Compréhension des paramètres process et chimique influant sur la déformation rémanente à la compression et recherche des clés de formulation

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• La formulation des caoutchoucs

Les caoutchoucs sont composés de 10 à 15 ingrédients, comprenant généralement :

Le polymère, est le composant principal de la formule. Il apporte les propriétés thermiques et chimiques (tenue aux acides, hydrocarbures, huile…) principales au futur mélange formulé.

Les agents de réticulation, sont ajoutés aux formules afin de créer des liaisons covalentes entre les chaines macromoléculaires du polymère. Cette réticulation permet d’apporter au polymère les propriétés élastiques connue d’un élastomère (élasticité, résilience…). Elle est déclenchée par l’action de la température.

Les charges sont des poudres très fines ajoutées au mélange afin d’augmenter les propriétés mécaniques et/ou de réduire les coûts. On parle de charges renforçantes ou diluantes. Suivant la taille des particules de charge, leur chimie de surface et leur porosité, on peut jouer sur la viscosité du mélange, les efforts de traction et de vieillissements.

Les plastifiants ou agents de mise en œuvre sont souvent des mélanges d’esters gras, alcool gras … L’ajout de plastifiant dans le mélange permet de faciliter la mise en œuvre des caoutchoucs en lubrifiant les outils d’extrusion, afin d’éviter le caractère collant et d’obtenir une surface lisse. Ils jouent sur la dureté du mélange, aident à la dispersion de la charge et confère une meilleure tenue au froid.

Les protecteurs sont des antioxydants et des antiozonants. En effet l’oxygène et l’ozone sont capable de rompre soit les chaines de polymère soit les réticulations, ce qui entraine une diminution des propriétés mécaniques et le vieillissement accéléré du caoutchouc. Les protecteurs sont présents pour inhiber l’attaque de l’oxygène et de l’ozone.

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• Mise en œuvre des caoutchoucs

La formulation des caoutchoucs s’effectue en trois étapes : mélangeage, mise en forme et vulcanisation.

Le mélangeage permet d’incorporer et de disperser les ingrédients de manière homogène. La première étape est celle du mélangeur interne : le polymère, les charges et le plastifiant sont introduits par la chambre de chargement dans le mélangeur interne, puis les deux rotors, tournant dans des sens opposés, vont induire une importante friction qui permettra de mélanger les premiers éléments. Dans un second temps, le mélange sortant du mélangeur interne sera passé au mélangeur sur cylindre. Les cylindres tournent dans des sens opposés et appliquent un mélangeage plus fin qu’avec le mélangeur interne. C’est au cours de cette opération que les agents de réticulation sont ajoutés, en effet cela permet d’avoir une dispersion plus homogène et à plus basse température.

1. La déformation rémanente à la compression

La déformation rémanente après compression est une méthode destinée à mesurer l'aptitude des caoutchoucs à conserver leurs propriétés élastiques à des températures spécifiées après compression prolongée à une déformation constante.

Lorsqu'un caoutchouc est maintenu sous compression, des changements physiques ou chimiques peuvent se produire qui font que le caoutchouc, une fois relâché, ne recouvrera pas ses dimensions initiales. Il en résulte une déformation rémanente dont l'importance dépend à la fois de la durée et de la température de la compression et de la reprise élastique. À températures élevées, les changements chimiques deviennent de plus en plus importants et produisent une déformation permanente.

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