« Caoutchouc synthétique » : différence entre les versions

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Structure du SBR, un copolymère insaturé.

Les caoutchoucs synthétiques (ou artificiels) sont un type d’élastomère, invariablement polymères. Comme les matières plastiques, ils sont souvent issus d’un combustible fossile. Un élastomère possède une meilleure déformation élastique sous contrainte que la plupart des matériaux et revient à sa forme initiale sans aucune déformation permanente. Son premier usage est la fabrication de pneus (où l'on trouve aussi une certaine proportion de caoutchouc réalisé avec du latex naturel, notamment dans les pneus de camions).

Utilisations[modifier | modifier le code]

Ils servent de substitut au caoutchouc naturel (sigle NR) dans certains cas, spécialement lorsque des propriétés mécaniques élevées sont requises. On distingue les propriétés mécaniques statiques comme la traction, le déchirement, l’abrasion et la déformation rémanente à la compression (en) (DRC) et les dynamiques (dans ce cas, le matériau est soumis à des efforts alternés) comme la résilience^[1] et la flexion. Les faiblesses du NR concernent sa tenue au vieillissement (il poisse avec apparition de craquelures sous l’action de l’ozone, des UV et de la chaleur), qui est la plus faible de tous les caoutchoucs.

Les silicones ne sont pas des vrais caoutchoucs ; ils sont dépourvus de carbone sur la chaine principale. Le silicone VMQ se distingue par sa large plage d’utilisation : de −80 à +250 °C.

Durabilité[modifier | modifier le code]

Les caoutchoucs synthétiques purs sont des matériaux organiques (issu de la « chimie organique») qui vieillissent mal et sont non recyclables. Pour cette raison, ils sont « formulés » avec des additifs protecteurs (contre le dioxygène, l’ozone, la chaleur, les ultraviolets solaires, etc.) et souvent avec des charges renforçantes. Ils sont en général vulcanisés selon des règles précises pour améliorer les propriétés mécaniques et supprimer le fluage après extrusion et au cours du temps. Ils sont utilisés au-dessus de leur température de transition vitreuse (T_v).

Prix[modifier | modifier le code]

Ils varient de 2 à plus de 200 €/kg pour de rares caoutchoucs très spéciaux (volume très faible) possédant une ou plusieurs propriétés exceptionnelles : inerties thermique et chimique (voir un exemple donné plus bas), ininflammabilité, imperméabilité aux gaz, etc.

Caoutchouc synthétique et santé[modifier | modifier le code]

Plusieurs études épidémiologiques ont cherché à évaluer le risque subi par les employés des usines de caoutchouc. Un risque connu est celui de l'allergie au latex et/ou au caoutchouc synthétique. Plusieurs études ont suspecté ou démontré des risques accru de leucémie et d'autres maladies^[2].
En Amérique du nord une cohorte d'employés a pu être suivie de 1944 à 1998 (17 924 employés dont 6 237 sont morts sur cette période, soit 14 % de moins que les 7 242 décès attendus pour la population générale). Parmi eux 1 608 sont morts de cancer (pour 1 741 attendus). 53 cas de lymphome sont survenus et 26 cas de myélome multiple conformément au nombre attendu dans la population générale ; alors que 71 cas déclarés de leucémie ont été comptés (pour 61 attendus, soit + 16 %) ; ce nombre plus élevé était concentré chez des travailleurs ayant commencé à travailler 20 à 29 ans plus tôt, et ayant travaillé 10 ans ou plus, et dans des unités spécifiques de polymérisation, coagulation ou comme main-d'œuvre d'entretien et d'opérations de laboratoire. Plusieurs formes de leucémie étaient concernées, toutes associées à une exposition cumulative au 1,3-butadiène (BD), au styrène et/ou au diméthyldithiocarbamate (DMDTC). Certains sous-groupes de sujets ont été anormalement touchés par des cancers colorectaux, de la prostate et d'autres maladies, mais sans que cette augmentations n'ait pu être reliée à l'exposition professionnelle dans cette industrie^[2].

