Guide technique du caoutchouc : types, propriétés et sélection

Spécifier le mauvais caoutchouc pour une application est l'une des erreurs les plus courantes et les plus coûteuses en matière de conception mécanique. Il est tout aussi important de choisir le bon matériau que les bonnes dimensions.

Les huit caoutchoucs de qualité technique les plus couramment utilisés dans les applications mécaniques et de fixation sont le NBR, le TPE, le TPR, le silicone, le fluorosilicone, le Viton (FKM), l'EPDM et le néoprène (CR). Chacune offre un équilibre distinct entre la plage de température, la résistance chimique, la résistance mécanique et le coût. Par exemple, le silicone offre la plage de températures la plus étendue (-60 °C à +230 °C), le Viton offre la plus grande résistance chimique, le néoprène est le seul grade doté d'une résistance intrinsèque aux flammes et le TPE et le TPR sont les seules options entièrement recyclables.

De nombreux autres facteurs les distinguent et peuvent les rendre plus adaptés à votre application. Ce guide explore en détail chacune des différentes qualités, en expliquant les propriétés uniques de chacune et en fournissant des conseils pour faire le bon choix pour votre assemblage.

Contenu :

• Qu'est-ce que le caoutchouc ?

• Combien de types de caoutchouc existe-t-il ?

• Caoutchouc technique : propriétés et applications

• Choisir le type de caoutchouc adapté à votre application

• Compatibilité chimique des caoutchoucs techniques

• Quel type de caoutchouc convient à mon application ?

• Principaux points à retenir

• FAQs

Qu'est-ce que le caoutchouc ?

Le caoutchouc est un matériau élastique apprécié pour sa capacité à retrouver sa forme d'origine après déformation. C'est un terme utilisé pour décrire une variété de polymères différents que l'on trouve dans un très grand nombre de produits différents. Tout, des gants aux chaussures, des attaches aux joints toriques et plus encore, peut être fabriqué à partir de différents types de caoutchouc.

Les principales propriétés du caoutchouc sont son élasticité, sa capacité à isoler de l'électricité et sa résistance à des facteurs tels que l'abrasion et l'usure. D'une manière générale, il existe deux catégories de caoutchouc : le caoutchouc naturel et le caoutchouc synthétique.

• Caoutchouc naturel : dérivé de sources naturelles. Traditionnellement, cela impliquait de tapoter les troncs des hévéas pour en extraire la sève, qui pouvait ensuite être coagulée pour former du caoutchouc. Pour être utilisé dans des applications résistantes à l'usure, le caoutchouc naturel doit généralement subir une vulcanisation, un processus de réticulation des chaînes de polymères utilisant du soufre ou des peroxydes pour augmenter considérablement la résistance, l'élasticité et la durabilité. Cela contribue également à augmenter sa longévité, car sans cela, le caoutchouc naturel peut pourrir en quelques semaines.

• Caoutchouc synthétique : synthétisé à partir de produits pétrochimiques, comme de nombreuses formes de plastique. Il est produit par polymérisation chimique et est supérieur en termes de polyvalence, de stabilité thermique, de durabilité et d'élasticité. Dans de nombreux cas, contrairement au caoutchouc naturel, les caoutchoucs synthétiques ne nécessitent pas de vulcanisation pour être suffisamment durables pour des applications résistantes à l'usure.

Combien de types de caoutchouc existe-t-il ?

Les classifications industrielles reconnaissent plus de 40 types de caoutchouc, bien que beaucoup d'entre eux ne soient pas largement utilisés dans un contexte d'ingénierie. Par souci d'utilité et de concision, ce guide se concentrera sur les variétés de caoutchouc les plus couramment utilisées dans les solutions d'ingénierie et la gamme de produits d'Accu. Ce sont les suivants :

• Caoutchouc nitrile-butadiène (NBR),

• élastomère thermoplastique (TPE),

• caoutchouc thermoplastique (TPR),

• Silicone,

• Silicone fluoré,

• Viton,

• EPDM et

• Néoprène.

Remarque technique rapide : les valeurs des propriétés indiquées sont des fourchettes typiques pour les grades courants. Les performances réelles dépendent de la formulation, du renforcement et du traitement spécifiques. Consultez toujours les fiches techniques des fournisseurs pour obtenir des données spécifiques à chaque catégorie.

Caoutchouc technique : propriétés et applications

Caoutchouc nitrile-butadiène (NBR)

• Plage de dureté : 40—90 Shore A.

• Résistance à la traction : 10 à 30 MPa.

• Allongement à la rupture : 100 à 600 %.

• Température de service en continu : -40 °C à +120 °C.

• Réglage de compression : faible à moyen.

• Résistance chimique : Excellente résistance aux huiles minérales, aux carburants, aux hydrocarbures et aux graisses ; résistance modérée aux acides dilués ; faible résistance aux acides oxydants puissants, aux cétones et aux solvants chlorés.

• Résistance aux UV et à l'ozone : faible.

• Résistance aux flammes : faible.

