Caoutchouc synthétique

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.

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 (DRC) et les dynamiques (dans ce cas, le matériau est soumis à des efforts alternés) comme la résilience 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 caoutchoucs synthétiques sont des matériaux organiques (« vivants »), de ce fait ils vieillissent mal, et sont non recyclables. Ils doivent être formulés avec des agents protecteurs (contre le dioxygène, l’ozone, la chaleur, etc.) et souvent avec des charges renforçantes. Ils sont en général 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_v).

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.

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 −80 à +250 °C.

Les prix 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.

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.

Exemple de classification

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

Articles connexes

• Fritz Hofmann, inventeur du caoutchouc synthétique
• Élastomère • Élastomère thermoplastique
• Liste des codes des polymères
• Karl Ziegler et Giulio Natta, chimistes ayant développé une catalyse portant leur nom (fabrication de polyisoprène, polybutadiène, etc.)
• Formulation d’un caoutchouc (exemple)
• Buna