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© SNCP 2009 La formulation des caoutchoucs De la nécessité de formuler La for

© SNCP 2009 La formulation des caoutchoucs De la nécessité de formuler La formulation s’impose dans la mesure où les caoutchoucs bruts, même vulcanisés, ne possèdent pas les propriétés nécessaires à des applications industrielles. Il existe cependant quelques exceptions. C’est le cas du caoutchouc naturel qui peut être utilisé à l’état de mélange « pure gomme » pour produire des gants ou des préservatifs. En règle générale, il est donc nécessaire d’ajouter aux élastomères de nombreux ingrédients (de 10 à 20), qualifiés d’additifs, ayant tous un rôle bien défini. Classiquement, ces additifs sont classés de la façon suivante : • Les charges : noirs de carbone, silices, kaolins, craies. Elles servent à renforcer le mélange et / ou en diminuer son prix de revient, • Les plastifiants : huiles. Ces produits facilitent la mise en œuvre du mélange ainsi que sa tenue au froid, • Les agents vulcanisants, les accélérateurs et les activateurs. Ces ingrédients déterminent le succès de l’opération de vulcanisation, • Les protecteurs : dérivés aminés ou phénoliques. Ils ont pour rôle de protéger l’élastomère contre l’oxygène et l’ozone, • Les ingrédients divers : agents de mise en œuvre, ignifugeants, agents gonflants, agents desséchants, colorants… Les formules de mélanges sont données en poids pour cent parties d’élastomères. Exemple de formulation SBR 100 Elastomère de base Noir de carbone 50 Renforcement Huile 15 Plastifiant Soufre 1,5 CBS (sulfénamide) 1,5 Système de TMTD (thiurame) 0,5 de Acide stéarique 2 vulcanisation Oxyde de Zinc 5 Antioxygène 2 Protection Antiozone 2 Protection Source : IFOCA – Exemple : pour 1 kg d’élastomère, 500 gr de noir de carbone, 150 gr d’huile, 15 gr de soufre… © SNCP 2009 La formulation des caoutchoucs Le mélangeage Le mélangeage, appelé également « malaxage » consiste à plastifier la gomme brute, à introduire dans un ordre déterminé les différents ingrédients du mélange, puis à les disperser de façon aussi homogène que possible. On utilise pour cela des mélangeurs soit externes (également appelés « ouverts » ou « à cylindres »), soit interne (cuve comportant des rotors), soit à « vis » (extrudeuse bi-vis). La mise en forme Mise en forme et vulcanisation sont deux opérations étroitement liées. Elles s’effectuent de façon presque simultanée dans le cas du moulage, de façon continue ou différé dans le cas de l’extrusion ou du calandrage. A l’instar de la formulation, la mise en forme est une opération délicate qui nécessite savoir-faire et tour de main. • Le moulage. Cette technique permet d’obtenir, à l’aide d’une presse et d’un moule, n’importe quelle forme de pièce à condition que celle-ci soit de taille raisonnable. Elle permet également l’insertion dans le caoutchouc de supports ou renforts métalliques ou textiles. Le temps de moulage dépend non seulement de la formulation du mélange, mais aussi de la température ainsi que du type de presse et de moule. • L’extrusion. C’est la technique de fabrication de semi-produits la plus employée. Elle permet d’obtenir des profilés (tuyaux, joints d’étanchéité, câbles…) qui seront ensuite vulcanisés. Cette méthode permet d’obtenir des pièces de grande longueur par rapport à leur section. L’extrudeuse se compose d’un corps cylindrique dans lequel tourne une vis sans fin. Au bout de l’extrudeuse se situe la filière, pièce métallique qui va déterminer la géométrie du profilé. • Le calandrage. Il a pour objectif de mettre le mélange en feuilles minces (3 mm maximum) et de recouvrir de caoutchouc un textile ou des fils métalliques. Ces composites calandrés sont largement utilisés dans la fabrication de pneumatiques (carcasses), bandes transporteuses, draps d’hôpitaux, vêtement de pluie... Pour réaliser de faibles épaisseurs (quelques dixièmes de millimètre), on utilise une technique voisine, l’enduction, qui consiste à déposer le caoutchouc sous forme liquide sur un support généralement textile. © SNCP 2009 La formulation des caoutchoucs Des produits composites Un mélange cru de caoutchouc est souvent associé à d’autres matériaux de renforcement pour produire, après vulcanisation, un produit semi-fini ou fini. C’est bien sur le cas du pneumatique, mais aussi des tuyaux, des courroies de transmission, bandes transporteuses… Le caoutchouc a en effet besoin d’être renforcé pour certaines applications par des fibres longues – nappes ou câblés métalliques, polyester, nylon (utilisables également en fibres courtes)…- pour améliorer sa résistance mécanique. Il est par ailleurs souvent associé à des inserts métalliques, notamment pour la production de pièces techniques destinées à l’automobile. Vulcanisation L’usage du caoutchouc, jusqu’au milieu du XIXème siècle, est limité du fait de plusieurs défauts qui le cantonnait dans un rôle de simple objet de curiosité. En hiver avec le froid, le caoutchouc brut durcit et devient friable. En été, il ramollit, devient poisseux et sent mauvais. Pour limiter sa sensibilité thermique et stabiliser ses propriétés, l’Américain Charles Goodyear met au point, en 1839, la technique de vulcanisation. L’opération consiste à ajouter du soufre au caoutchouc et à le « cuire » quelques instants. Cette mise au point va ouvrir la voie à la multiplication des applications à base de caoutchouc. La vulcanisation est une réaction chimique se produisant généralement à température élevée (140 –200 °C) Elle crée un réseau tridimensionnel grâce à la formation de liaisons chimiques «ou ponts» entre les chaînes macromoléculaires. Cette opération est irréversible. Les conséquences sur le caoutchouc sont les suivantes : • Amélioration considérable de l’élasticité et dans une moindre mesure des propriétés mécaniques, • Amélioration de la tenue thermique, ce qui supprime sa thermoplasticité (le caoutchouc ne peut plus ainsi « s’écouler » avec la chaleur). Il existe différents types d’agents vulcanisants. Le plus classique et ancien repose sur l’usage de soufre et d’accélérateurs (thiazoles, sulfénamides, thiurames…). Les peroxydes organiques correspondent à un autre système possible créant des ponts carbone-carbone. © SNCP 2009 La formulation des caoutchoucs Des caoutchoucs à densité variable In fine, après les phases de mise en forme et de vulcanisation les caoutchoucs peuvent se présenter sous différents états : • Soit sous forme compacte, forme la plus courante, le caoutchouc est alors incompressible, sa densité est de l’ordre de 1 à 2, • Soit sous forme de mousse à structure alvéolaire ou cellulaire. Sous cette forme, le caoutchouc présente un degré plus ou moins élevé de porosité, grâce à la présence dans sa masse de cellules majoritairement fermées ou étanches ou relativement ouvertes et communicantes. Le caoutchouc est dans ce cas compressible et présente une faible densité, pouvant descendre à 0,2. uploads/s3/ formulation-des-caoutchoucs-2-2.pdf