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Jul 29, 2023

Résine PAI utilisée dans le pignon de came

Personnel de PlasticsToday | 29 Oct 2015 Une résine polyamide-imide (PAI) de Solvay

Personnel de PlasticsToday | 29 octobre 2015

Une résine polyamide-imide (PAI) de Solvay Specialty Polymers (Alpharetta, GA) a été utilisée pour remplacer le métal conventionnel dans la fabrication d'une conception innovante de pignon de came pour le projet Polimotor 2. Solvay est le principal sponsor matériel de ce projet technique très attendu, qui vise à concevoir et fabriquer en 2016 un moteur tout plastique de nouvelle génération pour la compétition.

« Le Torlon PAI de Solvay a joué un rôle essentiel dans le succès de notre premier moteur Polimotor au début des années 1980 ; et l'étendue, les performances et la polyvalence de la technologie des matériaux de l'entreprise se sont définitivement développées depuis lors », a déclaré le chef de projet Matti Holtzberg, qui est également président de Composite Castings (West Palm Beach, FL). « Les progrès continus de Solvay offrent la base d'une innovation encore plus grande dans Polimotor 2 aujourd'hui, où son Torlon PAI rempli de fibre de carbone a permis le développement d'un pignon d'arbre à cames mécaniquement solide, mais extrêmement léger. Ce n'est que la première de plusieurs nouvelles applications révolutionnaires utilisant la technologie des matériaux avancés de Solvay que nous prévoyons d'annoncer dans les mois à venir.

Les pignons de came sont fixés à une extrémité de l'arbre à cames dans un moteur à combustion automobile et, avec la courroie de distribution, aident à maintenir la synchronisation entre l'arbre à cames et le vilebrequin. Malgré une exposition constante à un couple élevé, des températures extrêmes et des vibrations, ainsi qu'à la saleté, aux fluides automobiles et au sel de voirie, les pignons à came doivent fournir de manière fiable un contrôle précis de la synchronisation pour maintenir des performances optimales du moteur. Si ces pignons surchauffent, s'écaillent, perdent leur forme ou ne fonctionnent pas de manière fiable sous charge, tout, de la manivelle aux pistons, peut rapidement cesser de fonctionner correctement.

Les pignons à came sont généralement fabriqués à partir d'acier fritté, d'aluminium ou parfois de polymères phénoliques thermodurcissables. Cependant, Polimotor 2 a choisi de mouler les pignons à came à dents droites de son moteur en utilisant le Torlon 7130 PAI renforcé à 30 % de fibre de carbone de Solvay - une qualité ultra-haute performance lancée par Solvay longtemps après la précédente itération de Polimotor dans les années 1980.

En tant que classe de matériaux, le Torlon PAI de Solvay offre la résistance, la rigidité et la résistance à la fatigue les plus élevées de toutes les technologies thermoplastiques jusqu'à 525° F (275° C). Le Torlon 7130 PAI, en particulier, offre l'équilibre le plus optimal de la gamme de ces propriétés mécaniques, avec une résistance spécifique de 5,4 x 105 in-lbf/lb (1,4 105 J/kg) et une rigidité spécifique de 6 x 107 in-lbf/lb (15 106 J/kg). L'acier inoxydable, en revanche, offre une résistance et une rigidité spécifiques de 3,1 x 107 in-lbf/lb (0,8 106 J/kg) et de 9,7 x 107 in-lbf/lb (24 106 J/kg), respectivement.

Concrètement, cela permet au pignon à came Polimotor 2 fabriqué à partir de Torlon 7130 PAI d'offrir des propriétés mécaniques comparables avec une réduction de poids de 75 % par rapport à un pignon à came en acier inoxydable de taille similaire qui pèse 2,4 lb (1,1 kg).

Contrairement aux métaux, le Torlon 7130 PAI ne conduit pas la chaleur, ce qui contribue à prolonger la durée de vie de la courroie. Il élimine également l'écaillage potentiel du pignon, ce qui peut être un problème lors de l'utilisation de matériaux phénoliques car ils sont plus cassants. Enfin, le PAI haute performance de Solvay offre une excellente résistance à la fatigue et des performances d'usure exceptionnelles à des pressions et des vitesses élevées, réduisant ainsi le bruit et les vibrations, et offre une large résistance chimique aux fluides automobiles.

"La sélection innovante de Torlon PAI à haute résistance, léger et résistant à la fatigue par rapport à l'acier fritté traditionnel ou à l'aluminium a été essentielle pour notre capacité à développer un nouveau système d'entraînement de train de soupapes à la pointe de la technologie pour Polimotor 2", a déclaré Fraser Lacy, spécialiste principal en ingénierie pour Gates Corp.

Le Torlon PAI et d'autres polymères hautes performances de Solvay connaissent une forte adoption en tant qu'option de remplacement du métal dans les moteurs automobiles, à mesure que les équipementiers réduisent leur taille et leur vitesse. Les polymères avancés de Solvay offrent une plus grande efficacité grâce à la réduction de poids pour permettre aux équipementiers de se conformer aux réglementations plus strictes en matière d'économie moyenne de carburant des entreprises (CAFÉ) et aux normes d'émissions de CO2 plus strictes, qui sont toutes deux considérées comme des priorités absolues pour l'industrie automobile au cours de la prochaine décennie.

« L'un des polymères les plus performants du portefeuille automobile de Solvay, le Torlon PAI a fait ses preuves dans les transmissions automatiques commerciales et les transmissions à double embrayage, où des pressions et des vitesses plus élevées nécessitent des matériaux à plus haute température avec une excellente résistance, rigidité et résistance à la fatigue », a déclaré Brian Baleno, responsable mondial de l'activité automobile pour Solvay Specialty Polymers. "Un domaine notable est le remplacement du métal pour les roulements à aiguilles où le Torlon® PAI permet d'économiser à la fois du poids et de l'espace, permettant aux transmissions d'être plus petites que les pièces moulées en aluminium comparables, ce qui contribue à réduire les émissions de CO2 et à réduire les coûts."

Le projet Polimotor 2 vise à développer un moteur CAM à quatre cylindres entièrement en plastique qui pèse entre 138 et 148 lb (63-67 kg), soit environ 90 lb (41 kg) de moins que le moteur de production standard actuel. En plus de l'application actuelle de pignon de came, le programme révolutionnaire de Holtzberg s'appuiera sur la technologie avancée des polymères de Solvay pour développer jusqu'à dix pièces de moteur. Il s'agit notamment d'une pompe à eau, d'une pompe à huile, d'une entrée/sortie d'eau, d'un corps de papillon, d'une rampe d'alimentation en carburant et d'autres composants hautes performances. Les matériaux Solvay ciblés pour une utilisation comprennent le polyphtalamide Amodel (PPA), le polyétheréthercétone KetaSpire (PEEK), le polyaryléthercétone AvaSpire (PAEK), le polyphénylsulfone Radel (PPSU), le sulfure de polyphénylène Ryton (PPS) et les fluoroélastomères Tecnoflon VPL.

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