Élastomère : Propriétés et applications dans l'étanchéité industrielle
L’élastomère, aussi appelé caoutchouc, est une sorte de polymère. Il est le seul matériau complètement élastique qui résiste à la température et à une multitude de fluides. Grâce à ses propriétés, il est le matériau principal dans le secteur de l’étanchéité industrielle.
Introduction
Christophe Colomb est le premier Européen à voir du caoutchouc en 1493, lors de son voyage en Amérique du Sud et à Haïti où il a rencontré des indigènes jouant avec une balle faite de sève séchée. Quelques siècles plus tard, en 1839, Charles Goodyear découvre le processus de vulcanisation du caoutchouc aux États-Unis.
Le caoutchouc peut être produit de deux manières différentes : soit par la coagulation du latex, sécrété par certains arbres comme l’Hevea brasiliensis, soit de façon synthétique, par polymérisation des hydrocarbures. Le caoutchouc cru n’a pas de propriétés élastiques, c’est seulement après le procédé de vulcanisation qu’il le devient. Par la suite, la filière du caoutchouc s'est largement développée grâce à l'industrie automobile et à la fabrication de pneus.
Élastomère et les autres types de polymères
Les différents matériaux utilisés dans le secteur de l'étanchéité industrielle peuvent être regroupés en 4 grandes familles de polymères :
1 Thermoplastiques
| Désignation chimique des matériaux de base | Abréviation | Noms commerciaux |
|---|---|---|
| Polytétrafluoroéthylène | PTFE | Algoflon, Teflon, Fluon... |
| Polypropylène | PP | Novolen... |
| Polyamide | PA | Nylon, Rilsan, Dymetrol... |
| Cétone de Polyéther | PEEK | - |
| Polyoxyméthylène ou polyacétale | POM | Delrin... |
| Copolymère perfluoroalcoxy | PFA | Teflon-PFA... |
2 Élastomères thermoplastiques
| Désignation chimique des matériaux de base | Abréviation | Noms commerciaux |
|---|---|---|
| Polyuréthane | PUR (AU/EU) | Urepan, Vulkollan, Adipren, Desmopan... |
| Chlorure de polyvinyle | PVC | Plaskon, Hostalit... |
3 Élastomères (caoutchouc)
| Désignation chimique des matériaux de base | Abréviation | Noms commerciaux |
|---|---|---|
| Butadiène acrylonitrile | NBR | Perbunan, Europrene N, Butacril, Nitriflex, Hycar, Chemigum... |
| Butadiène acrylonitrile hydrogéné | HNBR | Therban... |
| Caoutchouc fluoré | FPM | Viton, Tecnoflon, Fluorel... |
| Caoutchouc perfluoré | FFPM | Kalrez, Simriz, Chemraz, Evolast... |
| Chloroprène | CR | Neoprene, Baypren... |
| Caoutchouc Éthylène-Propylène-Diène | EPDM | Vistalon, Buna AP, Keltan, Dutral... |
Caoutchouc silicone :
|
|
|
| Polyéthylène chlorosulfoné | CSM | Hypalon... |
| Polyacrylate | ACM | Cyanacryl, Noxite Pa, Nipol AR... |
| Caoutchouc Styrène-Butadiène | SBR | Buna SB, Solprene... |
| Caoutchouc Naturel | NR | - |
4 Résines thermodurcissables
| Désignation chimique des matériaux de base | Abréviation | Noms commerciaux |
|---|---|---|
| Phénoplaste (résine phénolique) | PF | Ferrozell, Pertinax... |
Élastomère : Propriétés et caractéristiques
Propriétés mécaniques
Élasticité
L’élasticité d’un caoutchouc est issue du processus de vulcanisation. Vulcaniser consiste à « cuire » un élastomère afin de créer une réticulation. Cette réticulation (ou cross-linking) permet de créer des ponts entre les chaînes d’un élastomère. Ce sont ces ponts qui vont donner les propriétés élastiques au caoutchouc.
Matériau non-réticulé : plastique 
Matériau réticulé : élastomère 
Les ponts permettent à l’élastomère de reprendre presque parfaitement sa forme initiale tandis que le matériau non-réticulé conserve sa nouvelle forme. C'est seulement après ce processus de réticulation que l'on peut parler de "caoutchouc".
Quelques avantages de la vulcanisation :
- L'élastomère passe d’un état plastique à un état élastique, améliorant significativement ses propriétés mécaniques.
- Le caoutchouc ne se dissout pas dans les solvants mais il gonfle.
Dureté
La dureté est un paramètre utilisé pour définir la résistance d’un matériau à la pénétration d’un corps plus dur.
On mesure la dureté grâce à un duromètre qui peut être exprimé selon différentes échelles : Shore A, Shore D et IRDH (également appelé DIDC). L’unité de mesure du Shore s'étend sur un intervalle de 0 (mou) à 100 (dur).
Différentes formes des duromètres
- Shore A & D : Ces tests permettent de mesurer des surfaces planes. Le test Shore A est utilisé pour les matériaux plus mous, tandis que le test Shore D s'applique aux matériaux plus durs.
- IRDH : Sa surface sphérique est plus adaptée pour mesurer des pièces finies ou des surfaces irrégulières.
Une tolérance de ± 5 unités est généralement accordée, compte tenu de la multiplicité des méthodes de test et des modalités de mesure. La dureté est essentielle : une valeur élevée sur un joint torique peut, par exemple, compenser une pression importante en limitant le phénomène d’extrusion.
Déformation Rémanente à la Compression (DRC)
La DRC est une méthode qui permet de mesurer les propriétés élastiques d’un matériau après avoir subi une contrainte prolongée (température, durée, etc.).
Schéma du test DRC
La DRC est calculée selon la formule suivante :
DRC (%) = [ (h₀ - h₂) / (h₀ - h₁) ] × 100
Deux normes principales sont retenues pour effectuer le test DRC : ASTM D395 méthode B et ISO 815 méthode A.
La déformation rémanente à la compression est influencée par :
- La durée de compression
- Le taux de compression
- La température durant le test
- La forme du matériau
- La résistance aux fluides du matériau
Interprétation des résultats : Plus le résultat exprimé en % est proche de 0, plus le matériau reprend sa forme initiale et meilleure est sa DRC.
Autres propriétés mécaniques
- Résistance à la traction et élastique à la rupture : Ces propriétés déterminent la force nécessaire pour casser une éprouvette. L’allongement s’exprime en % par rapport à sa dimension initiale, tandis que la résistance à la traction s’exprime en MPa.
- Densité : Masse volumique exprimée en g/cm³.
- Résistance à la déchirure : Force (N/mm) nécessaire pour couper ou déchirer un élastomère (donnée clé pour les applications de protection comme les soufflets).
- Coefficient de frottement : Calcule l’adhérence (statique) ou le glissement (dynamique) entre le matériau et la surface à étancher.
- Propriétés chimiques : Consulter notre tableau des résistances chimiques.
Résistance à la température
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