1. Qu’est-ce que le vieillissement du caoutchouc ? Quels sont ses signes en surface ?
Lors de la transformation, du stockage et de l'utilisation du caoutchouc et de ses produits dérivés, sous l'effet conjugué de facteurs internes et externes, les propriétés physico-chimiques et mécaniques du caoutchouc se détériorent progressivement, jusqu'à le rendre inutilisable. Ce phénomène est appelé vieillissement du caoutchouc. En surface, il se manifeste par des fissures, un aspect collant, un durcissement, un ramollissement, un farinage, une décoloration et le développement de moisissures.
2. Quels sont les facteurs qui affectent le vieillissement du caoutchouc ?
Les facteurs qui provoquent le vieillissement du caoutchouc sont :
(a) L'oxygène présent dans le caoutchouc subit une réaction en chaîne radicalaire avec les molécules de caoutchouc, ce qui entraîne la rupture ou la réticulation excessive de la chaîne moléculaire et, par conséquent, des modifications des propriétés du caoutchouc. L'oxydation est l'une des principales causes du vieillissement du caoutchouc.
(b) L'activité chimique de l'ozone est bien supérieure à celle de l'oxygène et son pouvoir destructeur est plus important. L'ozone rompt également la chaîne moléculaire, mais son effet sur le caoutchouc varie selon que celui-ci soit déformé ou non. Appliqué sur du caoutchouc déformé (principalement du caoutchouc insaturé), il provoque l'apparition de fissures perpendiculaires à la direction de la contrainte, appelées « fissures d'ozone ». Appliqué sur du caoutchouc non déformé, il ne provoque qu'une fine pellicule d'oxyde en surface, sans fissuration.
(c) Chaleur : L’élévation de la température peut provoquer des fissures thermiques ou une réticulation thermique du caoutchouc. Cependant, l’effet principal de la chaleur est l’activation. Elle améliore la vitesse de diffusion de l’oxygène et active la réaction d’oxydation, accélérant ainsi le processus d’oxydation du caoutchouc, un phénomène de vieillissement courant appelé vieillissement thermique par l’oxygène.
d) Lumière : Plus la longueur d'onde est courte, plus l'énergie est élevée. Les rayons ultraviolets, de haute énergie, endommagent le caoutchouc. Outre la rupture et la réticulation directes de la chaîne moléculaire du caoutchouc, ils génèrent des radicaux libres par absorption d'énergie lumineuse, ce qui initie et accélère la réaction d'oxydation en chaîne. La lumière ultraviolette agit comme un échauffement. Contrairement à l'action thermique, l'action de la lumière se produit principalement en surface du caoutchouc. Pour les échantillons à forte teneur en colle, des fissures en réseau apparaissent sur les deux faces, appelées « fissures de la couche optique externe ».
e) Contraintes mécaniques : Sous l’effet répété de contraintes mécaniques, la chaîne moléculaire du caoutchouc se rompt, générant des radicaux libres qui déclenchent une réaction d’oxydation en chaîne et un processus mécanochimique. La rupture mécanique des chaînes moléculaires et l’activation mécanique des processus d’oxydation sont deux phénomènes qui prédominent selon les conditions en jeu. De plus, l’effet de ces contraintes peut facilement provoquer des fissures dues à l’ozone.
(f) Humidité : L’humidité a deux effets : le caoutchouc s’abîme facilement lorsqu’il est exposé à la pluie, à l’air humide ou immergé dans l’eau. En effet, les substances hydrosolubles et les groupes hydratés qu’il contient sont extraits et dissous par l’eau, par hydrolyse ou absorption. L’alternance d’immersion dans l’eau et d’exposition à l’air ambiant accélère particulièrement la dégradation du caoutchouc. Cependant, dans certains cas, l’humidité n’endommage pas le caoutchouc et peut même ralentir son vieillissement.
(g) Autres : Il existe des milieux chimiques, des ions métalliques à valence variable, des rayonnements de haute énergie, l'électricité et la biologie, etc., qui affectent le caoutchouc.
3. Quels sont les types de méthodes d'essai de vieillissement du caoutchouc ?
Peut être divisée en deux catégories :
(a) Méthode d'essai de vieillissement naturel. Elle est divisée en essai de vieillissement atmosphérique, essai de vieillissement accéléré atmosphérique, essai de vieillissement en stockage naturel, en milieu naturel (y compris le sol enfoui, etc.) et essai de vieillissement biologique.
(b) Méthode d'essai de vieillissement accéléré artificiel. Pour le vieillissement thermique, le vieillissement à l'ozone, le photovieillissement, le vieillissement en climat artificiel, le vieillissement photo-ozone, le vieillissement biologique, le vieillissement par rayonnement de haute énergie et électrique, et le vieillissement en milieu chimique.
4. Quelle classe de température doit être sélectionnée pour le test de vieillissement à l'air chaud de différents composés de caoutchouc ?
Pour le caoutchouc naturel, la température d'essai est généralement de 50 à 100 °C, pour le caoutchouc synthétique, de 50 à 150 °C, et pour certains caoutchoucs spéciaux, elle est plus élevée. Par exemple, le caoutchouc nitrile est testé entre 70 et 150 °C, et le caoutchouc fluoré silicone entre 200 et 300 °C. En résumé, la température doit être déterminée en fonction de l'essai.
Date de publication : 14 février 2022
