Elastomere


Elastomere

Élastomère

Un élastomère est un polymère présentant des propriétés « élastiques » : il supporte de très grandes déformations avant rupture. Le terme de caoutchouc est un synonyme usuel d'élastomère.
Les matériaux élastomères comme les pneumatiques sont souvent à base de caoutchouc naturel et de caoutchouc synthétique.
Le caoutchouc naturel est resté longtemps le seul élastomère connu. Le premier brevet sur la fabrication d'un élastomère synthétique a été déposé le 12 septembre 1909 par le chimiste allemand Fritz Hofmann.
En toute rigueur, les élastomères ne font pas partie des matières plastiques.

Sommaire

Présentation

Représentation schématique d'un polymère au repos, A. Les points représentent les nœuds de réseau. B est le même polymère sous une contrainte en traction, après un simple réarrangement des chaînes. Quand la contrainte sera supprimée, il retournera à la configuration A.

La plupart des élastomères sont des polymères organiques. Ils sont d'excellents combustibles. Les élastomères silicone se distinguent par leur nature minérale.
Les élastomères sont généralement thermodurcissables, constitués de longues chaînes polymères faiblement réticulées. Ils sont fabriqués en réalisant des pontages (courts ou longs) entre les chaînes moléculaires, en utilisant un système de réticulation souvent complexe, sous l'action de la température et éventuellement de la pression. Certains élastomères sont thermoplastiques (« élastomères thermoplastiques », TPE), leur mise en œuvre utilise les techniques habituellement réservées aux thermoplastiques.
La plupart ont un caractère amorphe.
Ils sont le plus souvent utilisés à une température supérieure à leur température de transition vitreuse, sur le plateau caoutchouteux.

Formulation

Les élastomères ne sont pas des matériaux prêts à l'emploi, ils doivent être formulés afin notamment de répondre aux exigences d'une application définie. Ils contiennent environ 20 à 40 % de polymères, le reste est composé de charges[1], de plastifiants, d'agents de réticulation (soufre (agent de vulcanisation), peroxydes,...), d'accélérateurs (éviter ceux produisant des nitrosamines), d'additifs divers (pour faciliter la mise en œuvre, pour la protection contre l'ozone, la chaleur, etc.) et souvent de noir de carbone utilisé notamment comme colorant, nanocharge de renforcement des propriétés mécaniques des élastomères et stabilisant.

Point de vue mécanique

Ce qui rend les élastomères spéciaux, c'est leur capacité de collisions élastiques, tels le rebondissement et l'étirement élastiques, qui leur permet de reprendre leur forme initiale après l'arrêt de la sollicitation. Cette caractéristique spéciale est acquise par la présence d'enchevêtrements et de nœuds de réseau (ces liaisons sont respectivement occasionnelles et définitives ; les ponts jouent le rôle de « ressorts »).

Un élastomère supporte de très grandes déformations (jusqu'à environ 1 000 %) avant rupture, presque totalement réversibles. Au contraire, un polymère rigide qui serait déformé de 100 % garderait une déformation importante : il est qualifié d'« élasto-plastique ».

Cette distinction entre les élastomères et les autres polymères correspond au comportement que l'on observe à température ambiante. En effet, le comportement des polymères dépend de la température, de la vitesse de sollicitation et de la déformation.

  • Les élastomères sont incompressibles (ou très peu compressibles), ce qui équivaut à un coefficient de Poisson théorique de 0,5.

Exemple d'application : joints d'étanchéité.

  • De par leur grande déformabilité, les élastomères induisent une décélération progressive.

Exemple : amortissement des chocs au niveau des talons dans les chaussures de jogging.

  • Les grandes déformations des élastomères sont quasiment réversibles : rebond important.

Exemple : balles de pelote basque.

Point de vue microstructural

Un élastomère est constitué de longues chaînes moléculaires rassemblées, au repos, en « pelotes ». Ces chaînes sont typiquement reliées entre elles par des enchevêtrements, des nœuds de réticulation ou des liaisons polaires avec des charges minérales ; elles forment un réseau.

Les propriétés mécaniques des élastomères dépendent en premier lieu de la densité pontale (nombre de ponts par unité de volume) et du type de pont (nature et longueur[2]). Plus la densité pontale est élevée (réseau dense) plus l'élastomère est raide. Le système de réticulation (type et taux) fait aussi partie des paramètres importants. L'ébonite, découverte par Charles Goodyear, constitue un cas particulier de caoutchouc vulcanisé.

Exemples d'élastomères

Usage général

Les élastomères d'usage général, insaturés[3], sont le caoutchouc naturel (de sigle NR) issu du latex collecté dans les plantations d'hévéas, le « naturel synthétique » ou polyisoprène synthétique (IR) très voisin du NR, le polybutadiène (BR)[4] et le styrène-butadiène (SBR) (copolymère).

Usages spéciaux

Équipement isothermique en néoprène pour le surf

Voir aussi

Notes et références

  1. Le caoutchouc naturel est un des rares utilisé en « pure gomme ». Ce terme désigne un mélange de caoutchouc vulcanisé non chargé.
  2. Le système de réticulation au soufre est le seul qui puisse faire varier la longueur des ponts [pont monosulfure, disulfure, polysulfure (jusqu'à dix atomes de soufre)]. Les ponts polysulfure augmentent les propriétés mécaniques, mais diminuent la résistance à la chaleur (l'énergie de la liaison S-S est plus faible que celle de la liaison C-C). Un système de vulcanisation au peroxyde peut être choisi si la température d'utilisation du matériau dépasse 120 °C.
  3. La double liaison covalente entre deux atomes de carbone ne disparaît pas après la vulcanisation au soufre.
  4. Les copolymères du butadiène sont économiquement plus importants que l'homopolymère.

Articles connexes

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Voir « élastomère » sur le Wiktionnaire.

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