Quiconque a déjà porté des gants en nitrile ou changé le filtre à carburant d'une voiture a déjà manipulé le NBR. Le caoutchouc nitrile-butadiène, communément appelé caoutchouc nitrile, NBR ou sous la désignation commerciale Buna-N, est l'un des élastomères synthétiques les plus largement spécifiés en ingénierie. Développé pour la première fois dans les années 1930 comme solution aux applications de manutention de carburant, il est toujours largement utilisé près d'un siècle plus tard. La réputation de NBR repose sur une chose : la résistance à l'huile et au carburant à un prix raisonnable. Il résiste aux huiles minérales, aux carburants, aux hydrocarbures, aux graisses et aux acides dilués de manière suffisamment fiable pour devenir la spécification par défaut pour les joints toriques, les joints et les composants hydrauliques dans les secteurs automobile et industriel.

Le caoutchouc NBR présente une faible résistance aux acides oxydants puissants, aux cétones et aux solvants chlorés et ne doit pas être spécifié là où un contact avec ces substances est probable.

La résistance du NBR aux huiles et sa flexibilité à basse température sont toutes deux déterminées par sa teneur en acrylonitrile (ACN) :

• ACN élevé (supérieur à 45 %) : résistance maximale à l'huile et au carburant, flexibilité réduite à basse température

• ACN moyen (33 à 45 %) : le grade le plus couramment spécifié, offrant une combinaison équilibrée de résistance à l'huile et de flexibilité

• Faible ACN (inférieur à 33 %) : flexibilité accrue à basse température, résistance à l'huile réduite

Le NBR présente des limites notables pour les applications extérieures. Il offre une faible résistance aux rayons UV et à l'ozone, qui provoquent tous deux des fissures et une dégradation de la surface au fil du temps. C'est une erreur récurrente : le comportement du NBR en intérieur ne correspond pas à ses performances en extérieur. Si vous recherchez un caoutchouc adapté à une utilisation en extérieur, l'EPDM ou le néoprène sont des alternatives plus appropriées.

Chez Accu, le caoutchouc NBR est utilisé dans les joints toriques.

Élastomère thermoplastique (TPE)

• Plage de dureté : 10 à 95 Shore A (dépend fortement du grade).

• Résistance à la traction : 5 à 35 MPa.

• Allongement à la rupture : 100 à 800 %.

• Température de service en continu : -50 °C à +125 °C.

• Niveau de compression : moyen (supérieur à celui des caoutchoucs thermodurcis).

• Résistance chimique : bonne résistance à l'eau, aux acides dilués et aux alcalis ; résistance modérée aux huiles ; faible résistance aux hydrocarbures aromatiques et aux solvants puissants. La résistance varie considérablement selon le sous-type.

• Résistance aux UV et à l'ozone : bonne à excellente (grades à base de SEBS particulièrement élevés).

• Résistance aux flammes : faible à modérée (grades ignifuges disponibles).

L'élastomère thermoplastique, ou TPE, est une forme de caoutchouc qui combine la formabilité et la recyclabilité du plastique avec la flexibilité et la fonction du caoutchouc. Vous l'avez probablement déjà vu utilisé pour la prise en main douce d'outils et d'outils tels que les brosses à dents, car il peut être surmoulé directement sur des substrats rigides et peut être facilement pigmenté. Il ressemble à du caoutchouc, mais se comporte comme du plastique, qui est son principal attrait à des fins d'ingénierie.

Contrairement aux caoutchoucs thermodurcis, qui sont réticulés de façon permanente lors de la vulcanisation et ne peuvent pas être retraités (comme c'est la différence entre les plastiques thermodurcis et thermodurcissables), le TPE peut être fondu et reformé, ce qui le rend entièrement recyclable et beaucoup plus rapide à fabriquer, sans étape de durcissement requise.

Le caoutchouc TPE n'est pas un matériau unique mais une famille de sous-types, dont les copolymères séquencés styréniques (SBS, SEBS), les polyuréthanes thermoplastiques (TPU) et les polyoléfines thermoplastiques (TPO), chacun ayant des propriétés mécaniques et chimiques variables. La résistance chimique dépend donc du grade. La plupart des TPE offrent une bonne résistance à l'eau, aux acides dilués et aux alcalis, mais les performances au contact des hydrocarbures aromatiques contenus dans les carburants ou les solvants puissants varient considérablement et doivent être vérifiées par rapport à des fiches techniques de qualité spécifiques.

Certains grades de TPE sont biocompatibles et, lorsque la conformité à la norme ISO 10993 est confirmée, peuvent être utilisés dans des applications médicales telles que les joints de seringues, les tubes et les cathéters.

Accu utilise du TPE dans sa gamme de bouchons Moss Pull Tab.

Caoutchouc thermoplastique (TPR)

• Plage de dureté : 50 à 100 Shore A (généralement plus dur que le TPE).

• Résistance à la traction : 10 à 30 MPa.

• Allongement à la rupture : 100 à 500 %.

• Température de service en continu : -20 °C à +120 °C.

• Réglage de compression : faible à moyen.

• Résistance chimique : bonne résistance à l'eau, aux acides dilués et aux alcalis ; résistance modérée aux huiles et aux graisses ; faible résistance aux hydrocarbures aromatiques et aux solvants puissants.

• Résistance aux UV et à l'ozone : bonne.

• Résistance aux flammes : faible à modérée.

