Facteurs affectant le retrait des composés de caoutchouc

1. Introduction

1.1 Importance du taux de retrait des produits en caoutchouc

Un indicateur de performance crucial pour les produits en caoutchouc est leur taux de retrait. Cela a un impact direct sur les performances, l’apparence et l’exactitude dimensionnelle des articles. Un taux de retrait élevé peut entraîner des défauts de surface, une variation de la taille du produit et d'autres problèmes qui auront un impact négatif sur la qualité du produit. Par conséquent, l’une des technologies les plus importantes dans le processus de fabrication du caoutchouc consiste à gérer et à maximiser le taux de retrait des produits en caoutchouc.

1.2 Aperçu des principaux facteurs affectant le taux de retrait

• Formule du caoutchouc : le taux de retrait varie en fonction des types et des quantités de charges, de plastifiants et de matières premières utilisées dans le caoutchouc.
• Procédure de moulage : les comportements de retrait varient en fonction du type de moulage utilisé, tel que le moulage par injection ou le moulage par compression.
• Conditions de moulage : le taux de retrait est considérablement influencé par le choix des paramètres du processus, notamment la température, la pression et le temps de maintien.
• Post-traitement : le taux de retrait final sera également affecté par les étapes ultérieures du processus telles que le démoulage, le refroidissement et le traitement thermique.

2. L'influence des facteurs de formule sur le taux de retrait

2.1 L'influence des différents types de caoutchouc sur le taux de retrait

2.1.1 Caoutchouc naturel, caoutchouc styrène-butadiène, caoutchouc chloroprène, etc.

L’un des éléments clés influençant le taux de retrait est le type de caoutchouc. Les comportements au retrait des différents types de caoutchouc varient en raison des variations de leurs structures moléculaires, de leur polarité, de leurs densités de réticulation et d'autres propriétés.

• Étant donné que le caoutchouc naturel (NR) a une chaîne moléculaire plus longue et une densité de réticulation plus faible, généralement comprise entre 10 et 15 pour cent, il rétrécit plus rapidement.
• Le monomère de styrène est ajouté au caoutchouc styrène-butadiène (SBR), ce qui entraîne une polarité moléculaire accrue, une plus grande densité de réticulation et un taux de retrait réduit (généralement de 5 à 10 %) par rapport au caoutchouc naturel.
• Le caoutchouc chloroprène (CR) se caractérise par la présence d'atomes de chlore, une plus grande densité de réticulation, une polarité moléculaire plus forte et un taux de retrait plus faible (souvent 3-8 %).
• D'autres, notamment le caoutchouc nitrile (NBR) et le caoutchouc éthylène-propylène (EPDM), ont des propriétés de retrait distinctes en raison de leurs polarités et structures moléculaires variées, qui nécessitent des recherches plus approfondies.

2.2 Effet de la teneur en charges sur le retrait

2.2.1 Charges inorganiques vs charges organiques

Le taux de retrait des produits en caoutchouc est également influencé de manière significative par le type et la quantité de charges utilisées. Généralement, ils sont séparés en deux groupes : les charges inorganiques et organiques.

• Les types de charges inorganiques les plus courants comprennent le talc, la poudre de dolomite, le noir de carbone blanc et le noir de carbone. Parce qu'ils sont plus rigides et ont un module plus élevé, ce type de charge peut généralement limiter le retrait de la matrice de caoutchouc.
• Étant donné que les charges organiques comme la cellulose et la poudre de bois rétrécissent plus que les autres charges, en ajouter trop peut entraîner une augmentation du retrait total.

2.2.2 Relation entre la teneur en charges et le retrait

D'une manière générale, le produit en caoutchouc rétrécira d'autant moins qu'il y aura plus de charge. Cela est dû au fait que des charges rigides peuvent empêcher la matrice de caoutchouc de se déformer en raison du retrait.

En revanche, une teneur excessive en charges dégraderait les qualités mécaniques et la formabilité du produit. Par conséquent, il est essentiel d’optimiser et d’équilibrer le contrôle du retrait avec d’autres besoins de performances.

Contrôler la teneur en charges entre 30 et 50 pour cent est souvent une sage décision car cela permet de minimiser le retrait sans influencer indûment les autres paramètres de performance. Il est nécessaire de filtrer et de modifier le type et le contenu de la charge en fonction des besoins particuliers du produit.

2.3 L'influence des autres additifs

2.3.1 adoucissant, stabilisant, colorant, etc.

Adoucisseur :

Le caoutchouc peut s'allonger et devenir plus plastique avec le plastifiant, mais le retrait augmentera également. En général, le retrait augmente avec l’augmentation de la concentration en plastifiant.

Stabilisateur:

En augmentant la densité de réticulation du caoutchouc, des stabilisants tels que certains antioxydants et antiozonants peuvent être ajoutés pour diminuer le retrait. Néanmoins, une fragilisation peut également résulter d’un excès d’apport.

Additif:

À moins que la quantité ajoutée ne soit très élevée, l’introduction de colorants comme les pigments et les colorants n’a généralement aucune influence perceptible sur le retrait.

Autres:

Une petite quantité d'agent de vulcanisation, d'accélérateur de vulcanisation, d'agent moussant, etc., peut également avoir un certain impact sur le retrait.