Typologies[modifier | modifier le code]

Les possibilités offertes par le choix du monomère ou des comonomères, le mode de synthèse, la formulation (souvent complexe) et le type de (système de) vulcanisation (traditionnelle au soufre, au peroxyde organique, etc.) expliquent qu’un très grand nombre de caoutchoucs synthétiques et de compounds sont réalisables ou disponibles sur le marché.

Le type le plus important économiquement est un copolymère élastomère : le styrène-butadiène (SBR), qui est adapté pour les pneus. La copolymérisation, par la grande variété de compositions possibles, permet d’obtenir un large éventail de propriétés. De plus, les caractéristiques du matériau (telles la masse molaire et la pureté) peuvent varier en fonction du procédé de polymérisation choisi. Par exemple, pour le SBR, un grade dit « solution », issu d’une polymérisation effectuée en solution sera différent d’un grade « émulsion », obtenu par polymérisation en émulsion.

Exemple de classification[modifier | modifier le code]

Une classification des caoutchoucs selon leur résistance à la chaleur et à l’huile est décrite par une norme ASTM^[3]^,^[4]. Par exemple, les fluoroélastomères de la famille FKM, inertes, se distinguent par leurs remarquables propriétés (notés HK). À l’opposé se trouvent le caoutchouc naturel et le SBR, notés A en tenue thermique et en tenue à l’huile (mauvais aux deux tests).

Résistance basée sur ASTM D2000 / SAE J200
Caoutchouc	Type (tenue à l’air chaud)	Classe (tenue à l’huile)
Caoutchouc naturel (NR), styrène-butadiène (SBR)	A	A
« Nitrile » hydrogéné (HNBR)	D	H
Fluoroélastomère FKM	H	K

Notes et références[modifier | modifier le code]

↑ Propriété voisine de l’élasticité. Cette dernière traduit la capacité d’un matériau à restituer de l’énergie après déformation ; dans ce sens, l’acier est environ mille fois plus élastique que les caoutchoucs (la plupart de ces derniers possèdent des propriétés d’amortissement, résultant d’une friction interne), pourtant il se déforme beaucoup moins.
↑ ^{a et b} Delzell E, Sathiakumar N, Graff J, Macaluso M, Maldonado G & Matthews R (2006) An updated study of mortality among North American synthetic rubber industry workers. ; Res Rep Health Eff Inst. 2006 Aug;(132):1-63; discussion 65-74. résumé
↑ (en) « Heat and Oil Resistance Properties » sur le site Orings. Norme équivalente : SAE J200, Classification System for Rubber Materials. [Cette classification de résistance à l’huile est liée au % de gonflement du matériau dans l’huile aromatique de référence ASTM #3 (IRM 903), à une température et une durée données] (consulté le 30 avril 2012).
↑ (en) « Elastomer Designations » sur le site Orings (consulté le 30 avril 2012).

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Fritz Hofmann, inventeur du caoutchouc synthétique
Catalyse de Ziegler-Natta (fabrication de polyisoprène synthétique, polybutadiène, etc.)
Butadiène-acrylonitrile#Formulation (exemple de formulation d'un caoutchouc)
Buna
Élastomère thermoplastique

[1] Propriété voisine de l’élasticité. Cette dernière traduit la capacité d’un matériau à restituer de l’énergie après déformation ; dans ce sens, l’acier est environ mille fois plus élastique que les caoutchoucs (la plupart de ces derniers possèdent des propriétés d’amortissement, résultant d’une friction interne), pourtant il se déforme beaucoup moins.

[Delzell2006-2] {a et b} Delzell E, Sathiakumar N, Graff J, Macaluso M, Maldonado G & Matthews R (2006) An updated study of mortality among North American synthetic rubber industry workers. ; Res Rep Health Eff Inst. 2006 Aug;(132):1-63; discussion 65-74. résumé

[3] (en) « Heat and Oil Resistance Properties » sur le site Orings. Norme équivalente : SAE J200, Classification System for Rubber Materials. [Cette classification de résistance à l’huile est liée au % de gonflement du matériau dans l’huile aromatique de référence ASTM #3 (IRM 903), à une température et une durée données] (consulté le 30 avril 2012).

[4] (en) « Elastomer Designations » sur le site Orings (consulté le 30 avril 2012).