Vous ne trouverez pas de TPR sur votre brosse à dents, mais sur les semelles de vos baskets. Le caoutchouc thermoplastique (TPR) est étroitement lié au TPE et est souvent considéré comme une sous-catégorie plus dure et plus rigide au sein de la famille des élastomères thermoplastiques, bien que les termes soient parfois utilisés de manière interchangeable dans l'industrie.

Comme le TPE, il peut être fondu, reformé et recyclé, ne nécessitant aucune étape de vulcanisation lors de sa fabrication. Cela lui confère les mêmes avantages en termes d'efficacité de traitement par rapport aux caoutchoucs thermodurcis que le TPE.

La principale distinction entre le TPR et le TPE réside dans les performances mécaniques. Le caoutchouc TPR est généralement plus dur et plus résistant à l'abrasion, à la déchirure et à la flexion, ce qui le rend mieux adapté aux applications où la durabilité sous des contraintes mécaniques soutenues est une priorité. Alors que le TPE donne la priorité à la douceur et à la flexibilité à basse température, le TPR est conçu pour résister.

Certains compromis s'accompagnent d'un plus grand degré de durabilité. Le TPR n'est pas aussi résistant aux températures froides que le caoutchouc TPE, ce qui entraîne un durcissement du TPR et une perte de flexibilité. Le TPR produit une fumée plus dense lors de la combustion que le TPE, ce qui peut être envisagé dans les environnements clos.

Chez Accu, le TPR est utilisé dans nos rondelles en caoutchouc.

Silicone

• Plage de dureté : 10—80 Shore A.

• Résistance à la traction : 4 à 12 MPa.

• Allongement à la rupture : 100 à 800 %.

• Température de service en continu : -60 °C à +230 °C (jusqu'à +260 °C pour les modèles thermostabilisés).

• Réglage de compression : faible à moyen.

• Résistance chimique : bonne résistance à l'eau, aux acides dilués et aux agents oxydants ; faible résistance aux acides concentrés, aux alcalis, aux hydrocarbures aromatiques et aux carburants.

• Résistance aux UV et à l'ozone : excellente.

• Résistance aux flammes : faible (grades standard) ; bonne à excellente (grades ignifuges).

• Rigidité diélectrique : 15 à 25 kV/mm.

Le silicone est le spécialiste de la température dans le monde de l'ingénierie du caoutchouc. Rien d'autre sur cette liste ne correspond à sa plage de fonctionnement, et rien d'autre ne reste flexible, d'une chambre froide à -60 °C à un four à +230 °C sans interruption. Elle a acquis cette réputation pendant la Seconde Guerre mondiale, lorsque la demande d'un matériau capable d'isoler les systèmes électriques des aéronefs à haute altitude, lorsque les températures chutent et que les caoutchoucs deviennent fragiles, a poussé le silicone hors du laboratoire pour être produit en série. Quatre-vingts ans plus tard, elle fait toujours essentiellement le même travail, mais dans un plus large éventail de secteurs.

Le caoutchouc de silicone est disponible dans une gamme de grades spécialisés, chacun étant formulé pour améliorer des propriétés spécifiques :

• Grades résistants à la déchirure et à l'abrasion : pour une meilleure durabilité mécanique.

• Grades ignifuges : pour les applications nécessitant le respect des normes de sécurité incendie.

• Grades de vulcanisation à température ambiante (RTV) : pour la fabrication de moules et le scellage in situ.

• Grades thermostabilisés : pour une exposition continue jusqu'à +260 °C

• Grades de contact avec les aliments : conformes à la norme 21 CFR de la FDA et au règlement européen 10/2011 pour le contact direct avec les aliments et les boissons.

Le silicone offre également une rigidité diélectrique de 15 à 25 kV/mm, ce qui le rend parfaitement adapté aux applications d'isolation électrique, notamment aux gaines de câbles, aux joints de connecteurs et aux composants haute tension. Sur le plan médical, le silicone est le matériau dominant pour les implants et les tubes depuis des décennies, en raison de sa biocompatibilité innée et du fait qu'il est à la fois stérilisable et stable lors de longues expositions dans le corps.

Le silicone présente des limites qui méritent d'être soulignées. Sa résistance à la traction est inférieure à celle de la plupart des caoutchoucs thermodurcis, généralement de 4 à 12 mégapascal (MPa). Les grades standard offrent une faible résistance à l'abrasion à moins d'être spécifiquement formulés autrement. Son coefficient de frottement naturellement élevé le rend inadapté aux surfaces d'appui, aux composants rotatifs ou à tout assemblage dans lequel les éléments doivent glisser librement les uns contre les autres, bien que cela puisse être atténué dans certaines applications avec des revêtements en PTFE ou des traitements de surface. Sur le plan chimique, le silicone se comporte mal en contact prolongé avec des acides concentrés, des alcalis et des hydrocarbures aromatiques. Si votre projet nécessite un matériau performant au contact de ces substances, le Viton ou le fluorosilicone sont des choix plus judicieux.

Accu utilise du caoutchouc de silicone dans ses rubans en silicone, ses capuchons à tête creuse, ses bouchons de masquage sans bride, ses vis d'étanchéité à tête cylindrique métrique et ses écrous d'étanchéité hexagonaux à bride dentelée métrique.

Silicone fluoré

• Plage de dureté : 40—80 Shore A.

