Présentation
En anglaisNOTE DE L'ÉDITEUR
Les normes NF ISO 815-1 et -2 de décembre 2014 citées dans cet article ont été remplacées par les normes NF ISO 815-1 et -2 (T46-011-1 et -2) : Caoutchouc vulcanisé ou thermoplastique - Détermination de la déformation rémanente après compression :
- Partie 1 : à températures ambiantes ou élevées
- Partie 2 : à basses températures (Révision 2020)
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN2003 (Avril 2020).
RÉSUMÉ
Les applications des caoutchoucs hors pneu couvrent un vaste champ d’utilisations dans la vie courante (joints, tuyaux, automobile, médical) et dans des usages de hautes performances (aéronautique, offshore). Ces possibilités reposent sur les caractéristiques particulières de ces polymères, un caoutchouc n’étant obtenu qu’après des étapes de formulation, de mélangeage, de mise en forme et de vulcanisation. Cet article présente les applications des caoutchoucs au regard des performances exigées avec des exemples de formulations. Les applications les plus connues sont mentionnées en premier lieu (antivibratoire et joints), avant la description d’applications diverses (gants, câbles, mousses).
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Rubber applications outside tires cover a wide range of uses in everyday life (seals, hoses, automotive, medical) and in high performance parts (aerospace, offshore). These applications make use of the specific characteristics of these polymers, a manufactured rubber item being obtained after compounding, mixing, forming and vulcanization stages. This article presents the applications of rubbers in terms of performance requirements with examples of formulations. The most popular applications are first stated (vibration dampeners and seals), followed by miscellaneous uses (gloves, cables and foams).
Auteur(s)
-
Yves de ZÉLICOURT : Docteur en chimie de l’École polytechnique fédérale de Zürich, Suisse - Ancien ingénieur conseil auprès du LRCCP (Laboratoire de recherches et de contrôle du caoutchouc et des plastiques)
INTRODUCTION
Les applications des caoutchoucs hors pneu correspondent au domaine dit du caoutchouc industriel qui concerne, du point de vue de la fabrication, un nombre de salariés du même ordre de grandeur que celui du domaine du pneumatique (52 et 48 % respectivement sur un total de 58 000 salariés en France en 2011 (doc. SNCP). En revanche, contrairement à cette dernière, l’activité de type caoutchouc industriel est répartie sur un grand nombre d’entreprises aussi bien de petite taille que de grands groupes.
Le caoutchouc industriel recouvre par ordre décroissant d’importance : l’automobile (50 %), les transports hors automobile (14 %), les équipements industriels (12 %), le médical (7 %), le bâtiment (7 %), les demi-produits (5 %), les rubans adhésifs (4 %), le sport et les loisirs (1 %) (doc. SNCP).
Il est concurrencé, par exemple dans l’automobile, par les élastomères thermoplastiques (TPE) qui sont de mise en œuvre plus simple puisque les granulés commercialisés par les producteurs sont directement introduits dans les presses à injecter ou dans les extrudeuses. Il n’y a pas, comme dans les cas des caoutchoucs, d’étape de mélangeage et de vulcanisation, sans parler de la nécessaire mise au point préalable de la formulation, indispensable pour atteindre les performances exigées par l’application visée et explicitée dans le cahier des charges. L’avantage des caoutchoucs par rapport aux TPE réside cependant dans certaines propriétés inégalées comme leur grande élasticité, leur faible déformation rémanente à la compression et à la traction, leur tenue en fatigue, leur résistance au déchirement...
De plus, certains caoutchoucs spéciaux (silicones, fluorocarbonés) atteignent des tenues en température et aux produits chimiques élevées qui les rendent incontournables dans des applications hautes performances telles que l’aéronautique, l’offshore, les tuyaux turbo...Leur limitation est leur coût (ordres de grandeurs en [Doc. AM 8 605]) qui dépasse largement celui des caoutchoucs de grande consommation (caoutchouc naturel, SBR, EPDM).
L’industriel du caoutchouc prépare lui-même son « mélange » sur des outils spécifiques (mélangeur interne et mélangeur à cylindres). Il a donc ses propres formules et ses propres paramètres de mélangeage mis au point et constituant son savoir-faire. L’élastomère de base est la gomme qui est commercialisée par de grands groupes dans le cas des caoutchoucs synthétiques – Lanxess, Zeon, Du Pont, Exxon... le caoutchouc naturel étant produit en ordre décroissant par la Thaïlande (31 %), l’Indonésie (27 %), la Malaisie (9 %), l’Inde (8 %), le Vietnam (7 %) et la Chine (6 %) – le reste étant produit en Afrique et au Brésil (doc. SNCP). Outre la gomme, les formules du caoutchouc contiennent :
-
des charges (le plus souvent le noir de carbone ou la silice) ;
-
des agents de vulcanisation ;
-
des huiles ;
-
divers additifs de mise en œuvre et de protection.
