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[[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]].]]
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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 [[pneu]]s.

== Utilisations ==
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.
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}}.
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]] (''T''{{ind|v}}).


== Durabilité ==
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.
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 [[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 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}}.
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 (fluide)|imperméabilité]] aux gaz{{etc.}}

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.}}


== Typologies ==
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.
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.


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 ==

=== 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).
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).



Version du 2 mars 2018 à 18:33

Structure du SBR, un copolymère insaturé.
Six balles de « caoutchouc nitrile » destinées au calandrage, suivi d'une fabrication.
Après formulation, fabrication industrielle en malaxeur d'un mastic BR pour l'automobile.

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.

Utilisations

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

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 solairesetc.) 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 (Tv).

Prix

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.

Typologies

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

Une classification des caoutchoucs selon leur résistance à la chaleur et à l’huile est décrite par une norme ASTM[2],[3]. 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

  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.
  2. (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).
  3. (en) « Elastomer Designations » sur le site Orings (consulté le 30 avril 2012).

Articles connexes