• Résistance à la traction : 7 à 10 MPa.

• Allongement à la rupture : 100 à 400 %.

• Température de service en continu : -65 °C à +175 °C.

• Kit de compression : faible à moyen (meilleur que le silicone standard).

• Résistance chimique : Excellente résistance aux hydrocarbures aliphatiques et aromatiques, aux huiles minérales, aux carburants et aux benzines ; faible résistance aux cétones, à certains fluides hydrauliques et aux alcalis puissants.

• Résistance aux UV et à l'ozone : excellente.

• Résistance aux flammes : faible à modérée.

Le caoutchouc fluorosilicone, parfois connu sous les abréviations FVMQ ou FSR, est un élastomère synthétique similaire au caoutchouc de silicone mais avec quelques différences notables. Son nom vient du fait que, contrairement au caoutchouc de silicone ordinaire, le caoutchouc fluorosilicone contient des groupes trifluoropropyle.

Ce petit changement structurel a un effet considérable sur les performances. Le fluorosilicone a une plage de températures de fonctionnement inférieure à celle du silicone standard, une meilleure résistance à la déchirure et un indice de compression inférieur, mais la principale différence réside dans sa résistance chimique aux carburants, aux huiles minérales, aux hydrocarbures aliphatiques et aromatiques, qui font totalement défaut au silicone standard.

Le fluorosilicone partage certaines limites du silicone standard. Il fonctionne mal au contact des cétones, de certains fluides hydrauliques et des alcalis puissants. Le fluorosilicone ne doit absolument pas être spécifié pour les applications impliquant ces substances. Le coût est également un facteur important et la première chose à savoir sur la spécification du fluorosilicone. Les composants fabriqués à partir de ce matériau coûtent généralement plusieurs fois plus cher que leurs équivalents en silicone, ce qui reflète la complexité du processus de fabrication et le marché spécialisé qu'il dessert. Ce n'est pas un matériau que l'on choisit au hasard, mais lorsque son profil de propriété spécifique est nécessaire, il existe très peu de substituts.

Ses principaux domaines d'application sont les industries aérospatiale et automobile, où il est utilisé pour les joints en contact avec le carburant, les joints toriques et les joints dans des environnements soumis à une exposition prolongée ou intermittente à des produits pétrochimiques. C'est l'un des rares élastomères capables de maintenir l'étanchéité de manière fiable en contact direct avec les carburants pour l'aviation et l'automobile sur une large plage de températures.

Accu fournit du fluorosilicone dans ses gammes d'écrous d'étanchéité hexagonaux métriques, de boulons d'étanchéité hexagonaux métriques, de vis d'étanchéité à tête fraisée à douille métrique et d'écrous d'étanchéité hexagonaux dentelés métriques, entre autres.

Viton

• Plage de dureté : 60 à 90 Shore A.

• Résistance à la traction : 7 à 20 MPa.

• Allongement à la rupture : 100 à 300 %.

• Température de service en continu : -20 °C à +200 °C (grades spéciaux jusqu'à +300 °C).

• Ensemble de compression : faible (rétention particulièrement forte à des températures élevées).

• Résistance chimique : Excellente résistance aux huiles minérales, aux carburants, aux hydrocarbures aromatiques et aliphatiques et à de nombreux acides ; faible résistance aux cétones, aux amines, aux esters et éthers de faible poids moléculaire et à certains fluides de frein et hydrauliques.

• Résistance aux UV et à l'ozone : excellente.

• Résistance aux flammes : faible (produit du fluorure d'hydrogène lors de la combustion, un danger important dans les environnements présentant un risque d'incendie).

Le viton gagne son prix. C'est ce que les ingénieurs spécifient lorsqu'une défaillance coûte cher, que l'environnement est hostile et que le compromis n'est pas une option. Cela dit, nulle part ailleurs sur cette liste ce commerce ne se reflète aussi directement dans le coût unitaire. Le matériau lui-même porte plusieurs noms, qu'il convient de démêler avant d'aller plus loin : FKM est la désignation selon la norme américaine ASTM D1418, FPM est le matériau identique selon la nomenclature européenne ISO 1629 et DIN et Viton est le nom commercial de Chemours (à l'origine celui de DuPont) pour sa gamme FKM. Il n'y a aucune différence matérielle entre le FKM et le FPM, il s'agit du même fluoroélastomère décrit par deux organismes de normalisation différents et « Viton » est devenu un raccourci industriel pour cette classe, de la même manière que « Néoprène » signifie polychloroprène. Si votre fournisseur propose le FPM et que votre dessin indique le FKM, vous recherchez le même caoutchouc.

Le profil de résistance chimique du FKM est l'un des plus larges de tous les caoutchoucs techniques. Il offre une excellente résistance aux huiles minérales, aux carburants, aux hydrocarbures aromatiques et aliphatiques et à de nombreux acides. Il fonctionne toutefois mal au contact des cétones, des amines, des esters et éthers de faible poids moléculaire et de certains fluides de frein et hydrauliques.

À basse température, les grades FKM standard commencent à durcir et à perdre de leur flexibilité en dessous de -20 °C, ce qui constitue une limitation importante dans les applications en environnement froid. Des grades FKM à basse température tels que Viton GLT et GFLT sont disponibles pour étendre les performances jusqu'à environ -40 °C, bien qu'il s'agisse de formulations spécialisées qui doivent être confirmées auprès du fournisseur.

