Élastomère - Définition

Introduction

Un élastomère est un polymère présentant des propriétés « élastiques », obtenues après réticulation. Il supporte de très grandes déformations avant rupture. Le terme de caoutchouc est un synonyme usuel d'élastomère.
Les matériaux élastomères tels les pneumatiques sont souvent à base de caoutchouc naturel (sigle NR) et de caoutchouc synthétique.
Le caoutchouc naturel est resté longtemps le seul élastomère connu.
En 1860, le chimiste anglais Charles Hanson Greville Williams montra que ce matériau est un polyisoprénoïde.
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.

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.
Un élastomère est une matière amorphe et présentant une température de transition vitreuse (Tg) faible (souvent inférieure à -40 °C).
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.
À la différence d'un polymère thermoplastique, les profilés en élastomère (faiblement réticulé) ne fluent pas après extrusion.
Concernant la transformation des élastomères, l'extrusion représente 10 % en volume, contre 90 % pour le moulage.
Certains élastomères sont thermoplastiques [« élastomères thermoplastiques » (TPE), tels le copolymère séquencé styrène-butadiène (SBS)], leur mise en œuvre utilise les techniques habituellement réservées aux polymères thermoplastiques.
La plupart ont un caractère amorphe ; les élastomères NR, CR et FKM (fluoroélastomère) se distinguent par leur caractère cristallin.
Ils sont le plus souvent utilisés à une température supérieure à leur température de transition vitreuse, sur le plateau caoutchouteux.
Leur densité varie de 0,86 (EPDM) à 1,8 [FVMQ (élastomère fluorosilicone), FKM].
L'échelle de mesure Shore A mesure leur dureté (de 30 à 95).

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, de plastifiant(s), d'un agent vulcanisant (tel le soufre ou un peroxyde organique) pour former les ponts, d'accélérateur(s) de vulcanisation (éviter ceux produisant des nitrosamines), d'additifs divers (pour faciliter la mise en œuvre, pour la protection contre le dioxygène, l'ozone, la chaleur, la flamme, les UV, etc.) et souvent de noir de carbone. Ce nanoconstituant est multi-fonctions : utilisé notamment comme pigment, charge de renforcement des propriétés mécaniques des élastomères et stabilisant.