La mesure de l'activité macroéconomique

LA VULCANISATION DES CAOUTCHOUCS.

INTRODUCTION :

Le caoutchouc peut être fabriqué à partir d'un produit naturel comme le latex qui est la résine d’un arbre appelé l'Hévéa. Les indiens Maipas, qui utilisaient ce latex, parlaient eux du cahutchu pour dire "bois qui pleure". Ce latex naturel est obtenu en incisant l'écorce de l'arbre, ce qui laisse voir comme une grosse larme sur le tronc. La culture de l'hévéa, appelée hévéaculture, bien qu'originaire d'Amérique du Sud, s'est développée dans le Sud-Est asiatique et, à une moindre échelle, en Afrique équatoriale. Le caoutchouc fait partie de la famille des élastomères. Un élastomère est un polymère présentant des propriétés « élastiques », obtenues après réticulation. Il supporte de très grandes déformations avant rupture. Le terme de caoutchouc est un synonyme d'élastomère.

Plusieurs découvertes déterminantes vont alors permettre son utilisation. Tout d'abord en 1768 : on observe que du latex durci placé dans de l'éther redevient liquide. Puis en 1838, Charles Goodyear découvre que le soufre permet de fixer l'élasticité du caoutchouc naturel et supprime un problème resté jusqu'alors : le caoutchouc était un peu collant quand il faisait chaud et devenait tout dur au froid ! On appelle ce procédé la vulcanisation, dans le cas des caoutchoucs. Notre étude portera sur cette technique de vulcanisation par le soufre, en s’intéressant à l’influence que le taux de soufre procure sur les propriétés mécaniques de caoutchoucs vulcanisés.

Cependant, la vulcanisation du caoutchouc peut être également réalisée par l’action des peroxydes organiques ou par irradiation.

Aujourd’hui, on fait des bottes, des vêtements, des bouchons, des gants jetables et des pneus en grande quantité, à base de caoutchouc.

Partie théorique :

La vulcanisation ou curage des élastomères insaturés se fait avec du soufre comme agent vulcanisateur. La vulcanisation du caoutchouc naturel par le soufre consiste en un masticage à chaud (80°C) du polyisoprène 99% cis 1-4. Cependant, le chauffage du caoutchouc en lui-même n'étant pas suffisant, il est nécessaire de recourir à des durcisseurs et / ou des accélérateurs et à des plastifiants pour modifier encore les propriétés chimiques.

En fait, l’isoprène n’est pas le meilleur pour les produits de moulage car sa structure linéaire hydrocarbonée principale apporte au caoutchouc une mobilité limitée. C’est-à-dire que si on le plie il peut casser. Nous résolvons ce problème en ajoutant des agents de durcissement comme les molécules de soufre, permettant ainsi aux structures linéaires de se lier et de former une molécule beaucoup plus grande et flexible. En particulier, la réticulation des molécules de soufre crée des liaisons disulfures entre les molécules de carbone de deux ou plusieurs structures de caoutchouc dans des zones multiples, formant une structure en trois dimensions : le polyisoprène. Une autre propriété obtenue grâce à cette réaction est dû à l’action du soufre qui ponte les chaînes macromoléculaires et forme des ponts qui agissent comme de véritables ressorts. Et, grâce à la présence de ces ponts, le matériau peut reprendre son état initial quand cesse la contrainte.

Bien que chauffer, le caoutchouc augmente l’énergie environnante pour que le soufre puisse se lier avec les doubles liaisons covalentes des chaînes de caoutchouc, la chaleur ajoutée ne suffit pas pour que le processus soit rapide. C’est là que les accélérateurs entrent en jeu. Des accélérateurs incluant des catalyseurs tels que l’oxyde de zinc et l’acide stéarique. En utilisant un catalyseur, la quantité d'énergie nécessaire est réduite. Cela rend la vulcanisation plus efficace car plus de liaisons peuvent être formées avec la même quantité d'énergie. Les accélérateurs sont capables d’accélérer l’opération et le rendre plus efficace sans affecter le résultat.

Résumons les étapes :

La mastication du caoutchouc et le mélange avec les additifs ;

La mise en forme et la vulcanisation :

Sous l’effet de la chaleur (180°C), les molécules cycliques de soufre S8 contenues dans mélange se dissocient. Le soufre S vient casser les doubles liaisons entre C et H et vient s'y attacher reliant ainsi les chaînes de polyisoprène entre elles et former des liaisons pontales de soufre : le réseau tridimensionnel se forme.

Figure 1: Les étapes d'une vulcanisation. Extraite d’un blog, ucsichemistrylife.blogspot.com

Le mécanisme de vulcanisation avec le soufre est complexe. Le dosage du soufre est essentiel : trop de soufre et le caoutchouc ne sera plus élastique (trop de chaînes polymères seront liées ensemble, ce qui donne à la limite de l'ébonite), pas assez de soufre et la cohésion sera insuffisante. L'introduction d'un excès de soufre diminue, à terme, l'effet des forces de van der Waals donc l’élasticité.

Partie expérimentale :

Matériel :

Cinq additifs dont on précisera leur fonction ;

Le polyisoprène 99% cis 1-4 : le caoutchouc naturel ;

Un mélangeur à cylindre comportant un four chauffant, un système rotatif (avec deux pales : L pour gauche, R pour droite), des boulons en plastiques, des modules dont deux mobiles et un fixe auquel on fixe les pales ;

Un ordinateur relié au mélangeur ;

Balance ;

Récipients en aluminium ;

Spatule ;

Des gants jetables et thermiques ;

Des plaques (certaines avec des formes différentes qui serviront de moules) ;

Feuilles de Téflon ;

Un pied à coulisse pour mesurer les dimensions des formes et de la plaque ;

Un four pour la presse.

Manoeuvre :

Dans un premier temps on met en place les pales avec les petits boulons en plastiques sur un module fixe. On constate qu’il y a du volume libre correspondant à environ 70

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