Une considération de sécurité importante : le FKM produit du fluorure d'hydrogène comme produit de décomposition lorsqu'il est brûlé. Il s'agit d'un gaz hautement toxique et d'un grave danger dans toute application où le risque d'incendie est une considération de conception. Vous verrez ces informations mentionnées à nouveau plus loin dans le tableau de comparaison, et pour cause. Il s'agit d'un danger grave qui doit être pris en compte avant que Viton ne soit spécifié pour une application quelconque.

Le Viton est largement utilisé dans les industries aérospatiale et automobile pour les joints des conduites de carburant et des systèmes hydrauliques à haute température, ainsi que dans les applications pétrolières et gazières et la transformation alimentaire et pharmaceutique, où sa résistance aux produits chimiques agressifs et sa conformité aux exigences sanitaires en font une spécification fiable à long terme.

Accu utilise Viton dans ses gammes d'écrous d'étanchéité hexagonaux à bride dentelée métriques, de vis d'étanchéité à tête cylindrique à douille métrique et de vis d'étanchéité à tête cylindrique fendue métrique, entre autres.

EPDM

• Plage de dureté : 40—90 Shore A.

• Résistance à la traction : 7 à 20 MPa.

• Allongement à la rupture : 100 à 600 %.

• Température de service en continu : -50 °C à +150 °C (certains grades jusqu'à +180 °C).

• Réglage de compression : faible à moyen.

• Résistance chimique : Excellente résistance à l'eau, à la vapeur, aux alcalis, aux acides dilués, à l'ozone et aux UV ; faible résistance aux huiles à base de pétrole, aux carburants et aux hydrocarbures aromatiques.

• Résistance aux UV et à l'ozone : excellente.

• Résistance aux flammes : faible (grades ignifuges disponibles).

S'il vous est déjà arrivé de regarder un toit commercial plat et de voir une membrane lisse en caoutchouc noir s'étirer dessus, vous avez certainement pensé à l'EPDM. Le monomère d'éthylène propylène diène est le caoutchouc extérieur. Il vit sur les toits, dans les joints des fenêtres, sous les capots des voitures, autour des revêtements des étangs et dans toutes les applications où un matériau doit affronter les intempéries pendant des décennies sans problème. L'EPDM fait tout cela de manière peu glamour, fiable et pour un prix qui donne à la plupart des alternatives un aspect extravagant.

Le caoutchouc EPDM est un terpolymère de caoutchouc synthétique synthétisé à partir d'éthylène, de propylène et d'un monomère diène, généralement l'éthylidène norbornène (ENB). L'EPDM possède une résistance exceptionnelle aux UV, à l'ozone et aux intempéries. Ces caractéristiques en font un choix idéal pour les applications extérieures en raison de son haut degré d'imperméabilité et de résistance aux alcalis. L'EPDM est également présent dans les joints, les joints et les coupe-froid de diverses industries et applications. C'est bon marché, c'est fiable et surtout, c'est fiable.

De plus, l'EPDM possède une énergie intrinsèque (la quantité d'énergie requise pour passer de la matière première au produit fini) relativement faible par rapport à de nombreux autres caoutchoucs synthétiques. Cela n'en fait pas un choix écologique, car son recyclage, en particulier sous forme de membrane, est coûteux et difficile.

L'EPDM n'est pas sans inconvénients. Il n'adhère pas facilement au métal sans une préparation et un traitement de surface importants, ce qui peut entraîner des problèmes dans les assemblages nécessitant des liaisons étroites. Il peut également être sujet au rétrécissement, en particulier lorsqu'il est utilisé sous forme de membrane, alors assurez-vous de le vérifier régulièrement pour détecter tout signe de ce phénomène si vous l'utilisez.

L'EPDM ne possède pas non plus le même degré de résistance aux produits chimiques et à l'huile que les autres formes de caoutchouc. L'exposition aux carburants, aux hydrocarbures aromatiques et aux huiles à base de pétrole peut le dégrader ou l'endommager, ce qui fait du NBR ou du FKM des alternatives plus appropriées si vous travaillez dans des environnements de traitement du pétrole ou des carburants.

Accu utilise de l'EPDM dans sa gamme de rondelles d'étanchéité, de vis à bois à tête fraisée Pozi, de clips en P et de vis autotaraudeuses à étanchéité hexagonale.

Néoprène

• Plage de dureté : 30—90 Shore A.

• Résistance à la traction : 10 à 25 MPa.

• Allongement à la rupture : 200 à 500 %.

• Température de service en continu : -40 °C à +120 °C (grades spéciaux jusqu'à +150 °C).

• Réglage de compression : faible à moyen.

• Résistance chimique : résistance modérée aux huiles, aux graisses, aux acides dilués et aux alcalis. Bonne résistance à l'ozone, aux UV et aux intempéries, mais faible résistance aux acides oxydants puissants, aux hydrocarbures aromatiques et aux cétones.

• Résistance aux UV et à l'ozone : bonne à excellente.

