Simulation of real rubbing contacts
3
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© ISO
ISO 7148-2:1999(E)
a) Pin-on-disc b) Block-on-ring c) Sphere-on-prism
Figure 2 — Simulation under approximated practical testing conditions and model systems
for pre-selection of materials
5 Test methods
5.1 General
Different test methods are provided for tests in accordance with this part of ISO 7148 so that the following contact
geometries are available. The test methods should correspond to the practical application as closely as possible.
5.2 Test method A: pin-on disc
See Figure 3.
Advantages:
basic testing of simple test specimens;
testing of tribological properties;
no increase of sliding surface area due to wear;
initial ranking of materials;
simulation of linear guidance system [see
Figure 1b)].
Disadvantages:
edge of the pin may wipe off lubricant;
no injection moulding of the pin with fibre
reinforced material;
no injection moulding of the disc because of
problems with shrinkage
Figure 3 — Test method A: pin-on-disc
4
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© ISO
ISO 7148-2:1999(E)
5.3 Test method B: block (or pin)-on-ring
See Figure 4.
Advantages:
basic testing of simple test specimens;
testing of tribological properties;
no increase of sliding surface area due to wear;
initial ranking of materials;
with and without lubrication.
Disadvantages:
no injection moulding of the block because of
problems with shrinkage and fibre orientation;
edge of the block may wipe off lubricant;
no injection moulding of the disc because of
problems with shrinkage
Figure 4 — Test method B: block (or pin)-on-ring
5.4 Test method C: plain bearing-on-shaft
See Figure 5.
Advantages:
best simulation of all possible systems;
testing of original or scaled bearings;
prediction of practical behaviour;
with and without lubrication.
Disadvantages:
long testing times (accelerated testing may cause
excessive frictional heating);
difficult alignment of the test bearing;
increasing sliding surface area due to wear under
boundary lubrication.
Figure 5 — Test method C: plain bearing-on-shaft
5
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ISO 7148-2:1999(E)
5.5 Test method D: sphere-on-prism
See Figure 6.
Advantages:
testing of polymer/polymer or polymer/metal
combinations;
with and without lubrication (test specimen contains
reservoir for lubricant);
testing of lubricant's interaction with polymers;
injection moulded test specimens available;
self-adjustment of the alignment of the sliding couple;
increasing sliding surface area due to wear under
boundary lubrication.
Disadvantages:
plastic deformation may affect results;
increasing sliding surface area due to wear under dry
conditions.
Figure 6 — Test method D: sphere-on-prism
6 Test specimens
6.1 Data required
For one series of tests, several specimens of one material must be from the same batch, with uniform state after
conditioning and uniform finish of the sliding surface. Machined and injection moulded specimens may create
different results, because crystallinity may vary with depth from the surface. They should be tested separately.
As the structural condition of the mating materials constitutes an essential factor as far as the repeatability of the
test results is concerned, the following information is necessary:
a) material specification and composition, including fillers or details of fibre reinforcement (see ISO 6691);
b) method of manufacture;
c) structure, e.g. density, degree of crystallinity;
d) mechanical material properties, e.g. Shore hardness, 0,2 % compression limit R (see ISO 4385),
d0,2
compression strength R ;
d,B
e) state of conditioning, e.g. moisture content;
f) surface condition and surface roughness , e.g. injection moulded, machined (see ISO 2818), turned, ground,
Ra
lapped, polished, milled.
6
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ISO 7148-2:1999(E)
6.2 Polymer-based plain bearing materials (pl)
These can be made by moulding, injection moulding or by cutting bar or tube to length or by machining all over from
semi-finished materials or by cutting from injection moulded or laminated (composite) plates.
If fibre reinforced polymers are to be tested, the fibres shall lie in the same direction in the test as in the final
product, e.g. parallel or perpendicular to the sliding surface.
6.3 Materials of mating component
All metallic and polymer-based materials can be considered as mating materials. The choice should be the same as
in practical application. In technical applications all systems are possible, e.g. gear box of aluminium with injection
moulded gears and shafts of polyoxymethylene (POM). The mating materials must have the same sliding couple,
e.g. rotating POM disc or ball on fixed pin or prism out of aluminium. In this case the reverse combination POM pin
on aluminium disc would lead to errors in evaluation.
6.4 Dimensions of test specimens
If dimensions other than those described as follows are used the results may not be comparable due to the effects
of transfer films and heat dissipation.
6.4.1 Disc
The disc shall have the following preferred dimensions:
Outside diameter: 110 mm;
Inside diameter: 60 mm;
Radius of the sliding track: (51,5 ± 0,2) mm;
Width: 10 mm.
The basic form of the disc is identical to the ring of deep groove ball thrust bearings on the shaft side.
6.4.2 Ring
The ring shall preferably have an outside diameter of 40 mm and a width corresponding at least to the width of the
block.
6.4.3 Pin
The pin shall preferably have a diameter of 3 mm for injection moulded materials. For fibre-reinforced materials a
larger diameter is preferred.
If a pin with a diameter greater than 7 mm is used, the radius of the sliding track has to be reduced or the disc
diameter increased. Means shall be provided for preventing rotation of the pin.
The free length of the pin shall not exceed 2 mm. Due to its dimensions, it is possible to make the 3 mm diameter
polymer pin out of a standard tension bar in accordance with ISO 1184 or ISO 527-2. This allows the correlation of
wear and strength tests.
6.4.4 Block
The preferred basic dimensions of the block should be 10 mm · 10 mm · 20 mm. If a suitably large component is
not available, the block can, as an exception, be used with a length of 10 mm. The roughness of the block depends
on the machining conditions, e.g. milling or turning. The radius of the rubbing surface of the block should be a
minimum of 1,001 times the radius of the ring. If the maximum radius exceeds 1,003 times the radius of the ring
(line contact) the running-in period may be unduly prolonged (see 11.1).
7
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ISO 7148-2:1999(E)
6.4.5 Sphere
The sphere shall preferably have a diameter of 12,7 mm. Thermoplastics may be injection moulded (see Figure 7).
Spheres made out of metals are commercially available (balls for ball bearings or valves).
Dimensions in millimetres
Key
1 Six-flat mount with cylindrical hole
2 Gate position
Figure 7 — Example of an injection moulded sphere
6.4.6 Prism
The prism has a preferred special shape. If injection moulded, the prism specimen shall have a uniform wall
thickness (2 mm) and a metallic support (see Figure 8) in order to avoid deformation. Alternatively cut plates may
be fitted into a special mount (see Figure 9).
