TROISIÈME PARTIE :
TROISIÈME PARTIE :
La composition chimique d'un lubrifiant pour vélo est d'une importance fondamentale pour sa capacité à réduire les frottements ou l'usure. Qu'il soit formulé pour la performance ou la durabilité, le mélange d'huiles de base et d'additifs définit la capacité d'un lubrifiant à accomplir sa tâche.
Sous la surface d'un lubrifiant se cache un monde complexe. L'interaction des composants chimiques se déroule au niveau moléculaire dans un monde invisible à l'œil humain. Les relations qu'ils entretiennent, leur capacité à travailler ensemble (" synergie ") ou à neutraliser l'effet de l'autre (" antagoniste ") font partie des nombreux facteurs pris en compte par les scientifiques de Muc-Off.
Absorption, viscosité, pouvoir lubrifiant, solubilité et même volatilité : ces considérations et bien d'autres sont du ressort du chimiste industriel. La température et la pression, la vitesse et la charge, la dureté et la finition de surface figurent parmi une multitude de facteurs qui peuvent affecter les performances du lubrifiant, qu'il soit mélangé pour des raisons de performance ou de durabilité.
Nos recherches avec le Laboratoire du Chimiste du Gouvernement (LGC) et le Laboratoire National de Physique (NPL) ont joué un rôle déterminant dans le développement d'un nouveau protocole pour identifier les composants chimiques les plus utilisés dans un processus réalisé avec la chromatographie en phase gazeuse et la spectrométrie de masse (GC/MS) et la spectrométrie de masse à sonde d'analyse des solides atmosphériques (ASAP-MS).
Le processus de création d'un nouveau lubrifiant prend du temps. Les additifs individuels doivent être sélectionnés et testés pour voir non seulement comment ils fonctionnent seuls, mais aussi dans la formule. Chaque amendement doit être testé plusieurs fois, les données sont ensuite analysées et une décision est prise sur ce qu'il faut essayer ensuite. L'équipe de R&D doit reformater le banc d'essai à chaque fois qu'un ingrédient change. C'est un processus minutieux, mais qui donne les résultats les plus complets et, en fin de compte, le meilleur lubrifiant possible.
Lors du développement d'un lubrifiant pour chaîne, un certain nombre de décisions doivent être prises concernant la formulation finale. Il est important de comprendre qu'une formulation peut contenir aussi peu ou autant de composants individuels que nécessaire, en fonction des exigences du lubrifiant. Par exemple, disons que vous souhaitez formuler un lubrifiant pour chaîne qui soit à la fois efficace et durable. Tout d'abord, tu dois déterminer le type de lubrifiant à utiliser : à base d'eau ou à base d'huile. Quel que soit le type de lubrifiant choisi, il existe une large gamme de fluides de base qui peuvent être sélectionnés.
Étant donné que l'efficacité et la durabilité sont les exigences de performance du lubrifiant, les propriétés clés que le lubrifiant doit avoir sont de bonnes propriétés d'usure et un faible frottement. Pour y parvenir, vous devez sélectionner les produits chimiques (additifs) qui seront responsables de l'amélioration des propriétés de frottement et d'usure. En substance, vous devrez sélectionner des modificateurs de frottement appropriés (pour un faible frottement) et des additifs anti-usure (pour une faible usure). Dans ce scénario, vous pouvez utiliser un type de modificateur de frottement ou une combinaison de deux ou plusieurs. On peut en dire autant des additifs anti-usure.
Outre le choix du type d'additifs à utiliser, une autre décision doit être prise concernant la concentration des différents additifs dans la formulation. Si par hasard le formulateur parvient à déterminer la combinaison d'additifs avec leurs concentrations optimales, il doit également faire face au défi supplémentaire de l'esthétique du lubrifiant. Cela comprend des éléments tels que la couleur et le parfum, qui peuvent dans certains cas s'avérer nécessaires afin de masquer toute forte odeur de l'additif ou du mélange d'huile de base.
Tous les lubrifiants sont composés d'une huile de base et d'additifs. Parfois, plusieurs huiles de base sont utilisées. L'huile de base occupe toujours la plus grande partie d'un lubrifiant. Le choix des huiles de base parmi lesquelles nos chimistes peuvent choisir est vaste. Le choix est toujours critique et dépend fortement de l'expérience.
La relation entre une huile de base et les additifs est également définie par l'objectif. Tandis que l'huile de base a pour fonction de lubrifier la chaîne, les additifs remplissent des fonctions spécifiques. Il n'existe pas de méthode théorique permettant de calculer la proportion correcte d'huile de base et d'additif. L'expérience du chimiste est essentielle. Pour les moins expérimentés, la présence de sédiments (additifs non dissous) est un signe évident de déséquilibre proportionnel.
jeIl est bien sûr possible d'inverser la proportion d'huile de base et d'additif et de formuler un lubrifiant entièrement à partir d'additifs. Cependant, la véritable performance d'un lubrifiant réside autant dans son mélange que dans ses composants.