• Résistance aux flammes : bonne. Le néoprène est intrinsèquement résistant aux flammes en raison de sa teneur en chlore et s'éteint automatiquement lorsque la source d'inflammation est retirée.

Le néoprène a été le premier caoutchouc synthétique à connaître un succès commercial, lancé par DuPont en 1931, en partie en réponse à la vulnérabilité stratégique de l'approvisionnement en caoutchouc naturel dans les années qui ont précédé la Seconde Guerre mondiale. C'était en effet le premier matériau à prouver que le caoutchouc synthétique pouvait être fabriqué pour être aussi performant, voire surperformant, que le caoutchouc naturel. Près d'un siècle plus tard, c'est toujours l'un des caoutchoucs techniques les plus utilisés au monde, bien qu'il attire rarement l'attention de ses cousins les plus spécialisés.

Le néoprène, nom commercial du polychloroprène ou CR, ne se distingue dans aucun domaine. Il ne correspond pas au silicone en termes de plage de température, au Viton en termes de résistance chimique ou à l'EPDM en termes de résistance aux intempéries. Ce qu'il fait, de manière fiable, c'est la plupart des choses à la fois avec compétence. Résistance modérée aux huiles, aux graisses, aux acides dilués et aux alcalis. Bonne résistance à l'ozone, aux UV et aux intempéries. Une large plage de températures de travail allant de -40 °C à +120 °C. Allongement à la rupture de 200 à 500 % avec reprise élastique complète. Isolation électrique utilisable pour les applications basse tension. Aucune de ces caractéristiques ne fait la une des journaux, mais leur combinaison est inhabituelle et c'est pourquoi le néoprène est présent dans de nombreux endroits où un seul caoutchouc spécialisé serait exagéré.

La seule des propriétés du néoprène qui puisse, en soi, être qualifiée de significative et distinctive est sa résistance aux flammes inhérente. La teneur en chlore de sa structure polymère le rend autoextinguible lorsqu'une source d'inflammation est supprimée, ce que la plupart des autres caoutchoucs techniques ne peuvent pas faire sans l'ajout d'additifs ignifuges. Cela fait du caoutchouc CR un matériau couramment spécifié dans les applications électriques, de construction et marines où la sécurité incendie est une exigence de conception.

Comme tous les types de caoutchouc, le néoprène présente des inconvénients. En dessous de -40 °C, il peut devenir fragile, il est difficile à recycler et sa production n'est ni respectueuse de l'environnement ni durable. Le néoprène possède des propriétés d'isolation électrique modérées, adaptées aux applications basse tension, mais ce n'est pas une spécification appropriée pour l'isolation haute tension. Le silicone ou l'EPDM sont bien meilleurs pour cela.

L'accu utilise du caoutchouc néoprène pour les supports à œillets anti-vibrations.

Choisir le type de caoutchouc adapté à votre application

Le tableau ci-dessous vous donne un aperçu relatif des grades de caoutchouc technique ci-dessus. Plutôt que de présenter uniquement les propriétés absolues des matériaux, chaque caractéristique est notée sur une échelle numérique de 1 à 10, où 1 représente la performance relative la plus faible et 10 la plus élevée dans ce groupe spécifique de types de caoutchouc.

Les notes sont destinées à mettre en évidence la façon dont les grades se comparent les uns aux autres, et non à comparer les caoutchoucs de qualité technique à d'autres matériaux, ni à définir des limites absolues ou des performances garanties.

Ce système de notation a été utilisé pour faciliter l'identification des compromis et des considérations de conception en un coup d'œil. Les valeurs sont basées sur le comportement typique et largement reconnu de chaque grade dans le domaine de l'ingénierie.

 

Remarque - La résistance aux flammes du Viton est notée 2 car, bien qu'il soit autoextinguible, il produit du fluorure d'hydrogène lors de sa combustion. Cela présente un risque de sécurité important, de sorte que le score n'est pas attribué uniquement à une mauvaise performance au feu. D'autre part, la résistance aux flammes du néoprène obtient un score de 8 car il est intrinsèquement autoextinguible, ce qui constitue sa véritable propriété exceptionnelle.

Compatibilité chimique des caoutchoucs techniques

La compatibilité chimique est, pour de nombreux ingénieurs, l'étape la plus importante du processus de spécification des matériaux. Peu importe le niveau de compression ou la plage de fonctionnement d'un matériau, s'il se dégrade rapidement lorsqu'il est exposé à un carburant ou à une huile qu'il est censé manipuler. Le choix de la mauvaise qualité de caoutchouc pour un environnement chimiquement agressif est l'une des causes les plus fréquentes de défaillance prématurée des joints.

Pour cette raison, nous avons séparé la compatibilité chimique dans un tableau distinct afin de vous aider à choisir vos matériaux. Le tableau ci-dessous fournit un guide de compatibilité rapide pour les huit grades de caoutchouc techniques abordés dans cet article dans quatorze substances chimiques et environnements courants.

Les notes sont données comme C pour Compatible, L pour Limité ou A pour Éviter. Une cote de compatibilité indique des performances généralement fiables pour une immersion ou un contact standard. Limité indique que les performances dépendent du grade ou de la concentration et doivent être vérifiées par rapport aux fiches techniques du fournisseur avant de les spécifier. Éviter indique que la substance est connue pour provoquer une dégradation importante, un gonflement ou une perte de propriétés mécaniques.