8
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ISO 7148-2:1999(E)
Dimensions in millimetres
Key Key
1 Metal stiffening 1 Metallic holder
2 Gate position 2 Machined plate
Figure 8 — Figure 9 — Example of machined plates, inserted
Example of an injection
in a metallic holder
moulded prism
6.4.7 Plain bearing
The plain bearing bush can be made by machining or by injection moulding. Depending on the test equipment used,
it is possible to use plain bearings with different inside diameters, the preferred inside diameters being 20 mm,
5 mm or 1 mm, the latter being used for special applications, the width/diameter ratio being 0,75 or 1.
The diameter, bearing clearance, wall thickness and type of bearing used (bush or half bearing) shall be indicated in
the test report. Smaller plain bearings should have a flange in order to allow to fix them in the mount (see
Figure 10). The sliding surface area shall lie within the cylindrical part of the plain bearing.
9
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© ISO
ISO 7148-2:1999(E)
Key
1 Flange
2 Sliding surface
Figure 10 — Example of an injection moulded plain bearing with step and chamfer in the bore
6.4.8 Shaft
The shaft piece used for the test shall be made with a circular run-out tolerance of 1 mm maximum and a circularity
of not more than 5 mm. Irrespective of the test equipment used, it shall be ensured that the test specimens (test
bush and shaft) mounted in the test equipment have a maximum angular devi
...
SLOVENSKI STANDARD
SIST ISO 7148-2:2002
01-marec-2002
Drsni ležaji - Preskušanje materialov za drsne ležaje glede na tribološke lastnosti -
2. del: Preskušanje materialov za ležaje na osnovi polimerov
Plain bearings -- Testing of the tribological behaviour of bearing materials -- Part 2:
Testing of polymer-based bearing materials
Paliers lisses -- Essai du comportement tribologique des matériaux antifriction -- Partie 2:
Essai des matériaux pour paliers à base de polymère
Ta slovenski standard je istoveten z: ISO 7148-2:1999
ICS:
21.100.10 Drsni ležaji Plain bearings
SIST ISO 7148-2:2002 en
2003-01.Slovenski inštitut za standardizacijo. Razmnoževanje celote ali delov tega standarda ni dovoljeno.
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SIST ISO 7148-2:2002
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SIST ISO 7148-2:2002
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 7148-2
First edition
1999-11-01
Plain bearings — Testing of the tribological
behaviour of bearing materials —
Part 2:
Testing of polymer-based bearing materials
Paliers lisses — Essai du comportement tribologique des matériaux
antifriction —
Partie 2: Essai des matériaux pour paliers à base de polymères
A
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ISO 7148-2:1999(E)
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SIST ISO 7148-2:2002
ISO 7148-2:1999(E)
Contents Page
1 Scope .1
2 Normative references .1
3 Symbols and units.2
4 Special features for the tribological testing of polymer-based materials.3
5 Test methods.4
6 Test specimens.6
7 Test methods and test equipment .11
8 Lubrication .12
9 Designation .13
10 Test conditions .13
11 Test procedure .16
12 Analysis .17
Annex A (informative) Test report .18
Bibliography.19
© ISO 1999
All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any means, electronic
or mechanical, including photocopying and microfilm, without permission in writing from the publisher.
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Case postale 56 • CH-1211 Genève 20 • Switzerland
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Printed in Switzerland
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SIST ISO 7148-2:2002
© ISO
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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 3.
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 part of ISO 7148 may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
International Standard ISO 7148-2 was prepared by Technical Committee ISO/TC 123, Plain bearings,
Subcommittee SC 2, Materials and lubricants, their properties, characteristics, test methods and testing conditions.
ISO 7148 consists of the following parts under the general title Plain bearings — Testing of the tribological
behaviour of bearing materials:
Part 1: Testing of bearing metals
Part 2: Testing of polymer-based bearing materials
Annex A of this part of ISO 7148 is for information only.
iii
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SIST ISO 7148-2:2002
© ISO
ISO 7148-2:1999(E)
Introduction
A first step towards the specification of basic test conditions for friction and wear tests of polymer-based plain
bearing materials was made with International Technical Reports ISO/TR 7147, ISO/TR 8285 and ISO/TR 9993.
This initial step, lasting several years and which comprised the development of basic test equipment (pin-on-disc
device) and its testing in parallel experiments in several institutes, is now concluded. It was subsequently found that
in the absence of any other uniform recommendations or standards, a reference for comparative testing was often
needed especially in the case of new material development without detailed knowledge of specific applications. At
the same time it was found necessary to limit the test variables or to accurately define them in order to obtain in
addition, as wide a comparison as possible. It ought be possible to use different test combinations or to test for
specific applications (i.e. tests which simulate service conditions). This part of ISO 7148 takes these requirements
into account and specifies instructions for the preparation of test specimens, for test principles and test equipment
as well as for the selection of test variables, test procedure and analysis.
iv
---------------------- Page: 6 ----------------------
SIST ISO 7148-2:2002
INTERNATIONAL STANDARD © ISO ISO 7148-2:1999(E)
Plain bearings — Testing of the tribological behaviour of bearing
materials —
Part 2:
Testing of polymer-based bearing materials
1 Scope
This part of ISO 7148 specifies tribological tests of polymer-based plain bearing materials under specified working
conditions, i.e. load, sliding velocity and temperature, with and without lubrication. From the test results, data are
obtained which indicate the relative tribological behaviour of metal-polymer and polymer-polymer rubbing parts.
The purpose of this part of ISO 7148 is to obtain, for polymer material combinations used in plain bearings,
reproducible measured values for friction and wear under specified and exactly-defined test conditions without
lubrication (dry surfaces) and with lubrication (boundary lubrication).
The test results give useful information for practical application only if all parameters of influence are identical. The
more the test conditions deviate from the actual application the greater will be the uncertainty of the applicability of
the results.
2 Normative references
The following normative documents contain provisions which, through reference in this text, constitute provisions of
this part of ISO 7148. For dated references, subsequent amendments to, or revisions of, any of these publications
do not apply. However, parties to agreements based on this part of ISO 7148 are encouraged to investigate the
possibility of applying the most recent editions of the normative documents indicated below. For undated
references, the latest edition of the normative document referred to applies. Members of ISO and IEC maintain
registers of currently valid International Standards.