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 {{Voir homonymie|Caoutchouc}}
-[[Image:SBR.svg|vignette|Formule du SBR, un copolymère [[Composé insaturé|insaturé]].]]
+[[Image:SBR.svg|vignette|Structure du SBR, un copolymère [[Composé insaturé|insaturé]].]]
-[[Image:NBR balles.jpg|vignette|Balles de [[Butadiène-acrylonitrile|« caoutchouc nitrile »]] destinées au [[calandrage]], suivi d'une fabrication.]]
+[[Image:NBR balles.jpg|vignette|Six balles de [[Butadiène-acrylonitrile|« caoutchouc nitrile »]] destinées au [[calandrage]], suivi d'une fabrication.]]
-[[Image:Industrial Z blade kneaders.jpg|vignette|Après formulation, fabrication en malaxeur d'un [[Mastic (matériau)|mastic]] [[Polybutadiène|BR]] pour l'[[Construction automobile|automobile]].]]
+[[Image:Industrial Z blade kneaders.jpg|vignette|Après formulation, fabrication industrielle en malaxeur d'un [[Mastic (matériau)|mastic]] [[Polybutadiène|BR]] pour l'[[Construction automobile|automobile]].]]
-Les '''caoutchoucs synthétiques''' (ou artificiels) sont un type d’[[élastomère]], invariablement [[polymère]]s. Comme les [[Matière plastique|matières plastiques]], ils sont souvent issus d’un [[combustible fossile]]. Un élastomère possède une meilleure [[déformation élastique]] sous contrainte que la plupart des [[matériau]]x et revient à sa forme initiale sans aucune [[Déformation plastique|déformation permanente]].
+Les '''caoutchoucs synthétiques''' (ou artificiels) sont un type d’[[élastomère]], invariablement [[polymère]]s. Comme les [[Matière plastique|matières plastiques]], ils sont souvent issus d’un [[combustible fossile]]. Un élastomère possède une meilleure [[déformation élastique]] sous contrainte que la plupart des [[matériau]]x et revient à sa forme initiale sans aucune [[Déformation plastique|déformation permanente]]. Son premier usage est la fabrication de [[Pneumatique (véhicule)|pneu]]s (où l'on trouve aussi une certaine proportion de caoutchouc réalisé avec du latex naturel, notamment dans les pneus de camions).
-Ils servent de substitut au [[caoutchouc (matériau)|caoutchouc]] naturel (sigle NR) dans certains cas, spécialement lorsque des propriétés mécaniques élevées sont requises. On distingue les propriétés mécaniques statiques comme la traction, le déchirement, l’abrasion et la déformation rémanente à la compression ([[DRC]]) et les dynamiques (dans ce cas, le matériau est soumis à des efforts alternés) comme la [[Résilience (physique)|résilience]]<ref>Propriété voisine de l’élasticité. Cette dernière traduit la capacité d’un matériau à restituer de l’énergie après déformation ; dans ce sens, l’acier est environ mille fois plus élastique que les caoutchoucs (la plupart de ces derniers possèdent des propriétés d’[[Angle de phase|amortissement]], résultant d’une friction interne), pourtant il se [[Allongement à la rupture|déforme]] beaucoup moins.</ref> et la flexion. Les faiblesses du NR concernent sa tenue au vieillissement (il poisse avec apparition de craquelures sous l’action de l’[[Ozonolyse#Ozonolyse des élastomères|ozone]], des UV et de la chaleur), qui est la plus faible de tous les caoutchoucs.
+== Utilisations ==
-Les caoutchoucs synthétiques sont des matériaux organiques (« vivants »), de ce fait ils vieillissent mal, et sont non recyclables. Ils doivent être [[Formulation|formulés]] avec des agents protecteurs (contre le dioxygène, l’ozone, la chaleur{{etc.}}) et souvent avec des [[Charge (substance)|charges]] renforçantes. Ils sont en général [[Vulcanisation|vulcanisés]] pour améliorer les propriétés mécaniques et supprimer le [[fluage]] après [[extrusion]] et au cours du temps. Ils sont utilisés au-dessus de leur [[température de transition vitreuse]] (Tg).
