Etude bibliographique

Un polymère est un système formé par un ensemble de macromolécules de même nature chimique. Une macromolécule, ou chaîne, est la mise bout à bout de la même répétition d’un groupement de molécules appelé monomère liées entre elles par des liaisons covalentes Figure 1. 1. Trois types de polymères existent : les polymères naturels, les polymères semi synthétiques (réalisés à partir de polymères naturels) et les polymères synthétiques fabriqués par réaction de polymérisation. Les polymères sont de plus répartis en trois groupes basés sur le degré de cristallisation, le taux de réticulation ou encore la température de transition vitreuse : les thermodurcissables, les thermoplastiques et les élastomères. Pour obtenir des caractéristiques intéressantes, il faut rajouter des composants dans le caoutchouc qui avant cette étape est qualifié de cru. La mise au point de la composition finale du caoutchouc est appelée formulation et est une étape assez complexe. En effet, les différents types de composants vont avoir des effets sur le comportement du mélange. Il peut cependant arriver que ces composants aient des effets antagonistes. Dans ce cas, le formulateur cherche à atteindre un équilibre entre tous ces effets, en jouant sur la quantité des différents éléments ajoutés.

Les charges renforçantes : le noir de carbone et la silice. L’ajout de ces charges va améliorer les propriétés mécaniques du mélange (augmentation de la viscosité, de la dureté, du module et de la densité tout en diminuant la déformation maximale globale). Diamètre moyen : Le diamètre des particules de charge varie avec le mode de fabrication. Il en résulte que le pouvoir renforçant d’une charge augmente lorsque le diamètre moyen des particules diminue (Figure 1. 2.a/). Cependant, les noirs de carbone à fines particules sont plus difficiles à incorporer, ce qui limite ce pouvoir renforçant. Structure : Celle-ci est définie par la manière dont les particules élémentaires s’associent entre elles. Une charge à haute structure (ie formée par un grand nombre de particules élémentaires) se disperse facilement, le module et la dureté en seront plus élevés mais la charge sera moins renforçante (Figure 1. 2.c/). Dans les faits, les particules de silice et de noir de carbone possèdent des particules de diamètre comparable mais la nature minérale des premières induit une compatibilité réduite avec les élastomères ce qui ne permet pas de tirer parti de leur bonne surface spécifique et d’obtenir des caractéristiques aussi élevées. L’ajout de silane permet néanmoins de corriger ce problème. Il est à noter que cela dépend également fortement de la matrice élastomère choisie, puisque par exemple pour le polychloroprene la présence d’atomes de chlore résout ce problème de compatibilité (Sae- Oui et al. 2007).

Les composants protecteurs

L’ajout de charges dans le mélange cru augmente progressivement sa viscosité et sa raideur. L’emploi de plastifiants permet d’inverser cette tendance en améliorant la dispersion des charges. La diminution de la viscosité du mélange implique également une plus grande facilité de mise en œuvre du produit (meilleur injectabilité ou démoulage). Selon les molécules les constituants, leur compatibilité avec le caoutchouc peut varier. Tout au long de son cycle de vie, le caoutchouc est sujet à des dégradations liées à l’environnement tel que la lumière, la chaleur ou encore des attaques chimiques de l’oxygène ou de l’azote et a besoin d’en être protégé afin que la pièce puisse remplir sa fonction ou simplement être stockée. Pour cela, des composants protecteurs sont incorporés au mélange. Leur but est de contrer les attaques physiques ou chimiques. La vulcanisation est une étape fondamentale de la conception de pièces en caoutchouc qui permet de le réticuler, c’est-à-dire de créer un réseau tridimensionnel de liaison chimiques (appelées ponts) entre les chaînes que nous décrivons dans le paragraphe suivant. Elle nécessite la présence d’agents vulcanisant qui peuvent être du soufre (historiquement), du peroxyde ou de l’oxyde de zinc. Des accélérateurs et activateurs sont également utilisés afin de piloter la vitesse de la réaction.