Le caoutchouc nitrile hydrogéné (HNBR) est principalement utilisé dans les applications qui nécessitent des propriétés dynamiques à haute et basse température et une bonne résistance au vieillissement, après gonflement dans l'huile et les fluides. Après gonflement dans les huiles et les fluides, le HNBR est principalement utilisé dans les applications nécessitant des propriétés dynamiques élevées à hautes et basses températures et une bonne résistance au vieillissement. Les applications typiques nécessitant ces propriétés sont les courroies de distribution, les flexibles haute pression et les rouleaux de papier. Les produits en caoutchouc utilisés sont soumis à des conditions dynamiques extrêmement exigeantes et sont souvent soumis à des chocs sur une large plage de températures et de fréquences. Les essais conventionnels utilisés pour caractériser les propriétés dynamiques des matériaux sont généralement réalisés à température ambiante.
Bien que ces tests permettent de bien caractériser les matériaux non chargés, les mesures à température ambiante ne reflètent pas les effets de la température sur l'interaction charge-monomère. les interactions charge et charge-polymère et leur effet sur les propriétés des matériaux à très haute température. Pour les polymères conçus spécifiquement pour les applications à haute température, une compréhension de l’effet de la température sur les propriétés techniques du matériau est nécessaire pour une optimisation appropriée du composé.
Dans cet article, l'effet de la température sur les propriétés techniques des caoutchoucs chargés est étudié, en se concentrant sur le type de charge, son dosage et l'interaction de la charge avec le HNBR et les polymères de caoutchouc nitrile butadiène carboxylé hydrogéné (HXNBR).
À cette fin, cet article compare les noirs de carbone renforçants (N330) et non renforçants (N990) avec la silice (VulcasilN). La surface de la silice peut être modifiée à la fois passivement (surface de remplissage hydrophobe) et activement (surface de remplissage hydrophobe et liée au polymère). Un nombre croissant de composés utilisent également des charges monomères, telles que le diacrylate de zinc (ZAD), qui peuvent être polymérisées in situ lors de la vulcanisation pour améliorer les propriétés du matériau. Ces nouvelles « charges » et leur interaction avec la matrice polymère n’ont pas encore été étudiées en termes de propriétés dépendant de la température et de la fréquence. Les nouvelles « charges » et leur interaction avec la matrice polymère n’ont pas été étudiées en termes de propriétés dépendant de la température et de la fréquence.
Sur la base des propriétés mécaniques et dynamiques des composés HNBR vulcanisés et non vulcanisés, diverses charges (noir de carbone, silice et ZDA) ont été analysées pour le remplissage. et ZDA) les caoutchoucs HNBR et HXNBR standard chargés ont été analysés en ce qui concerne la dépendance à la température des propriétés de renforcement.
La diminution du module avec l'augmentation de la température pour tous les caoutchoucs non vulcanisés (à l'exception du système chargé de silice) est une conséquence de la dépendance en température de la viscosité de la matrice polymère. Le type et la quantité de charge dans le liant déterminent uniquement le degré de renforcement et n'ont aucun effet sur la diminution du module du liant en fonction de la température.
Pour les adhésifs chargés en silice, la coalescence des particules de silice détermine le comportement en fonction de la température. Si la surface de la silice est traitée avec un traitement à l'alcane de silice pour obtenir une hydrophobie, la coalescence des particules de silice est inhibée. Aux grandes amplitudes de déformation, le renforcement de tous les composés chargés de noir de carbone et de silice peut être décrit comme un renforcement hydrodynamique uniquement.
Si le ZDA est utilisé comme charge, aucun effet de renforcement n'est observé dans les mélanges de caoutchouc non vulcanisés car le ZDA n'est pas encore polymérisé et n'agit que comme un plastifiant de faible masse moléculaire relative. Les composés contenant du ZDA avaient de faibles viscosités pour toutes les souches, ce qui indique de bonnes propriétés de traitement.
La comparaison des propriétés mécaniques dynamiques et des propriétés de contrainte sur déformation du caoutchouc vulcanisé a montré que le composé de caoutchouc HXNBR chargé de ZDA avait la plus grande résistance complémentaire et que les propriétés mécaniques ultimes maximales (contrainte et allongement à la rupture) diminuaient avec l'augmentation de la température pour tous les liants. La forte interaction entre la surface du mastic et la matrice polymère renforce l’effet de la température sur les propriétés de renforcement. Bien que les interactions ioniques entre les groupes carboxyle ZDA et HXNBR maximisent la contrainte de fracture, ces interactions ioniques n'ont eu aucun effet sur la dépendance de la contrainte de fracture à la température. Cela suggère que les interactions ioniques mécaniquement stables entre ZDA et la matrice polymère fonctionnalisée (HXNBR) sont une condition préalable pour d'excellentes propriétés mécaniques et dynamiques du matériau en caoutchouc avec une faible perte par hystérésis dans des conditions de déformation dynamique.