ISO 527-2, Plastics — Determination of tensile properties — Part 2: Test conditions for moulding and extrusion
plastics.
ISO 1184, Plastics — Determination of tensile properties of films.
ISO 2818, Plastics — Preparation of test specimens by machining.
ISO 4385, Plain bearings — Compression testing of metallic bearing materials.
ISO 6691,
Thermoplastic polymers for plain bearings — Classification and designation.
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SIST ISO 7148-2:2002
© ISO
ISO 7148-2:1999(E)
3 Symbols and units
See Table 1.
Table 1 — Symbols and units
Symbol Term Unit
A, B, C, D Test method –
Sliding distance km
a
dr Dry –
F
f
f –
Coefficient of friction; ratio between friction force and normal force, i.e: f =
F
n
F Friction force N
f
F Normal force N
n
gr Grease –
3 .
K Coefficient of wear, volumetric wear rate related to the normal force, i.e.:
mm /(N km)
w
V w
w v
K = =
w
Fa·F
n n
Linear wear as measured by change in distance mm
l
w
M Friction moment Nm
f
oi Oil –
pl Polymer-based material –
2
p
Specific force per unit area (force/projected contact area)
N/mm
2
Compression strength
R
N/mm
d,B
2
R Compression limit 0,2 %
N/mm
d0,2
so Solid lubricant –
T Specimen's temperature near the sliding surface during testing under C
°
steady-state conditions
T Ambient temperature °C
amb
Glass temperature
T °C
g
T Maximum permissible temperature °C
lim
t Test duration h
Ch
m/s
U Sliding velocity
3
Material removed by wear as measured by change in volume
V
mm
w
mm/km
w l
w
l
Linear wear rate, i.e: w =
l
a
3
V
w
mm /km
w
v
Volumetric wear rate, i.e: w =
v
a
Lubricant viscosity
mPa ⋅ s
h
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SIST ISO 7148-2:2002
© ISO
ISO 7148-2:1999(E)
4 Special features for the tribological testing of polymer-based materials
Polymers have a low thermal conductivity and a low melting temperature, so that heat resulting from contact friction
may lead to partial melting and hence feign wear. Due to the high thermal expansion of polymers (up to ten times
higher than that of steel) results obtained may be misleading because the test specimens have expanded under
frictional heat. Hence allowance shall be made for the effects of thermal expansion (change of clearance) and
thermal conductivity (melting) when assessing the results. Where possible the temperature of both test specimens
should be controlled.
Polymers have a glass transition temperature T which depends on their chemical structure. At this temperature
g
their physical properties and their tribological behaviour may change.
Injection moulded polymer surfaces have different properties from machined surfaces. The test specimens shall be
tested with the same surface conditions as they have in practical application.
Reinforcements and fillers, i.e. fibres, may lead to very strong anisotropy of the material and influence its wear
behaviour depending on fibre orientation. The test specimens should have the same fibre orientation as in practical
application.
In order to avoid stick-slip the test rig shall be very stiff and shall not be susceptible to vibrations.
The tribological behaviour of polymers depends very strongly on the material combination, which part moves and
which part remains stationary. The test system shall be similar to practical application.
Polymers show wear processes that are different from that of metals. There are not only abrasive processes with
powder-like wear debris but also adhesive processes with the creation of transfer layers which may be smooth or
rough. Also ploughing wear and melting or plastic deformation is possible. Therefore wear cannot be gravimetrically
measured in all cases and the wear status must be judged after the tests (whether the surfaces are fine- or coarse-
grained, scored or plucked out, scaled, melted or plastically deformed).
Some polymers may show poor repeatability of the results and require repeated testing (six or more repetitions).
The preparation and preparatory treatment (e.g. conditioning, storage, cleaning) of the test specimens can have a
high influence on performance.
In some thermoplastics, e.g. polyamides, moisture absorption effects a gradual change in linear dimensions and
modifies their mechanical properties. Environmental parameters should therefore be controlled in the test array.
Moisture absorption prohibits gravimetrical measurement of wear.
The more the test conditions deviate from the actual application, the greater will be the uncertainty of the
applicability of the results (see Figures 1 and 2).
a) Plain bearing-on-shaft b) Linear guidance system
Figure 1 — Simulation of real rubbing contacts
3
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SIST ISO 7148-2:2002
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ISO 7148-2:1999(E)
a) Pin-on-disc b) Block-on-ring c) Sphere-on-prism
Figure 2 — Simulation under approximated practical testing conditions and model systems
for pre-selection of materials
5 Test methods
5.1 General
Different test methods are provided for tests in accordance with this part of ISO 7148 so that the following contact
geometries are available. The test methods should correspond to the practical application as closely as possible.
5.2 Test method A: pin-on disc
See Figure 3.
Advantages:
basic testing of simple test specimens;
testing of tribological properties;
no increase of sliding surface area due to wear;
initial ranking of materials;
simulation of linear guidance system [see
Figure 1b)].
Disadvantages:
edge of the pin may wipe off lubricant;
no injection moulding of the pin with fibre
reinforced material;
no injection moulding of the disc because of
problems with shrinkage
Figure 3 — Test method A: pin-on-disc
4
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SIST ISO 7148-2:2002
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ISO 7148-2:1999(E)
5.3 Test method B: block (or pin)-on-ring
See Figure 4.
Advantages:
basic testing of simple test specimens;
testing of tribological properties;
no increase of sliding surface area due to wear;
initial ranking of materials;
with and without lubrication.
Disadvantages:
no injection moulding of the block because of
problems with shrinkage and fibre orientation;
edge of the block may wipe off lubricant;
no injection moulding of the disc because of
problems with shrinkage
Figure 4 — Test method B: block (or pin)-on-ring
5.4 Test method C: plain bearing-on-shaft
See Figure 5.
Advantages:
best simulation of all possible systems;
testing of original or scaled bearings;
prediction of practical behaviour;
with and without lubrication.
Disadvantages:
long testing times (accelerated testing may cause
excessive frictional heating);
difficult alignment of the test bearing;
increasing sliding surface area due to wear under
boundary lubrication.
Figure 5 — Test method C: plain bearing-on-shaft
5
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SIST ISO 7148-2:2002
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ISO 7148-2:1999(E)
5.5 Test method D: sphere-on-prism
See Figure 6.
