Dans l’industrie du caoutchouc, la résistance ultime à la traction est une propriété mécanique fondamentale. Ce paramètre expérimental mesure la résistance ultime d'un composé de caoutchouc vulcanisé. Même si un produit en caoutchouc n'est jamais approché de sa résistance à la traction ultime, de nombreux utilisateurs de produits en caoutchouc le considèrent toujours comme un indicateur important de la qualité globale du composé. La résistance à la traction est donc une spécification très générale, et même si l’utilisation finale d’un produit spécifique n’a pas grand chose à voir avec elle, les formulateurs doivent souvent faire tout leur possible pour y répondre.

1. Principes généraux

Afin d'obtenir la résistance à la traction la plus élevée, il convient généralement de commencer par des élastomères dans lesquels une cristallisation induite par la déformation peut se produire, par exemple NR, CR, IR, HNBR.

2. Caoutchouc naturel NR

Les adhésifs à base de caoutchouc naturel ont généralement une résistance à la traction plus élevée que les adhésifs néoprène. Parmi les différentes qualités de caoutchouc naturel, le film de fumée n°1 présente la résistance à la traction la plus élevée. Il a été rapporté que, au moins dans le cas de composés chargés de noir de carbone, le film de fumée n° 3 donne une meilleure résistance à la traction que le film de fumée n° 1. Pour les mélanges de caoutchouc naturel, les plastisols chimiques (plastisol) tels que le biphénylamidothiophénol ou le pentachlorothiophénol (PCTP) sont à éviter, car ils diminuent la résistance à la traction du mélange.

3. Chloroprène CR

Le chloroprène (CR) est un caoutchouc cristallin induit par déformation qui confère une résistance élevée à la traction en l'absence de charges. En fait, la résistance à la traction peut parfois être augmentée en réduisant la quantité de charge. Des poids moléculaires plus élevés de CR donnent des résistances à la traction plus élevées.

4. Caoutchouc nitrile NBR

Le NBR à haute teneur en acrylonitrile (ACN) confère une résistance à la traction plus élevée. Le NBR avec une distribution étroite de poids moléculaire donne une résistance à la traction plus élevée.

5. Influence du poids moléculaire

Par optimisation, l'utilisation de NBR avec une viscosité ménisque élevée et un poids moléculaire élevé donne des résistances à la traction plus élevées.

6. Élastomères carboxylés

Envisagez de remplacer le NBR non carboxylé par du XNBR carboxylé et le HNBR non carboxylé par du XHNBR carboxylé pour améliorer la résistance à la traction du composé.

Le NBR carboxylé avec une quantité appropriée d'oxyde de zinc donne une résistance à la traction plus élevée que le NBR conventionnel.

7. EPDM

L'utilisation d'EPDM semi-cristallin (haute teneur en éthylène) donne des résistances à la traction plus élevées.

8. EPDM réactif

Le remplacement de l'EPDM non modifié par 2 % (fraction massique) d'EPDM modifié à l'anhydride maléique dans des mélanges avec du NR augmente la résistance à la traction des composés NR/EPDM.

9. Gels

Les gels synthétiques tels que le SBR contiennent généralement des stabilisants. Cependant, lors du mélange de composés SBR à des températures supérieures à 163 °C, des gels libres (qui peuvent être mélangés) et des gels serrés (qui ne peuvent pas être mélangés et sont insolubles dans certains solvants) peuvent être produits. Les deux types de gel réduisent la résistance à la traction du composé. Par conséquent, la température de mélange du SBR doit être traitée avec précaution.

10. Vulcanisation

Un moyen important d'obtenir une résistance à la traction élevée est d'optimiser la densité de réticulation, d'éviter la sous-sulfuration, la post-vulcanisation et d'éviter le cloquage du caoutchouc pendant la vulcanisation en raison d'une pression insuffisante ou de l'utilisation de composants volatils.

11. Vulcanisation par chute de pression

Pour les produits vulcanisés en autoclave, la formation de cloques et la réduction de la résistance à la traction qui en résulte peuvent être évitées en réduisant progressivement la pression jusqu'à la fin de la vulcanisation, c'est ce qu'on appelle « vulcanisation par chute de pression ».

12. Temps et température de vulcanisation

Des temps de vulcanisation plus longs à des températures plus basses entraînent la formation de réseaux de liaisons multi-soufre, une densité de réticulation du soufre plus élevée et, par conséquent, une résistance à la traction plus élevée.

13. La résistance à la traction peut être améliorée par de meilleures techniques de mélange pour améliorer la dispersion des charges renforçantes telles que le noir de carbone, tout en évitant le mélange d'impuretés ou de gros composants non dispersés.

14. Remplisseurs

Pour les charges telles que le noir de carbone ou la silice, le choix d'une petite taille de particules avec une grande surface spécifique peut être efficace pour améliorer la résistance à la traction. Les charges non renforçantes ou de remplissage telles que l'argile, le carbonate de calcium, le talc, le sable de quartz, etc. doivent être évitées.

15. Noir de carbone

Pour garantir que le noir de carbone est bien dispersé, son remplissage doit être augmenté jusqu'au niveau optimal pour améliorer la résistance à la traction. Le noir de carbone avec une petite taille de particules aura une faible quantité de remplissage optimale. L'augmentation de la surface spécifique du noir de carbone et l'amélioration de la dispersion du noir de carbone en prolongeant le cycle de mélange peuvent améliorer la résistance à la traction du caoutchouc.

16. Noir de carbone blanc

L'utilisation de silice précipitée avec une surface spécifique élevée peut améliorer efficacement la résistance à la traction du composé.

17. Plastifiants

Les plastifiants doivent être évités si une résistance élevée à la traction est souhaitée.

18. Lors de la vulcanisation des composés NBR, la vulcanisation conventionnelle est plus difficile à disperser uniformément. Par conséquent, le soufre traité avec du carbonate de magnésium se dispersera mieux dans les composés polaires comme le NBR. Si l'agent de vulcanisation n'est pas bien dispersé, la résistance à la traction peut être sérieusement affectée.

19. Réseau de réticulation lié multi-soufre

Avec les systèmes de vulcanisation classiques, le réseau de réticulation est dominé par des liaisons polysulfures ; avec EV, le réseau de réticulation est dominé par des liaisons sulfures simples et doubles, les premières conduisant à une résistance à la traction plus élevée.

20. Réseaux de réticulation ioniques

Les composés ioniques réticulés ont une résistance à la traction plus élevée car les points réticulés peuvent glisser et donc bouger sans se déchirer.

21. Cristallisation des contraintes

La combinaison de caoutchouc naturel et de néoprène contenant des cristaux de contrainte dans l'adhésif contribuera à augmenter la résistance à la traction.