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RÉSUMÉ
Le but de cet article est de présenter les ingrédients utilisés dans la formulation des objets en caoutchouc que ce soit des pneumatiques ou des caoutchoucs industriels. Ce sont principalement des polymères naturels et synthétiques, des charges qu’elles soient renforçantes ou non, des plastifiants, des systèmes de vulcanisation et des systèmes de protection. Les propriétés et les performances escomptées des caoutchoucs sont bien entendu les résultats de cette formulation mais aussi du procédé du mélangeage des ingrédients.
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-
Claude JANIN : Consultant dans le domaine du caoutchouc - Ancien directeur scientifique du Laboratoire de Recherche et de Contrôle des Caoutchoucs et Plastiques LRCCP - Ancien directeur de recherche matériaux MICHELIN
INTRODUCTION
Les caoutchoucs sont des produits formulés dont la composition ne contient en moyenne qu’environ 50 % de polymère, ce qui est peu en comparaison des plastiques qui sont composés essentiellement de polymère (de l’ordre de 90 % si l’on excepte le PVC). Un objet en caoutchouc contient donc différents ingrédients dont les principaux sont :
-
un ou plusieurs polymères, caoutchouc naturel ou caoutchouc synthétique ;
-
des charges avec un effet renforçant plus ou moins marqué ;
-
des plastifiants, qu’ils soient d’origine pétrolière ou d’origine végétale ;
-
un système de vulcanisation à base de soufre ou de peroxyde ;
-
un système de protection contre le vieillissement, qu’il soit thermomécanique ou autre ;
-
des produits divers fonction des exigences des cahiers des charges.
Le procédé de mélangeage, qui permet de distribuer et de disperser ces différents éléments, a une influence sur les propriétés et les performances des objets en caoutchouc.
Dans cet article, il n’est question que des caoutchoucs susceptibles d’être vulcanisés et pas des caoutchoucs thermoplastiques. Pour éviter tout risque de confusion, le terme « caoutchouc » est réservé aux produits formulés et le terme « élastomères » est réservé aux polymères utilisés dans les formulations.
Comme il est d’usage dans la profession, les pourcentages indiqués sont, sauf précision contraire, massiques.
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2. Charges
On distingue quatre catégories de charges :
-
les charges renforçantes essentiellement le noir de carbone et la silice ;
-
les charges conférant des propriétés particulières ;
-
les charges d’origine végétale ;
-
les charges non renforçantes.
2.1 Charges renforçantes
Les charges renforçantes sont incorporées dans le caoutchouc, pour d’une part d’augmenter les modules, et d’autre part améliorer les propriétés à rupture (figure 8). De plus, l’ajout de telles charges accroît dans certaines conditions l’amortissement et modifie la tenue à la fatigue du matériau.
Pour être renforçante, une charge doit :
-
avoir une taille nanométrique ;
-
être fortement structurée (c’est-à-dire avoir une surface spécifique importante) ;
-
être dispersible ;
-
être liée au caoutchouc.
Il s’agit d’un produit utilisé depuis le XVe siècle avant JC comme pigment, et en particulier pour la fabrication d’encres. Il y a 100 ans, en 1912, il fut découvert que la résistance à l’abrasion du caoutchouc naturel chargé de noir de carbone était supérieure à celle obtenue en utilisant des oxydes métalliques. On a ainsi mis en évidence un facteur 10 dans l’usure du pneu.
Par décomposition thermique, on obtient :
-
le thermal black à partir de gaz, il s’agit d’un noir de carbone peu renforçant ;
-
l’acétylène black très conducteur.
Par combustion incomplète, on obtient :
-
le furnace black à partir d’huile et de gaz
-
le channel black à partir de gaz ;
-
le lamp black obtenu à partir de goudron.
Le noir de carbone principalement utilisé dans le renforcement du caoutchouc est le noir furnace.
Dans le noir de carbone,...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ARBEN (P.W.), KUZVART (M.) - A global Geology. Industrial Minerals. - Industrials Information Ltd., Metal Bulletin, PLC London (1996).
-
(2) - Graphène dans le caoutchouc - Brevets WO2013090464, WO2008045778, US2010/0096597
-
(3) - FRACA (D.) et al - Multifunctional multilayergraphene/elastomer nanocomposites. - European Polymer Journal 71 99-113 (2015).
-
(4) - Brevets traitant de nanotubes dans le caoutchouc - - WO2003060002, WO2009102077, WO2009155728, WO2014143140.
-
(5) - Conférence Alicia RUL – NANOCYL – Nouvelle génération de solutions caoutchouc/nanotubes de carbone. Conférence AFICEP - - Lyon 19/06/2014
-
(6) - REI VILAR (M.) - Cellulose : de nouvelles perspectives pour un matériau millénaire. L’actualité...
NORMES
-
Caoutchouc et latex – Nomenclature - ISO 1629 - 2013
ANNEXES
WO2013090464 Compositions de caoutchouc comprenant du graphène et des charges renforçantes et articles formés à partir de celles-ci
WO2008045778 Nanocomposites fonctionnels de graphène caoutchouc
US2010/0096597 Functional graphene-rubber nanocomposites
WO2003060002 Composition de caoutchouc contenant des nanotubes de carbone en tant qu’agent de renforcement et procédé de fabrication
WO2009102077 Composition de caoutchouc à nanotube de carbone, câblage, pâte électroconductrice, circuit électronique et procédé de fabrication de la composition de caoutchouc à nanotube de carbone
WO2009155728 Compositions de caoutchouc contenant des nanotubes de carbone
WO2014143140 Produits de caoutchouc comprenant des nanotubes de carbone et procédé pour leur production
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