Remarques :

• Viton et acides concentrés classés à limiter plutôt qu'à éviter : le Viton résiste à de nombreux acides inorganiques, y compris les acides sulfurique et chlorhydrique à des concentrations modérées. C'est l'un de ses véritables facteurs de différenciation. Cependant, il est attaqué par certains acides oxydants à des concentrations élevées, d'où son caractère limité plutôt que compatible.
• Silicone et cétones classés à limiter plutôt qu'à éviter : le silicone présente une résistance modérée à certaines cétones par rapport à la plupart des autres caoutchoucs, qui n'ont pratiquement aucune résistance. Ce n'est pas une spécification sûre, mais ce n'est pas non plus une solution à éviter, d'où Limited.
• NBR et hydrocarbures aromatiques classés comme limités plutôt que compatibles : les grades ACN moyens et élevés du NBR présentent une résistance modérée aux hydrocarbures aromatiques. Pas assez pour être qualifié de Compatible, mais nettement meilleur que l'EPDM ou le silicone.
• Classe EPDM/cétones Limitée : L'EPDM a une résistance modérée à certaines cétones, ce qui est une propriété authentique mais souvent négligée. C'est l'un des rares domaines où l'EPDM surpasse le NBR et le néoprène.

Quel type de caoutchouc convient à mon application ?

Le choix du caoutchouc technique adapté dépend des principales exigences de votre application, qu'il s'agisse de l'exposition aux produits chimiques, de la plage de températures, de la durabilité mécanique, des intempéries extérieures ou de la conformité réglementaire.

• Pour la résistance à l'huile, aux carburants et aux hydrocarbures : le Viton est la spécification par défaut lorsqu'un contact prolongé ou intermittent avec des carburants à base de pétrole, des huiles minérales et des hydrocarbures aromatiques est attendu, en particulier à des températures élevées. Lorsque la résistance au carburant est requise en plus de la flexibilité à basse température, le fluorosilicone (FVMQ) est le choix le plus approprié. Le NBR est une alternative rentable pour les applications impliquant des huiles minérales et des carburants à des températures modérées, où les performances à haute température du Viton ne sont pas requises.

• Pour les applications à haute température : le caoutchouc de silicone est la spécification standard pour un service continu au-dessus de 150 °C, offrant des performances fiables de -60 °C à +230 °C, une gamme qui ne correspond à aucun autre caoutchouc technique courant. Lorsque les performances à haute température doivent être associées à une résistance aux carburants ou aux produits chimiques agressifs, le Viton est généralement préféré, avec des grades spéciaux évalués à +300 °C.

• Pour les environnements extérieurs et les intempéries : l'EPDM et le néoprène (CR) sont les grades les plus couramment spécifiés pour lesquels le rayonnement UV, l'exposition à l'ozone et les intempéries sont les principales considérations. L'EPDM est préféré lorsque la résistance à l'eau et l'exposition aux alcalis sont également des facteurs, en particulier dans les applications de toiture et de construction. Le néoprène offre un profil mécanique plus large et constitue le meilleur choix lorsque la résistance aux flammes ou le contact avec l'huile sont également une exigence.

• Pour les applications d'étanchéité nécessitant une faible résistance à la compression : le Viton offre la meilleure rétention de la masse de compression à des températures élevées, ce qui en fait la spécification préférée pour les joints statiques dans les environnements thermiquement exigeants. Le fluorosilicone est une alternative solide lorsqu'une résistance au carburant est également requise. Le NBR et le néoprène conviennent aux applications d'étanchéité à basse température où le coût est pris en compte.

• Pour l'isolation électrique : le caoutchouc de silicone est la principale spécification pour les applications d'isolation haute tension, avec une rigidité diélectrique généralement de 15 à 25 kV/mm. Le fluorosilicone offre des propriétés isolantes similaires en plus d'une résistance chimique. Le néoprène et l'EPDM fournissent une isolation modérée adaptée aux applications basse tension uniquement.

• Pour les applications résistantes aux flammes : le néoprène (CR) est le seul grade de cette gamme à posséder des propriétés autoextinguibles inhérentes, en raison de sa teneur en chlore. Toutes les autres catégories nécessitent des additifs ignifuges pour atteindre des performances équivalentes, à l'exception du Viton, qui doit être évité dans les environnements présentant un risque d'incendie en raison de la production de fluorure d'hydrogène lors de la combustion.

• Pour les applications médicales ou en contact avec les aliments : le caoutchouc de silicone est le grade le plus largement spécifié, avec des grades de contact alimentaire conformes à la FDA 21 CFR et au règlement européen 10/2011 et des grades médicaux adaptés aux implants et aux équipements chirurgicaux. Le TPE est une alternative pour les applications médicales où la conformité à la norme ISO 10993 est confirmée grade par grade.

• Pour les applications générales sans exigence de performance dominante : le néoprène (CR) offre le profil de propriétés combiné le plus large de toutes les qualités de cette gamme, équilibrant la résistance mécanique, la résistance aux intempéries, la résistance chimique modérée et la résistance inhérente aux flammes sans exceller ni échouer de manière décisive dans aucun domaine. Le NBR est le choix à usage général le plus approprié lorsqu'un contact avec de l'huile ou du carburant est probable.

