Comment la température affecte-t-elle le coefficient de friction des câbles ?

Variabilité du coefficient de friction

Le coefficient de friction (CDF) entre le câble et le conduit est un facteur critique qui influence directement la tension du câble pendant l’installation. La valeur dépend de la gaine de câble et du matériau du conduit. D’autres études ont montré l’influence de la pression latérale sur le CDF. Elle est également influencée par d’autres facteurs lors de l’installation. Un facteur environnemental commun est la température des matériaux. L’expérience sur le terrain a montré qu’à des températures plus élevées, le coefficient de friction augmente, vraisemblablement en raison de changements dans la dynamique de surface du câble ou du conduit.

Études de température

Bien qu’il soit largement admis que les températures élevées augmentent la friction du câble, les recherches étaient limitées. De nouvelles recherches, résumées ci-dessous, permettent de mieux quantifier l’effet de la température sur le CDF. Cette nouvelle étude mesure le CDF dans une large gamme de températures, confirmant que les températures élevées augmentent la friction et que les lubrifiants minimisent cet impact.

Essai de la table de friction

Les valeurs de CDF ont été mesurées à une gamme de températures en utilisant la méthode de la table de friction. Polywater® a collecté et analysé des milliers de mesures en utilisant cette méthode d’essai depuis de nombreuses années. La quasi-totalité de ces essais a été réalisée dans des conditions ambiantes entre 18 et 24 °C (65 – 75 °F). Cette méthode d’essai standard a été utilisée pour produire de nouvelles données couvrant une plage de température beaucoup plus large, de -40 à 50 °C (-40 à 122 °F).

Pour cette recherche, les conduits et les câbles ont été refroidis dans de la glace sèche avant les essais afin de simuler des surfaces froides. Les essais de friction se sont poursuivis pendant que les câbles se réchauffaient jusqu’aux conditions ambiantes, et la température de surface a été enregistrée au début de chaque essai à l’aide d’un thermomètre infrarouge. Pour simuler des températures chaudes, les conduits et les câbles ont été conditionnés dans un four à 50 °C (122 °F) pendant une heure avant l’essai. Tous les essais ont été réalisés en utilisant une force normale standard de 298 Kgf/m (200 lbf/pi).

Les graphiques 1 à 3 ci-dessous montrent les résultats de ces essais sur trois types de câbles différents. Il existe quelques variations entre les types de câbles, mais pour chaque série, le CDF augmente à environ 38 °C (100 °F). Dans certains cas, la friction augmente également à très basse température. Comme prévu, le lubrifiant réduit le CDF global. Plus important encore, l’augmentation du CDF avec une température plus élevée pour les câbles lubrifiés n’est que minime. Le lubrifiant réduit considérablement l’impact désormais documenté des variations externes de température.

Les graphiques 1 à 3 montrent l’impact de la variation de température sur le CDF. Si cette augmentation est spectaculaire pour les câbles non lubrifiés, elle est minime une fois les câbles lubrifiés.

Production de chaleur par friction

Dans l’étude de température suivante, il n’y a pas eu de changement délibéré de la température ambiante. Un essai de bobine a été effectué pour mesurer l’augmentation de température due aux forces de friction. Le câble a été tiré à une vitesse de 18,3 m/min (60 pi/min) à travers 420° d’enroulement de conduit. Le câble a été tiré avec et sans lubrifiant pendant 20 répétitions afin de simuler des tirages plus longs. À la fin de chaque tirage, la température de surface du câble a été mesurée et enregistrée à l’aide d’un thermomètre IR.

Pour le câble tiré sans lubrifiant, la température a augmenté d’un demi-degré Fahrenheit après chaque essai de tirage. Du début à la fin, la température a augmenté de 9 °C (17 °F). Avec l’utilisation de lubrifiant, la température n’a pratiquement pas changé au cours des 20 répétitions. En réduisant la friction, le lubrifiant réduit également l’effet thermique des forces de friction. Les lubrifiants peuvent également agir pour absorber et dissiper la chaleur. Voir les graphiques 4 et 5 ci-dessous.

Graphique 4 : La température augmente avec chaque répétition de tirage pour un câble non lubrifié.

Graphique 5 : La température reste stable à chaque répétition de tirage pour un câble lubrifié.

Ainsi, même en cas de tirage à température ambiante, la température de surface peut s’élever en raison des forces de friction. Les lubrifiants réduisent cette production de chaleur. D’après les travaux précédents, nous savons que l’augmentation de la température augmente le CDF. Les résultats de l’essai de répétition le montrent également. Pour les tirages non lubrifiés, le CDF augmente avec chaque itération. Pour les tirages lubrifiés, le CDF reste stable. Voir le graphique 6. Le fait que les lubrifiants réduisent la production de chaleur est un avantage supplémentaire de la lubrification des câbles.

Graphique 6 : Le lubrifiant maintient le CDF au même niveau sur plusieurs répétitions, alors que le CDF du câble non lubrifié augmente à chaque répétition.

Le lubrifiant réduit la variabilité du coefficient de friction

Les lubrifiants pour câbles réduisent le CDF et permettent par conséquent d’allonger les distances d’installation des câbles, qu’ils soient tirés ou soufflés. Les lubrifiants réduisent également la production de chaleur. Un autre avantage, observé ici, est que la variabilité du CDF due aux fluctuations de température est réduite. Il n’est pas toujours possible de contrôler les conditions d’environnement et de température où les câbles sont installés. Il est possible de spécifier et d’utiliser un lubrifiant pour câbles. Les lubrifiants pour câbles permettent de mieux prévoir les performances.

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