3. L'influence des facteurs de processus sur le retrait

3.1 L'influence des conditions de mélange sur le retrait

3.1.1 Vitesse, température, temps, etc.

Vitesse de mélange :

Une vitesse trop rapide brisera la chaîne moléculaire du caoutchouc, réduisant ainsi le poids moléculaire et augmentant le retrait. Le contrôler entre 30 et 60 tr/min est souvent préférable.

Température de mélange :

Toute température trop élevée peut accélérer la détérioration thermique des molécules de caoutchouc et provoquer un retrait supplémentaire. La température de mélange est généralement maintenue entre 110 et 160 degrés.

Temps passé à mixer :

Une période de mélange trop longue peut entraîner un retrait et une réduction supplémentaire du poids moléculaire. Cependant, un temps trop court empêche les charges de se disperser complètement. Le contrôler pendant trois à dix minutes est souvent suffisant.

Ordre de mélange :

Pour minimiser le retrait et éviter l'agglomération des mastics, il est conseillé d'appliquer d'abord les mastics durs, suivis du caoutchouc souple.

3.2 Effet des conditions de vulcanisation sur le retrait

3.2.2 Température, durée, pression de vulcanisation, etc.

Température de vulcanisation :

Une température trop élevée peut accélérer la réticulation et la détérioration thermique des chaînes en caoutchouc, ce qui augmentera le retrait. Il est régulièrement préférable de la maintenir entre 150 et 180 degrés.

Temps de vulcanisation :

Un temps excessif peut accélérer le retrait et favoriser la réaction de réticulation. Cependant, la vulcanisation n'est pas entièrement réalisée en un temps trop court. Généralement dans les 10 à 30 minutes.

Pression pendant la vulcanisation :

Le volume du caoutchouc sera comprimé par une pression excessive, ce qui accélérera le rétrécissement. Maintenir la gestion de la pression entre 5 et 15 MPa est approprié.

3.3 Effet du processus de moulage sur le retrait

3.3.1 Moulage par injection ou extrusion

Les procédures d'injection et de refroidissement rapides dans le moulage par injection entraîneront un retrait plus important. Le moulage par extrusion rétrécit moins rapidement et est relativement lent.

3.3.2 Vitesse de refroidissement

Le taux de retrait augmente avec la vitesse de refroidissement. Contrôler la vitesse de refroidissement est donc essentiel pour éviter un refroidissement excessif.

4. Effet des facteurs environnementaux sur le retrait

4.1 Effet de la température sur le retrait

Le coefficient de dilatation thermique du caoutchouc augmente avec la température, accélérant ainsi le taux de retrait.

Les chaînes moléculaires du caoutchouc subiront également une réticulation et une dégradation thermique à haute température, ce qui exacerbera le retrait.

Les caoutchoucs de compositions variables sont également sensibles à la température. Certains types de caoutchouc sont plus sensibles aux variations de température.

Afin de minimiser le retrait, les températures élevées doivent être évitées autant que possible pour l'utilisation et le stockage des produits en caoutchouc. Des techniques de gestion passive ou active de la température peuvent être utilisées pour les composants importants.

4.2 Effet de l'humidité sur le retrait

D’une manière générale, l’humidité a peu d’impact sur le retrait du caoutchouc. D’un autre côté, l’absorption d’humidité entraînera l’expansion de certains produits en caoutchouc contenant des charges absorbantes, augmentant ainsi le volume global et réduisant le retrait.

Le caoutchouc absorbe facilement l’humidité et se ramollit dans les environnements très humides, ce qui peut conduire à des tailles de produits instables. Un séchage excessif peut également avoir un impact sur le retrait et entraîner une fragilisation du caoutchouc.

Ainsi, il est important de maintenir un environnement humide approprié, généralement entre 40 et 70 pour cent d’humidité relative, lors de l’utilisation et du stockage de produits en caoutchouc. Si nécessaire, des mesures de protection contre l'humidité peuvent être utilisées.

5. Optimisation et contrôle complets

5.1 Optimisation des facteurs de formulation

1. Choisissez des matières premières en caoutchouc à faible retrait, comme le caoutchouc silicone ou nitrile.
2. Pour réduire le rétrécissement, décidez et combinez raisonnablement différentes charges, telles que le talc, le noir de carbone blanc et le noir de carbone.
3. Ajoutez certaines substances contrôlant le retrait, comme le polyéthylène, le polypropylène de faible poids moléculaire, etc.
4. Améliorer le système de réticulation en ajoutant des produits chimiques utiles, en modifiant la teneur en soufre, etc.

5.2 Optimisation des paramètres du processus

• Réglez le rythme, le moment et la température du mélange pour éviter une dégradation excessive.
• Pour réguler le niveau de réticulation, ajustez les paramètres de température, de temps et de pression de vulcanisation.
• Choisissez une technique de moulage appropriée, telle que le moulage par extrusion ou par injection, et réglez la vitesse de refroidissement.
• La surveillance et l'ajustement des paramètres du processus en temps réel doivent être effectués en conjonction avec la détection en ligne et d'autres techniques.

5.3 Contrôle des conditions environnementales

1. Évitez les environnements chauds et, si nécessaire, prenez les mesures appropriées de contrôle de la température.
2. Une plage modeste d’humidité doit être maintenue pour éviter un séchage excessif ou une absorption d’humidité.
3. Des mesures auxiliaires telles que la résistance à l'humidité et l'isolation thermique peuvent être utilisées pour des composants importants.