Un lubrifiant performant réduit les frottements. Sa capacité à le faire dépend de la sélection minutieuse de composants chimiques de pointe. Les modificateurs de frottement sont nombreux et variés, mais les principales catégories comprennent les modificateurs de frottement organiques, les modificateurs de frottement polymères, les micro-nanoparticules et les modificateurs de frottement organo-molybdène. Les modificateurs de frottement organiques sont généralement créés à partir d'acide oléique, d'oléylamide ou d'acide stéarique, mais il existe d'autres variétés. Ces modificateurs de frottement (composés chimiques) se composent d'une tête polaire et d'une queue non polaire. Les têtes polaires sont attirées par les surfaces de frottement réactives qui partent. Les queues non polaires s'étendent vers l'extérieur à partir des deux surfaces, formant un plan de cisaillement à faible frottement où elles se rencontrent. Ce plan de cisaillement à faible frottement est responsable de la réduction du frottement.
Les modificateurs de friction polymères peuvent contenir un composé méthacrylate d'alkyle. Leur fonction et leur comportement ont le même objectif dans un lubrifiant pour vélo qu'un modificateur de friction organique : les têtes polaires se fixent à la surface du lubrifiant pour former un plan de cisaillement à faible friction.
Les nanoparticules, ou " microparticules ", sont plus complexes. Leur comportement varie selon le type. Certaines forment des plans de cisaillement à faible frottement comme ceux décrits précédemment, tandis que d'autres, comme le PTFE, ont des propriétés intrinsèques de réduction du frottement dérivées de leur capacité à " rouler " au contact. Toutes les nanoparticules partagent une propriété insoluble qui signifie qu'elles se compactent, plutôt que de se dissoudre dans le lubrifiant, ou se sédimentent en fonction de la densité et montent à la surface du lubrifiant.
Diagramme du modificateur de friction des polymères
Un lubrifiant formulé pour augmenter la durabilité le fait en réduisant l'usure. Les tribofilms ne sont qu'une méthode parmi d'autres, et ils sont formés grâce à la présence d'additifs anti-usure. Une autre méthode consiste à créer des formules avec des additifs à poids moléculaire élevé. Ces composants à " longue chaîne " forment des structures semblables à des fibres qui créent une " seconde surface ", séparant les zones de contact de la transmission de quelques microns seulement. Un contact réduit signifie naturellement une usure réduite.
Notre capacité à déterminer les composants chimiques des principaux lubrifiants est l'une des réalisations les plus importantes de notre projet de recherche avec LGC et NPL - c'est l'innovation à son apogée. Les procédés utilisés pour rétroconcevoir une formule chimique étaient la chromatographie en phase gazeuse et la spectrométrie de masse (GC/MS) et la spectrométrie de masse à sonde d'analyse des solides atmosphériques (ASAP-MS).
Comme son nom l'indique, la chromatographie en phase gazeuse et spectrométrie de masse (GC/MS) consiste à mesurer le comportement du lubrifiant lorsqu'il est chauffé jusqu'à son point d'ébullition. Il est d'abord mélangé à un solvant et injecté dans la colonne de chromatographie d'une machine d'analyse très sophistiquée, qui contient également du gaz, de l'oxygène ou un " énergisant " tel que l'argon ou l'hélium. L'introduction de l'échantillon dans la colonne expulse le gaz.
La spectrométrie de masse à sonde d'analyse des solides atmosphériques (ASAP-MS) est similaire à l'analyse par chromatographie gazeuse décrite ci-dessus, mais elle est réalisée à des températures plus élevées et utilisée lorsque l'analyse par chromatographie gazeuse n'a pas permis d'identifier certains composants chimiques. Les deux fournissent un spectre pour l'analyse.
Mais nous n'avons pas besoin de procéder à une rétro-ingénierie continue des produits de nos concurrents. Ayant identifié les composants chimiques les plus couramment utilisés, nous pouvons enrichir notre documentation de tests et accélérer le développement de nos propres formules.
La gamme des lubrifiants est vaste. Peu d'entre eux aident le cycliste à surmonter un si large éventail de défis. La plupart des produits pour vélo ne résolvent qu'un seul problème. Le lubrifiant pour chaîne peut contribuer à la performance, à la durabilité et à la protection, selon la formule.
Mais certains défis ne peuvent pas être surmontés par un lubrifiant. Des routines d'entretien médiocres, des inefficacités mécaniques et des conditions climatiques pour lesquelles le lubrifiant n'est pas optimisé peuvent mettre à mal même la formule la plus avancée. Choisis ton lubrifiant avec soin et utilise-le dans le cadre d'une routine d'entretien régulière et complète pour des performances optimales.
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