+Ils servent de substitut au [[caoutchouc (matériau)|caoutchouc]] naturel (sigle NR) dans certains cas, spécialement lorsque des propriétés mécaniques élevées sont requises. On distingue les propriétés mécaniques statiques comme la traction, le déchirement, l’abrasion et la {{Lien|langue=en|trad=Compression set|fr=déformation rémanente à la compression}} (DRC) et les dynamiques (dans ce cas, le matériau est soumis à des efforts alternés) comme la [[Résilience (physique)|résilience]]<ref>Propriété voisine de l’élasticité. Cette dernière traduit la capacité d’un matériau à restituer de l’énergie après déformation ; dans ce sens, l’acier est environ mille fois plus élastique que les caoutchoucs (la plupart de ces derniers possèdent des propriétés d’[[Analyse mécanique dynamique#Facteur d'amortissement ou de perte tan δ|amortissement]], résultant d’une friction interne), pourtant il se [[Allongement à la rupture|déforme]] beaucoup moins.</ref> et la flexion. Les faiblesses du NR concernent sa tenue au vieillissement (il poisse avec apparition de craquelures sous l’action de l’[[Ozonolyse#Ozonolyse des élastomères|ozone]], des UV et de la chaleur), qui est la plus faible de tous les caoutchoucs.
+Les silicones ne sont pas des vrais caoutchoucs ; ils sont dépourvus de carbone sur la chaine principale. Le [[silicone]] VMQ se distingue par sa large plage d’utilisation : de {{tmp|-80|+250|°C}}.
-Le type le plus important économiquement est un [[copolymère]] élastomère : le ''[[styrène-butadiène]]'' (SBR), qui est adapté pour les [[Pneumatique (véhicule)|pneus]]. La [[copolymère|copolymérisation]], par la grande variété de compositions possibles, permet d’obtenir un large éventail de propriétés. De plus, les caractéristiques du matériau (telles la [[masse molaire]] et la pureté) peuvent varier en fonction du [[procédé de polymérisation]] choisi. Par exemple, pour le SBR, un [[Grade (matériau)|grade]] dit « solution », issu d’une polymérisation effectuée en solution sera différent d’un grade « émulsion », obtenu par polymérisation en émulsion.
+== Durabilité ==
-Les silicones sont les seuls caoutchoucs dépourvus de carbone sur la chaine principale. Le silicone VMQ se distingue par sa large plage d’utilisation : de {{tmp|-80|+250|°C}}.
+Les caoutchoucs synthétiques purs sont des matériaux organiques (issu de la « [[chimie organique]]») qui vieillissent mal et sont non recyclables. Pour cette raison, ils sont « [[Formulation|formulés]] » avec des additifs protecteurs (contre le [[dioxygène]], l’[[ozone]], la [[chaleur]], les [[Ultraviolet|ultraviolets solaires]]{{etc.}}) et souvent avec des [[Charge (substance)|charges]] renforçantes. Ils sont en général [[Vulcanisation|vulcanisés]] selon des règles précises pour améliorer les propriétés mécaniques et supprimer le [[fluage]] après [[extrusion]] et au cours du temps. Ils sont utilisés au-dessus de leur [[température de transition vitreuse]] (''T''{{ind|v}}).
+== Prix ==
-Les prix varient de 2 à plus de {{unité|200|€/kg}} pour de rares caoutchoucs très spéciaux (volume très faible) possédant une ou plusieurs propriétés exceptionnelles : inerties [[Thermostabilité|thermique]] et chimique (''voir un exemple donné plus bas''), ininflammabilité, [[Perméabilité (fluide)|imperméabilité]] aux gaz{{etc.}}
+Ils varient de 2 à plus de {{unité|200|€/kg}} pour de rares caoutchoucs très spéciaux (volume très faible) possédant une ou plusieurs propriétés exceptionnelles : inerties [[Thermostabilité|thermique]] et chimique (''voir un exemple donné plus bas''), ininflammabilité, [[Perméabilité (matériau)|imperméabilité]] aux gaz{{etc.}}
+== Caoutchouc synthétique et santé ==