Advantages:
testing of polymer/polymer or polymer/metal
combinations;
with and without lubrication (test specimen contains
reservoir for lubricant);
testing of lubricant's interaction with polymers;
injection moulded test specimens available;
self-adjustment of the alignment of the sliding couple;
increasing sliding surface area due to wear under
boundary lubrication.
Disadvantages:
plastic deformation may affect results;
increasing sliding surface area due to wear under dry
conditions.
Figure 6 — Test method D: sphere-on-prism
6 Test specimens
6.1 Data required
For one series of tests, several specimens of one material must be from the same batch, with uniform state after
conditioning and uniform finish of the sliding surface. Machined and injection moulded specimens may create
different results, because crystallinity may vary with depth from the surface. They should be tested separately.
As the structural condition of the mating materials constitutes an essential factor as far as the repeatability of the
test results is concerned, the following information is necessary:
a) material specification and composition, including fillers or details of fibre reinforcement (see ISO 6691);
b) method of manufacture;
c) structure, e.g. density, degree of crystallinity;
d) mechanical material properties, e.g. Shore hardness, 0,2 % compression limit R (see ISO 4385),
d0,2
compression strength R ;
d,B
e) state of conditioning, e.g. moisture content;
f) surface condition and surface roughness , e.g. injection moulded, machined (see ISO 2818), turned, ground,
Ra
lapped, polished, milled.
6
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SIST ISO 7148-2:2002
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ISO 7148-2:1999(E)
6.2 Polymer-based plain bearing materials (pl)
These can be made by moulding, injection moulding or by cutting bar or tube to length or by machining all over from
semi-finished materials or by cutting from injection moulded or laminated (composite) plates.
If fibre reinforced polymers are to be tested, the fibres shall lie in the same direction in the test as in the final
product, e.g. parallel or perpendicular to the sliding surface.
6.3 Materials of mating component
All metallic and polymer-based materials can be considered as mating materials. The choice should be the same as
in practical application. In technical applications all systems are possible, e.g. gear box of aluminium with injection
moulded gears and shafts of polyoxymethylene (POM). The mating materials must have the same sliding couple,
e.g. rotating POM disc or ball on fixed pin or prism out of aluminium. In this case the reverse combination POM pin
on aluminium disc would lead to errors in evaluation.
6.4 Dimensions of test specimens
If dimensions other than those described as follows are used the results may not be comparable due to the effects
of transfer films and heat dissipation.
6.4.1 Disc
The disc shall have the following preferred dimensions:
Outside diameter: 110 mm;
Inside diameter: 60 mm;
Radius of the sliding track: (51,5 ± 0,2) mm;
Width: 10 mm.
The basic form of the disc is identical to the ring of deep groove ball thrust bearings on the shaft side.
6.4.2 Ring
The ring shall preferably have an outside diameter of 40 mm and a width corresponding at least to the width of the
block.
6.4.3 Pin
The pin shall preferably have a diameter of 3 mm for injection moulded materials. For fibre-reinforced materials a
larger diameter is preferred.
If a pin with a diameter greater than 7 mm is used, the radius of the sliding track has to be reduced or the disc
diameter increased. Means shall be provided for preventing rotation of the pin.
The free length of the pin shall not exceed 2 mm. Due to its dimensions, it is possible to make the 3 mm diameter
polymer pin out of a standard tension bar in accordance with ISO 1184 or ISO 527-2. This allows the correlation of
wear and strength tests.
6.4.4 Block
The preferred basic dimensions of the block should be 10 mm · 10 mm · 20 mm. If a suitably large component is
not available, the block can, as an exception, be used with a length of 10 mm. The roughness of the block depends
on the machining conditions, e.g. milling or turning. The radius of the rubbing surface of the block should be a
minimum of 1,001 times the radius of the ring. If the maximum radius exceeds 1,003 times the radius of the ring
(line contact) the running-in period may be unduly prolonged (see 11.1).
7
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SIST ISO 7148-2:2002
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ISO 7148-2:1999(E)
6.4.5 Sphere
The sphere shall preferably have a diameter of 12,7 mm. Thermoplastics may be injection moulded (see Figure 7).
Spheres made out of metals are commercially available (balls for ball bearings or valves).
Dimensions in millimetres
Key
1 Six-flat mount with cylindrical hole
2 Gate position
Figure 7 — Example of an injection moulded sphere
6.4.6 Prism
The prism has a preferred special shape. If injection moulded, the prism specimen shall have a uniform wall
thickness (2 mm) and a metallic support (see Figure 8) in order to avoid deformation. Alternatively cut plates may
be fitted into a special mount (see Figure 9).
8
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SIST ISO 7148-2:2002
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ISO 7148-2:1999(E)
Dimensions in millimetres
Key Key
1 Metal stiffening 1 Metallic holder
2 Gate position 2 Machined plate
Figure 8 — Figure 9 — Example of machined plates, inserted
Example of an injection
in a metallic holder
moulded prism
6.4.7 Plain bearing
The plain bearing bush can be made by machining or by injection moulding. Depending on the test equipment used,
it is possible to use plain bearings with different inside diameters, the preferred inside diameters being 20 mm,
5 mm or 1 mm, the latter being used for special applications, the width/diameter ratio being 0,75 or 1.
The diameter, bearing clearance, wall thickness and type of bearing used (bush or half bearing) shall be indicated in
the test report. Smaller plain bearings should have a flange in order to allow to fix them in the mount (see
Figure 10). The sliding surface area shall lie within the cylindrical part of the plain bearing.
9
-
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 7148-2
Première édition
1999-11-01
Paliers lisses — Essai du comportement
tribologique des matériaux antifriction —
Partie 2:
Essai des matériaux pour paliers à base de
polymère
Plain bearings — Testing of the tribological behaviour of bearing
materials —
Part 2: Testing of polymer-based bearing materials
A
Numéro de référence
ISO 7148-2:1999(F)
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ISO 7148-2:1999(F)
Sommaire Page
1 Domaine d’application .1
2 Références normatives .1
3 Symboles et unités .1
4 Caractéristiques spéciales pour l'essai tribologique des matériaux à base de polymère.2
5 Méthodes d'essai .4
6 Éprouvettes .6
7 Méthode et équipement d'essai.10
8 Lubrification .12
9 Désignation .13
10 Conditions d'essai .13
11 Mode opératoire d'essai.16
12 Analyse .16
Annexe A (informative) Rapport d'essai .18
Bibliographie.19
© ISO 1999
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque
forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l'accord écrit de l'éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case postale 56 • CH-1211 Genève 20 • Suisse
Internet iso@iso.ch
Imprimé en Suisse
ii
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© ISO
ISO 7148-2:1999(F)
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 3.