• Pour les applications sensibles aux coûts ou recyclables : le NBR, le TPE, le TPR et l'EPDM offrent tous une rentabilité élevée par rapport au reste de la gamme. Le TPE et le TPR présentent l'avantage supplémentaire d'être entièrement recyclables et retransformables. Il s'agit d'une considération importante lorsque la durabilité ou la manipulation en fin de vie constituent des contraintes de conception. Le fluorosilicone et le Viton sont les grades les plus chers et ne doivent être spécifiés que lorsque leurs propriétés de performance spécifiques sont réellement requises.

Principaux points à retenir

• Le choix du caoutchouc technique se résume presque toujours à l'intersection de trois facteurs : l'environnement chimique, la plage de températures et le coût. Les performances extrêmes dans une dimension sacrifient les deux autres.

• La résistance à l'huile et au carburant et les performances à haute température sont les deux exigences les plus exigeantes à satisfaire simultanément. Le Viton (FKM) est le seul grade de cette gamme à fournir les deux de manière fiable, mais à un prix supérieur qui en tient compte.

• Le squelette silicium-oxygène du silicone lui confère un profil de propriétés fondamentalement différent de tous les autres grades abordés ici, en particulier sa plage de température de -60 °C à +230 °C et sa rigidité diélectrique.

• Le TPE et le TPR sont les seuls grades entièrement recyclables couverts par ce guide. Lorsque la manipulation en fin de vie ou la durabilité constituent des contraintes de conception, ils offrent un avantage significatif par rapport aux caoutchoucs thermodurcis, qui ne peuvent pas être refondus ou retraités.

• Le néoprène (CR) est le seul grade doté d'une résistance intrinsèque aux flammes, grâce à sa teneur en chlore. Tous les autres grades, à l'exception du Viton, qui doit être totalement évité dans les environnements présentant un risque d'incendie, nécessitent des additifs ignifuges pour obtenir les mêmes performances.

• L'EPDM et le silicone sont les meilleurs choix lorsque la résistance aux UV et à l'ozone est importante, ce qui en fait les spécifications par défaut pour les applications extérieures ou météorologiques à long terme. Le NBR ne doit pas être spécifié pour une utilisation en extérieur sans protection supplémentaire.

• Les coûts et les performances sont inversement corrélés aux extrémités de cette fourchette. Le NBR, le TPE, le TPR et l'EPDM offrent un excellent rapport coût-efficacité pour les applications générales. Le fluorosilicone et le Viton sont les grades les plus chers et ne doivent être spécifiés que lorsque leurs propriétés de performance spécifiques sont réellement nécessaires.

FAQ :

Q : Quel est le caoutchouc technique le plus résistant aux produits chimiques ?

R : Le Viton offre le profil de résistance chimique le plus large de tous les caoutchoucs techniques couramment spécifiés. Il résiste aux huiles minérales, aux carburants, aux hydrocarbures aromatiques et aliphatiques et à de nombreux acides de manière fiable sur une plage de températures de service continue de -20 °C à +200 °C.

Q : Quel est le meilleur caoutchouc pour une utilisation en extérieur ?

R : L'EPDM et le néoprène (CR) sont les grades les plus couramment spécifiés pour les applications extérieures. Le squelette polymère entièrement saturé de l'EPDM le rend très résistant aux rayons UV, à l'ozone et aux intempéries. Son excellente résistance à l'eau et aux alcalis le rend idéal pour les applications de toiture, de construction et d'étanchéité extérieure. Le néoprène offre un profil mécanique plus large et il est préférable de l'utiliser lorsqu'une résistance aux flammes ou un contact modéré avec l'huile sont également des exigences.

Q : Quelle est la différence entre le TPE et le TPR ?

R : Le TPE (élastomère thermoplastique) et le TPR (caoutchouc thermoplastique) sont des matériaux étroitement liés. Le TPR est généralement considéré comme une sous-catégorie plus dure et plus rigide au sein de la famille élargie des TPE. Les deux peuvent être fondus, reformés et recyclés, sans nécessiter d'étape de vulcanisation pendant la fabrication.

La principale distinction pratique est mécanique : le TPR offre généralement une plus grande résistance à l'abrasion, une plus grande résistance à la traction et une meilleure durabilité sous des contraintes mécaniques soutenues, tandis que le TPE offre une flexibilité supérieure à basse température, avec un seuil de service inférieur d'environ -50 °C contre -20 °C pour le TPR.

Q : Quel caoutchouc présente la plus haute résistance à la température ?

R : Le caoutchouc de silicone possède la plage de températures de service en continu la plus large de tous les caoutchoucs techniques couramment spécifiés, fonctionnant de manière fiable de -60 °C à +230 °C, avec des grades stabilisés à la chaleur allant jusqu'à +260 °C. Le viton est la spécification préférée lorsque les performances à haute température doivent être combinées à une résistance aux carburants ou aux produits chimiques agressifs, les grades spéciaux étant évalués à +300 °C.

Les grades standard de la plupart des autres caoutchoucs techniques, y compris le NBR, le néoprène et le TPE, sont généralement limités à une température maximale de service continu d'environ +120 °C à +125 °C.