-Les possibilités offertes par le choix du [[monomère]] ou des [[comonomère]]s, le mode de synthèse, la formulation (souvent complexe) et le type de (système de) vulcanisation (traditionnelle au [[soufre]], au [[peroxyde]] organique, ...) expliquent qu’un très grand nombre de caoutchoucs synthétiques et de [[compound]]s sont réalisables ou disponibles sur le marché.
+Plusieurs études épidémiologiques ont cherché à évaluer le risque subi par les employés des usines de caoutchouc.
+Un risque connu est celui de l'allergie au latex et/ou au caoutchouc synthétique. Plusieurs études ont suspecté ou démontré des risques accru de [[leucémie]] et d'autres maladies<ref name=Delzell2006/>. <br />En [[Amérique du Nord|Amérique du nord]] une cohorte d'employés a pu être suivie de 1944 à 1998 ({{unité|17924 employés}} dont {{unité|6237}} sont morts sur cette période, soit 14 % de moins que les {{unité|7242 décès}} attendus pour la population générale). Parmi eux {{unité|1608}} sont morts de cancer (pour {{unité|1741}} attendus). {{nobr|53 cas}} de lymphome sont survenus et 26 cas de myélome multiple conformément au nombre attendu dans la population générale ; alors que 71 cas déclarés de leucémie ont été comptés (pour 61 attendus, soit + 16 %) ; ce nombre plus élevé était concentré chez des travailleurs ayant commencé à travailler {{unité|20 à 29 ans}} plus tôt, et ayant travaillé 10 ans ou plus, et dans des unités spécifiques de polymérisation, coagulation ou comme main-d'œuvre d'entretien et d'opérations de laboratoire. Plusieurs formes de leucémie étaient concernées, toutes associées à une exposition cumulative au 1,3-butadiène (BD), au styrène et/ou au diméthyldithiocarbamate (DMDTC). Certains sous-groupes de sujets ont été anormalement touchés par des cancers colorectaux, de la prostate et d'autres maladies, mais sans que cette augmentations n'ait pu être reliée à l'exposition professionnelle dans cette industrie<ref name=Delzell2006>Delzell E, Sathiakumar N, Graff J, Macaluso M, Maldonado G & Matthews R (2006) ''An updated study of mortality among North American synthetic rubber industry workers.'' ; Res Rep Health Eff Inst. 2006 Aug;(132):1-63; discussion 65-74. [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17326338 résumé]</ref>.
+== Typologies ==
-== Exemple de classification ==
+Les possibilités offertes par le choix du [[monomère]] ou des [[comonomère]]s, le mode de synthèse, la formulation (souvent complexe) et le type de (système de) vulcanisation (traditionnelle au [[soufre]], au [[peroxyde]] organique{{etc.}}) expliquent qu’un très grand nombre de caoutchoucs synthétiques et de ''[[Matériau composite|compounds]]'' sont réalisables ou disponibles sur le marché.
-Une classification des caoutchoucs selon leur [[Thermostabilité|résistance à la chaleur]] et à l’huile est décrite par une norme [[ASTM International|ASTM]]<ref>{{en}} [http://orings.com/tech_astm_4.php ''Heat and Oil Resistance Properties''] sur le site Orings. Norme équivalente : SAE J200, ''Classification System for Rubber Materials''. [Cette classification de résistance à l’huile est liée au % de gonflement du matériau dans l’huile aromatique de référence ASTM #3 (IRM 903), à une température et une durée données]. Consulté le 30 avril 2012.</ref>{{,}}<ref>{{en}} [http://orings.com/tech_astm_3.php ''Elastomer Designations''] sur le site Orings. Consulté le 30 avril 2012.</ref>. Par exemple, les [[fluoroélastomère]]s de la famille FKM, inertes, se distinguent par leurs remarquables propriétés (notés HK). À l’opposé se trouvent le caoutchouc naturel et le SBR, notés A en tenue thermique et en tenue à l’huile (mauvais aux deux tests).