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 de la présente partie de l’ISO 7148 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.
La Norme internationale ISO 7148-2 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 123, Paliers lisses, sous-comité
SC 2, Matériaux et lubrifiants, leurs propriétés, caractéristiques, méthodes d'essais et conditions d'essais.
L'ISO 7148 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Paliers lisses — Essai du
comportement tribologique des matériaux antifriction:
Partie 1: Essai des matériaux métalliques
Partie 2: Essai des matériaux pour palier à base de polymère
L’annexe A de la présente partie de l’ISO 7148 est donnée uniquement à titre d’information.
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© ISO
ISO 7148-2:1999(F)
Introduction
Un premier pas vers la spécification des conditions de base des essais de frottement et d'usure des matériaux
antifriction pour palier à base de polymère a été franchi avec l’ISO/TR 7147, l’ISO/TR 8285 et l’ISO/TR 9993. Cette
première étape, longue de plusieurs années, qui a vu le développement de l'équipement d'essai de base (dispositif
pion sur disque) et sa mise à essai dans le cadre d'expériences parallèles menées dans plusieurs instituts, est à
présent achevée. Par la suite, il s'est avéré qu'en l'absence de toute autre recommandation ou norme uniforme, une
référence était souvent nécessaire pour réaliser des essais comparatifs, notamment en cas de développement d'un
nouveau matériau sans connaissance détaillée d'applications spécifiques. Dans le même temps, il s'est avéré
nécessaire de limiter les variables d'essai ou de les définir précisément afin d'obtenir une comparaison aussi large
que possible. En outre, il devait être possible d'utiliser différentes combinaisons d'essai ou de soumettre à essai des
applications spécifiques (à savoir des essais simulant les conditions en service). La présente partie de l'ISO 7148
tient compte de ces exigences et spécifie les instructions de préparation des éprouvettes, les principes d'essai et
l'équipement d'essai, ainsi que les instructions concernant le choix des variables d'essai, du mode opératoire
d'essai et de l'analyse.
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NORME INTERNATIONALE © ISO ISO 7148-2:1999(F)
Paliers lisses — Essai du comportement tribologique des
matériaux antifriction —
Partie 2:
Essai des matériaux pour paliers à base de polymère
1 Domaine d’application
La présente partie de l'ISO 7148 spécifie les essais tribologiques des matériaux antifriction pour palier à base de
polymère dans des conditions de fonctionnement spécifiées, quant à la charge, la vitesse de glissement et la
température, avec ou sans lubrification. À partir des résultats des essais, des données sont obtenues qui indiquent
le comportement tribologique relatif des pièces de frottement entre métal-polymère et polymère-polymère.
La présente partie de l'ISO 7148 vise à obtenir, pour les combinaisons de matériau polymère, des valeurs
mesurées reproductibles de frottement et d'usure dans des conditions d'essai spécifiées et exactement définies,
sans lubrification (surfaces sèches) et avec lubrification (lubrification limite).
Les résultats d'essai ne donnent des informations utiles pour une application pratique que si tous les paramètres
d'influence sont identiques. Plus les conditions dévient de l'application réelle, plus l'incertitude est grande quant à
l'applicabilité des résultats.
2 Références normatives
Les documents normatifs suivants contiennent des dispositions qui, par suite de la référence qui y est faite,
constituent des dispositions valables pour la présente partie de l'ISO 7148. Pour les références datées, les
amendements ultérieurs ou les révisions de ces publications ne s'appliquent pas. Toutefois, les parties prenantes
aux accords fondés sur la présente partie de l'ISO 7148 sont invitées à rechercher la possibilité d’appliquer les
éditions les plus récentes des documents normatifs indiqués ci-après. Pour les références non datées, la dernière
édition du document normatif en référence s'applique. Les membres de l’ISO et de la CEI possèdent le registre des
Normes internationales en vigueur.
ISO 527-2, Plastiques — Détermination des propriétés en traction — Partie 2: Conditions d’essai des plastiques
pour moulage et extrusion.
ISO 1184, Plastiques — Détermination des propriétés en traction des films.
ISO 2818, Plastiques — Préparation des éprouvettes par usinage.
ISO 4385, Paliers lisses — Essai de compression des matériaux antifriction.
ISO 6691, Polymères thermoplastiques pour paliers lisses — Classification et désignation.
3 Symboles et unités
Voir Tableau 1.
1
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ISO 7148-2:1999(F)
Tableau 1 — Symboles et unités
Symbole Définition Unité
A, B, C, D Méthode d'essai —
a Distance de glissement km
dr Sec —
—
Coefficient de frottement; rapport entre la force de frottement et la force
f
normale, c'est-à-dire:
F
f
f =
F
n
Force de frottement N
F
f
Force normale N
F
n
gr Graisse —
3 .
K Coefficient d'usure, taux d'usure volumétrique par rapport à la force normale,
w mm /(N km)
c'est-à-dire:
V w
w v
K = =
w
Fa·F
n n
Usure linéaire mesurée à partir d'une variation de distance mm
l
w
Moment de frottement
M Nm
f
Huile —
oi
pl Matériau à base de polymère —
2
Force spécifique par zone d'unité (force/surface de contact projetée) N/mm
p
R Force de compression 2
d,B
N/mm
2
R N/mm
Limite de compression à 0,2 %
d0,2
Lubrifiant solide
so —
Température des éprouvettes à proximité de la surface de glissement
T °C
pendant des essais en régime normal stabilisé
Température ambiante °C
T
amb
Température de transition vitreuse
T °C
g
Température maximale admissible °C
T
lim
Durée de l'essai
h
t
Ch
m/s
Vitesse de glissement
U
3
Matériau enlevé par usure à partir d'une variation de volume
V
mm
w
Taux d'usure linéique, à savoir:
w
mm/km
l
l
w
w =
l
a
Taux d'usure volumétrique, à savoir:
w 3
v
mm /km
V
w
w =
v
a
Viscosité du lubrifiant
.
h
mPa s
4 Caractéristiques spéciales pour l'essai tribologique des matériaux à base de polymère
Les polymères ont une faible conductibilité thermique ainsi qu'une faible température de fusion, de sorte que la
chaleur résultant du contact de frottement conduit à une fusion partielle qui ressemble ainsi à une usure. En raison
de la dilatation thermique élevée des polymères (jusqu'à dix fois supérieure à celle de l'acier), les résultats obtenus
2
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ISO 7148-2:1999(F)
peuvent être trompeurs car les éprouvettes se sont dilatées sous l'effet de la chaleur du frottement. Par
conséquent, une tolérance doit être prévue pour les effets de la dilatation thermique (changement du jeu) et de la
conductibilité thermique (fusion) lorsque les résultats sont évalués. Il convient, si possible, de contrôler la
température des deux éprouvettes.