Le second point qui caractérise l’industrie du caoutchouc est la nécessité de le vulcaniser pour lui conférer de meilleures propriétés à l’emploi, ce qui fait appel à différentes techniques : moulage à chaud, tunnel à air chaud, à micro-ondes, bain de sel.
Il s’agit ici d’un aperçu général, une information plus approfondie sur un caoutchouc donné nécessite une recherche spécifique sur la variété des grades disponibles commercialement, leur formulation, mise en œuvre et propriétés en vue de l’application visée. Dans ce contexte, cet article présente des exemples de formulations pour des propriétés propres au matériau lui-même en vue d’applications déterminées ou pour satisfaire à des exigences normatives ou réglementaires imposées aux produits finis fabriqués.
KEYWORDS
cables | seals | gloves | belts | foams | vibrations filtrations
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Présentation
8. Conclusion
Les exemples présentés ne sont pas exhaustifs compte tenu de la très grande variété des applications et des normes et exigences associées. Les tendances demeurent cependant toujours les mêmes : augmentation des performances demandées par les utilisateurs et diminution des coûts de fabrication recherchée par les fabricants.
On assiste, entre autres, à une recherche de tenue à des températures de plus en plus élevées pour certaines pièces de moteurs d’avion ou d’automobile. On recherche également une amélioration des tenues aux produits chimiques (tenue aux lubrifiants des joints pour l’automobile, résistance aux produits de l’exploitation pétrolière), des tenues en fatigue et en température ou aux radiations des pièces de filtration vibratoire.
La problématique principale de l’industriel du caoutchouc est donc de disposer de formules et de techniques de mise en œuvre les moins chères possibles permettant d’obtenir les produits satisfaisant au mieux aux fonctions demandées. La question des coûts revêt une importance particulière dans un contexte d’augmentation des prix des matières premières et à la demande croissante des pays de la zone BRIC (Brésil, Russie, Inde, Chine). Cette problématique représente un enjeu difficile compte tenu des exigences des utilisateurs qui réclament par ailleurs des réductions de coût.
Les contraintes environnementales constituent un second enjeu, en particulier en ce qui concerne certains accélérateurs de vulcanisation considérés comme dangereux pour la santé, soit des personnels chargés de la mise en œuvre, soit des utilisateurs. Ainsi, les accélérateurs visés par le règlement REACH (Règlement CE n° 1907/2006) sont progressivement remplacés par des accélérateurs « non préoccupants ». Cela concerne aussi certaines huiles et plastifiants qui ne sont plus autorisés. Ce point est particulièrement critique dans les cas des applications alimentaires et médicales.
Les aspects environnementaux, qui sont amenés à prendre de plus en plus d’importance, revêtent plusieurs volets : traitement des déchets, méthodes de production moins consommatrices d’énergie, analyse du cycle de vie, recyclage, matières premières biosourcées. Ces dernières constituent un domaine de recherche ouvert qui va prendre de l’importance au cours des années à venir.
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - LUGEZ (P.) - A NA-free alternative to OTOS in NR compounds. - IRC 2008, Kuala Lumpur (2008).
-
(2) - PAULSTRA - Suspensions élastiques - (2011).
-
(3) - GOODSON (J.) - Elastomers in the oilfield. - Rubber Chemistry and Technology, 86(3), p. 449 (2013).
-
(4) - ROGERS (J.) - Achieving RGD resistance to meet current oilfield needs. - Sealing Technology, 10, p. 9 (2011).
-
(5) - ALCOCK (B.) - The mechanical properties of a model hydrogenated nitrile butadiene rubber (HNBR) following simulated sweet oil exposure at elevated temperature and pressure. - Polymer Testing, 46, p. 50 (2015).
-
(6) - VERSCHUERE (A.) - FFKM to overcome new challenges. - Rubber Fibers Plastics International, 10, p. 2 (2015).
- ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Mooc (Massive Open Online Courses) à la découverte du caoutchouc : un matériau remarquable https://www.fun-mooc.fr
HAUT DE PAGE
James Walker (joints hautes performances) https://www.jameswalker.biz
Interep (mousses de caoutchouc)...
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