+Le type le plus important économiquement est un [[copolymère]] élastomère : le ''[[styrène-butadiène]]'' (SBR), qui est adapté pour les [[Pneumatique (véhicule)|pneus]]. La [[copolymère|copolymérisation]], par la grande variété de compositions possibles, permet d’obtenir un large éventail de propriétés. De plus, les caractéristiques du matériau (telles la [[masse molaire]] et la pureté) peuvent varier en fonction du [[procédé de polymérisation]] choisi. Par exemple, pour le SBR, un [[Grade (matériau)|grade]] dit « solution », issu d’une polymérisation effectuée en solution sera différent d’un grade « émulsion », obtenu par polymérisation en émulsion.
+=== Exemple de classification ===
+Une classification des caoutchoucs selon leur [[Thermostabilité|résistance à la chaleur]] et à l’huile est décrite par une norme [[ASTM International|ASTM]]<ref>{{en}} [http://orings.com/tech_astm_4.php ''« Heat and Oil Resistance Properties »''] sur le site Orings. Norme équivalente : SAE J200, ''Classification System for Rubber Materials''. [Cette classification de résistance à l’huile est liée au % de gonflement du matériau dans l’huile aromatique de référence {{nobr|ASTM #3}} ({{nobr|IRM 903}}), à une température et une durée données] (consulté le 30 avril 2012).</ref>{{,}}<ref>{{en}} [http://orings.com/tech_astm_3.php ''« Elastomer Designations »''] sur le site Orings (consulté le 30 avril 2012).</ref>. Par exemple, les [[fluoroélastomère]]s de la famille FKM, inertes, se distinguent par leurs remarquables propriétés (notés HK). À l’opposé se trouvent le caoutchouc naturel et le SBR, notés A en tenue thermique et en tenue à l’huile (mauvais aux deux tests).
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 ! Caoutchouc !! Type (tenue à l’air chaud) !! Classe (tenue à l’huile)
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-| [[Polyisoprène|Caoutchouc ''naturel'']] (NR), [[styrène-butadiène]] (SBR) || bgcolor="#FF8080" align="center" | '''A''' || bgcolor="#FF8080" align="center" | '''A'''
+| [[Caoutchouc (matériau)|Caoutchouc ''naturel'']] (NR), [[styrène-butadiène]] (SBR) || bgcolor="#FF8080" align="center" | '''A''' || bgcolor="#FF8080" align="center" | '''A'''
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-| [[HNBR|« Nitrile » hydrogéné]] (HNBR) || bgcolor="#D9FFB2" align="center" | '''D''' || bgcolor="#D9FFB2" align="center" | '''H'''
+| [[HNBR|« Nitrile » hydrogéné]] (HNBR) || bgcolor="#D9FFB2" align="center" | '''D''' || bgcolor="#D9FFB2" align="center" | '''H'''
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 | [[Fluoroélastomère|Fluoroélastomère FKM]] || bgcolor="#00FF00" align="center" | '''H''' || bgcolor="#00FF00" align="center" | '''K'''
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 == Notes et références ==
+{{Références}}
-<references />
 == Articles connexes ==
 * [[Fritz Hofmann (chimiste)|Fritz Hofmann]], inventeur du caoutchouc synthétique
+* [[Catalyse de Ziegler-Natta]] (fabrication de [[polyisoprène synthétique]], [[polybutadiène]]{{etc.}})
-* [[Élastomère]] | [[Élastomère thermoplastique]]
+* [[Butadiène-acrylonitrile#Formulation]] (exemple de formulation d'un caoutchouc)
-* [[Liste des codes des polymères]]
-* [[Karl Ziegler]] et [[Giulio Natta]], chimistes ayant développé une [[catalyse]] portant leur nom (fabrication de [[polyisoprène]], [[polybutadiène]], ...)
-* [[Butadiène-acrylonitrile#Formulation|Formulation d’un caoutchouc]] (exemple)
 * [[Buna (caoutchouc)|Buna]]
+* [[Élastomère thermoplastique]]
 {{Palette|Matériaux polymères}}
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 [[Catégorie:Polymère organique]]
 [[Catégorie:Élastomère]]
-[[Catégorie:Invention allemande]]
-[[ar:مطاط صناعي]]
-[[fa:لاستیک سنتزی]]
-[[he:גומי סינתטי]]
-[[hi:कृत्रिम रबर]]
-[[sr:Гума]]
-[[th:ยางสังเคราะห์]]
-[[vi:Cao su tổng hợp]]
-[[zh:合成橡胶]]