Les polymères ont une température de transition vitreuse T qui dépend de leur structure chimique. À cette
g
température T , leurs caractéristiques physiques et leur comportement tribologique peuvent évoluer.
g
Les surfaces de polymères moulées par injection ont des propriétés différentes des surfaces usinées. Les
éprouvettes doivent être soumises à essai avec des états de surface identiques aux applications pratiques.
Les renforts et les charges, à savoir les fibres, peuvent conduire à une anisotropie très forte du matériau et
influencer son comportement à l'usure en fonction de l'orientation des fibres. Il convient que les éprouvettes aient
une orientation de fibre identique à celle de l'application pratique.
Afin d'éviter un frottement saccadé, le banc d'essai doit être très rigide et insensible aux variations.
Le comportement tribologique des polymères dépend très fortement de la combinaison de matériau, dont une partie
bouge et l'autre reste stationnaire. Le système d'essai doit être similaire à l'application pratique.
Les polymères présentent des processus d'usure différents de ceux des métaux. Il y a non seulement des
processus abrasifs avec des débris d'usure sous forme de poudre, mais aussi des processus adhésifs avec
création de couches de transfert qui peuvent être lisses ou rugueuses. De même, l'usure par défonçage et une
fusion ou une déformation plastique peuvent se produire. Par conséquent, l'usure ne peut être mesurée par
gravimétrie dans tous les cas, et l'état d'usure doit être apprécié après les essais (si les surfaces sont à grains fins
ou à gros grains, rayées ou arrachées, écaillées fondues ou plastiquement déformées).
Certains polymères peuvent présenter des résultats de faible répétabilité et nécessitent des essais répétés (six
répétitions ou plus).
La préparation et le traitement préparatoire des éprouvettes (par exemple le conditionnement, le stockage et le
nettoyage) peuvent exercer une grande influence sur la performance.
Avec certains thermoplastiques, par exemple les polyamides, les effets de la reprise d'humidité entraînent un
changement graduel des dimensions linéaires et modifient leurs caractéristiques mécaniques. Il convient en
conséquence de contrôler les paramètres d'environnement de la série d'essais. La reprise d'humidité rend
impossible le mesurage gravimétrique de l'usure.
Plus les conditions d'essai dévient de l'application effective, plus l'incertitude est grande quant à l'applicabilité des
résultats (voir Figures 1 et 2).
b) Système de guidage linéaire
a) Palier lisse sur arbre
Figure 1 — Simulation des contacts de frottement réels
3
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ISO 7148-2:1999(F)
a) Pion sur disque b) Cale sur anneau c) Sphère sur prisme
Figure 2 — Simulation dans des conditions d'essai approximatives et systèmes modèles
de présélection de matériaux
5 Méthodes d'essai
5.1 Généralités
Différentes méthodes d'essai sont fournies pour les essais conformément à la présente partie de l'ISO 7148 afin
que les géométries de contact suivantes soient disponibles. Il convient que les méthodes d'essai correspondent le
plus possible à l'application pratique.
5.2 Méthode d'essai A: Pion sur disque
Voir Figure 3.
Avantages:
essai de base d'éprouvettes simples;
essai des caractéristiques tribologiques;
aucune augmentation de la surface de glissement
due à l'usure;
classement initial des matériaux;
simulation de système de guidage linéaire @voir
Figure 1b)#.
Inconvénients:
le bord du pion risque d'essuyer le lubrifiant;
pas de moulage par injection du pion avec un
matériau avec renfort de fibre;
pas de moulage du disque en raison de problèmes
de rétrécissement.
Figure 3 — Méthode d'essai A: Pion sur disque
4
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ISO 7148-2:1999(F)
5.3 Méthode d'essai B: Cale (ou pion) sur anneau
Voir Figure 4.
Avantages:
essai de base d'éprouvettes simples;
essai des caractéristiques tribologiques;
pas d'augmentation de la surface de glissement due
à l'usure;
classement initial des matériaux;
avec ou sans lubrification.
Inconvénients:
pas de moulage de la cale en raison de problèmes
de rétrécissement et d'orientation de fibres;
le bord de la cale risque d'essuyer le lubrifiant;
pas de moulage par injection du disque en raison de
problèmes de rétrécissement.
Figure 4 — Méthode d'essai B: Cale (ou pion) sur anneau
5.4 Méthode d'essai C: Palier lisse sur arbre
Voir Figure 5.
Avantages:
meilleure simulation de tous les systèmes possibles;
essai de paliers d'origine ou cadrés;
prédiction de comportement pratique;
avec ou sans lubrification.
Inconvénients:
temps d'essai longs (des essais accélérés pouvant
provoquer une chaleur de frottement excessive);
alignement difficile du palier d'essai;
augmentation de la zone de surface de glissement
due à l'usure dans des conditions de lubrification
limite.
Figure 5 — Méthode d'essai C: Palier lisse sur arbre
5
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ISO 7148-2:1999(F)
5.5 Méthode d'essai D: Sphère sur prisme
Voir Figure 6.
Avantages:
essai de combinaisons polymère/polymère ou
polymère/métal;
avec ou sans lubrification (l'éprouvette contient un
réservoir de lubrifiant);
essai d'interaction de lubrifiants avec des
polymères;
éprouvettes moulées par injection disponibles;
autoréglage de l'alignement du couple de
glissement;
augmentation de la surface de glissement due à
l'usure en conditions de lubrification limite.
Inconvénients:
la déformation plastique peut affecter les résultats;
augmentation de la surface de glissement due à
l'usure en conditions sèches.
Figure 6 — Méthode d'essai D: Sphère sur prisme
6 Éprouvettes
6.1 Données requises
Pour une série d'essais, plusieurs éprouvettes d'un matériau doivent provenir du même lot, avec un état uniforme
après conditionnement et un apprêt uniforme de la surface de glissement. Les éprouvettes usinées et moulées par
injection peuvent entraîner des résultats différents, car la cristallinité peut varier avec la profondeur à partir de la
surface. Il convient de les soumettre à essai séparément.
Comme l'état structurel des matériaux conjugués constitue un facteur essentiel pour la répétabilité des résultats de
l'essai, les informations suivantes sont nécessaires :
a) la spécification et la composition du matériau, y compris les charges ou les détails du renfort de fibre (voir
l'ISO 6691);
b) la méthode de fabrication;
c) la structure, par exemple, la densité, le degré de cristallinité;
d) les caractéristiques mécaniques du matériau, par exemple la dureté Shore, la limite de compression à 0,2%
R (voir l'ISO 4385), la résistance à la compression R ;
d0,2 d,B
e) l'état de conditionnement, par exemple la teneur en humidité;
f) l'état de la surface et la rugosité de surface Ra, par exemple moulé par injection, usiné (voir l'ISO 2818), tourné,
moulé, chevauchant, poli, broyé.
6
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ISO 7148-2:1999(F)
6.2 Matériaux antifriction à base de polymère (pl)
Ils peuvent être fabriqués par moulage, moulage par injection ou par découpe d'une barre ou d'un tube à la
longueur ou par usinage de l'ensemble à partir de matériaux semi-finis ou par découpe dans des plaques
(composites) moulées par injection ou laminées.
Si les polymères renforcés de fibres doivent être soumis à essai, les fibres doivent être dans la même direction que
dans le produit fini, par exemple parallèles ou perpendiculaires à la surface de glissement.
6.3 Matériaux des composants conjugués
Tous les matériaux métalliques et à base de polymère peuvent être considérés comme des matériaux conjugués. Il
convient que le choix soit le même que pour l'application pratique. Dans les applications pratiques, tous les
systèmes sont possibles, par exemple boîte de vitesse en aluminium avec engrenages moulés par injection et
arbres en polyoxyméthylène (POM). Les matériaux conjugués doivent avoir le même couple de glissement, par
exemple un disque rotatif en POM ou une bille sur pion ou prisme fixe en aluminium. Dans ce cas, la combinaison
inverse pion en POM sur disque en aluminium entraînerait des erreurs d'évaluation.
6.4 Dimensions des éprouvettes
Si des dimensions différentes de celles décrites ci-dessous sont utilisées, les résultats peuvent ne pas être
comparables en raison des effets des films de transfert et de la dissipation thermique.
6.4.1 Disque
Le disque doit avoir les dimensions recommandées suivantes:
Diamètre extérieur: 110 mm
Diamètre intérieur: 60 mm
Rayon de la glissière: (51,5 ± 0,2) mm
Largeur: 10 mm
La forme de base du disque est identique à celle de l'anneau de la butée à rainures profondes à billes, situé sur le
côté de l'arbre.
6.4.2 Anneau
L'anneau doit, de préférence, avoir un diamètre extérieur de 40 mm et une largeur correspondant au moins à la
largeur de la cale.
6.4.3 Pion
Le pion doit, de préférence, avoir un diamètre de 3 mm pour les matériaux moulés par injection. Pour les matériaux
renforcés de fibres, un diamètre supérieur est recommandé.
Si un pion d'un diamètre supérieur à 7 mm est utilisé, le rayon de la glissière doit être réduit, ou le diamètre du
disque augmenté. Des moyens doivent être prévus pour éviter la rotation du pion.
La longueur libre du pion ne doit pas excéder 2 mm. En raison de ses dimensions, il est possible de fabriquer le
pion de polymère de 3 mm de diamètre à partir d'un barreau éprouvette conforme à l'ISO 1184 ou à l’ISO 527-2.
Cela permet d'établir une corrélation entre les essais d'usure et les essais de résistance.
6.4.4 Cale
Il convient que la cale ait des dimensions recommandées de base de 10 mm · 10 mm · 20 mm. Si un composant
suffisamment grand n'est pas disponible, une cale de 10 mm de longueur peut exceptionnellement être utilisée. La
rugosité de la cale dépend des conditions d'usinage, par exemple du fraisage ou du tournage. Il convient que le
rayon de la surface de frottement de la cale soit au minimum égal à 1,001 fois le rayon de l'anneau. Si le rayon
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maximal excède 1,003 fois le rayon de l'anneau (contact entre lignes), la période de rodage peut être prolongée
exagérément (voir 11.1).
6.4.5 Sphère
La sphère doit, de préférence, avoir un diamètre de 12,7 mm. Les thermoplastiques peuvent être moulés par
injection (voir Figure 7). Les sphères en métaux sont disponibles dans le commerce (billes pour roulements à billes
ou valves).
Dimensions en millimètres
Légende
1 Structure à six méplats avec trou cylindrique
2 Position du point d'injection
Figure 7 — Exemple de sphère moulée par injection
6.4.6 Prisme
Il existe une forme recommandée pour le prisme. En cas de moulage par injection, l'éprouvette de prisme doit avoir
une épaisseur de paroi uniforme (2 mm) et un support métallique (voir Figure 8) afin d'éviter toute déformation. Des
plaques découpées peuvent également être insérées dans un montage spécial (voir Figure 9).
6.4.7 Palier lisse
La bague du palier lisse peut être fabriquée par usinage et par moulage par injection. En fonction de l'équipement
d'essai utilisé, il est possible d'utiliser des paliers lisses de diamètres intérieurs différents, les diamètres intérieurs
recommandés étant 20 mm, 5 mm ou 1 mm (cette dernière valeur étant utilisée pour des applications spéciales) et
le rapport largeur/diamètre étant de 0,75 ou 1.
8
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Le diamètre, le jeu, l'épaisseur de paroi et le type de palier utilisé (palier avec bague ou demi-coussinet) doivent
être indiqués dans le rapport d'essai. Il convient que les paliers lisses plus petits aient une bride permettant de les
fixer sur le montage (voir Figure 10). La surface de glissement doit être située dans la partie cylindrique du palier
lisse.
Dimensions en millimètres
Légende Légende
1 Renfort en métal 1 Support métallique
2 Position du point d'injection 2 Plaque usinée
Figure 8 — Exemple de prisme moulé par injection Figure 9 — Exemple de plaques usinées, insérées
dans un support métallique
Légende
1 Bride
2 Surface de glissement
Figure 10 — Exemple de palier lisse moulé par injection avec gradin et chanfrein dans l'alésage
9
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6.4.8 Arbre
L’arbre utilisé pour l'essai doit être fabriqué avec une tolérance maximale de battement circulaire de 1 μm et une
circularité inférieure ou égale à 5 μm. Sans tenir compte de l'équipement d'essai utilisé, on doit s'assurer que les
éprouvettes fixées sur l'équipement d'essai (bague d'essai et arbre) présentent une déviation angulaire maximale
de 0,05° avant l'essai et en l'absence de force normale. Le diamètre de l'arbre (à savoir le jeu du palier) doit être
suffisant pour permettre une dilatation thermique de la bague (risque d'obturation de l'alésage conduisant à un
coinçage) et dépend de l'épaisseur de paroi, de la température de fonctionnement et des caractéristiques du
matériau. Le jeu radial (à froid) peut varier de 0,003 à 0,01 fois le diamètre de l'arbre, tout en restant aussi faible
que possible afin d'éviter un coinçage.
6.5 Préparation des éprouvettes
La préparation s'applique aux matériaux antifriction et conjugués.
Immédiatement avant l'essai, un mode opératoire de nettoyage doit être réalisé afin d'éviter toute influence sur le
comportement au glissement pouvant résulter des résidus des solutions de découpage et d'autres substances
pouvant avoir été utilisées dans les surfaces de glissement dans la fabrication des éprouvettes.
Après le mode opératoire de nettoyage, les surfaces de glissement qui seront en contact avec les éprouvettes ne
doivent pas être touchées, ni avec la main ni avec un outil.
Les modes opératoires de nettoyage suivants doivent être suivis.
Brosser les particules susceptibles de s'arracher des éprouvettes. Ensuite, immerger les éprouvettes dans trois
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bains séparés d'un solvant de qualité supérieure (avec un volume maximal d'impuretés de 5 ´ 10 %), adapté
au type de matériau devant être soumis à essai. Les solvants adaptés sont, par exemple, le 2-propanol,
l'éthanol, l'acétone, les fluorocarbones, certaines solutions aqueuses ou le cyclohéxane. Dans tous les cas, il
faut assurer la compatibilité entre le matériau plastique et le solvant. Les données relatives au mode opératoire
de nettoyage et au solvant sélectionné doivent figurer dans le rapport d'essai.
Les éprouvettes doivent être séchées dans une étuve à une température maximale de 60 °C.
Les éprouvettes de polymère qui sont affectées par l'humidité, par exemple éprouvettes en polyamides, doivent
être préconditionnées avant l'essai dans une atmosphère normale (23 °C et 50 % d’humidité relative) pendant
une période de 24 h.
Cette méthode de nettoyage ne peut être réalisée dans tous les cas, par exemple pour les matériaux
thermoplastiques amorphes qui présentent des incompatibilités avec les solvants ou les polymères ayant un
lubrifiant incorporé ou des fibres poreuses. On doit les usiner à sec (sans liquide de coupe) ou les mouler par
injection sans agent de démoulage. Les surfaces de glissement ne doivent pas être touchées à la main.
7 Méthode et équipement d'essai
7.1 Généralités
Afin de donner aux fabricants et utilisateurs de matériaux à base de polymère pour les paliers lisses l'opportunité de
simuler différentes applications pratiques, différentes méthodes d'essai sont normalisées.
La présente partie de l'ISO 7148 établit les méthodes d'essai pour les catégories suivantes:
essai de base d'éprouvettes simples;
essai pratiques approximés d'éprouvettes simples;
essai d'un composant original ou d'une unité à échelle réduite.
Cela signifie que la présente partie de l'ISO 7148 propose uniquement des essais avec des essais de base ou des
essais de simulation au choix. La dernière variante mentionnée ci-dessus (essais d'un composant original) permet
d'utiliser des composants originaux comme éprouvettes, par exemple des paliers lisses constitués de matériaux
thermoplastiques à taille réelle.
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7.2 Méthode d'essai A: Pion sur disque
L'essai doit être réalisé avec des pions conformes à 6.4.3 et des disques conformes à 6.4.1.
L'axe maintenant le disque doit être fixé sur le palier rotatif de précision sans jeu. La propulsion électrique doit
permettre un ajustement continu du réglage de la vitesse. Sinon, il doit être possible d’obtenir un mouvement de
translation en forme d'arc en adoptant un fonctionnement oscillatoire. Le support de l'éprouvette, qui doit avoir une
résistance à la flexion appropriée, doit être équipé d'un guidage sans jeu et avec peu de frottement. Le dispositif de
chargement doit permette de maintenir la force à un niveau constant, de l'augmenter en continu ou d'utiliser un
chargement progressif.
Les variables mesurées sont le coefficient de frottement, le taux d'usure et une température de référence pour la
température des éprouvettes. Il est recommandé d'ajuster un thermocouple dans le pion. Il convient de spécifier la
position du mesurage de la température dans le rapport d'essai. Le coefficient de frottement est obtenu à partir de
la détermination de la force de frottement. L'usure est mesurée au niveau du pion en déterminant le volume linéaire
de matériau éliminé par usure (mesurage continu ou intermittent). À la fin de l'essai, l'usure doit être confirmée par
des mesurages dimensionnels du disque et du pion afin d'identifier le film de transfert ou l'usure du disque.
Une sonde de température touchant le côté opposé du disque, correspondant au rayon de la glissière du pion, doit
être utilisée pour mesurer la température globale du disque. La température presque stable mesurée à ce point est
approximativement proportionnelle à la chaleur de frottement, et peut servir de moyen de suivi du comportement à
la température.
Pour les essais nécessitant une température constante de la surface de glissement, il convient de réguler la
température du disque.
7.3 Méthode de contrôle B: Cale sur anneau
L’essai du principe cale sur anneau doit être réalisé sur des cales préformées (conformes) conformément à 6.4.4 et
des anneaux conformément à 6.4.2. Un anneau isolé thermiquement, ayant un battement radial maximal de 25 μm,
doit être fixé sur un arbre moteur doté d'un réglage continu de la vitesse. La cale doit être placée dans un support
autoajustable qui peut être chargé en continu ou par pal
...
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