Application et développement des matériaux en poudre inorganiques dans l’industrie du caoutchouc

Le caoutchouc est largement utilisé dans les transports, la mécanique, l’électronique, la défense et d’autres secteurs de l’économie nationale. Cependant, il présente également des inconvénients majeurs, tels que de faibles forces intermoléculaires, un volume libre important et une faible capacité d’autocristallisation, ce qui se traduit par une faible résistance, un faible module d’élasticité et une faible résistance à l’usure. Par conséquent, l’ajout de charges inorganiques non métalliques est nécessaire pour répondre aux exigences de ces applications.

De manière générale, les charges inorganiques non métalliques dans le caoutchouc remplissent principalement les fonctions suivantes : renforcement, remplissage (augmentation du volume) et réduction des coûts, amélioration des performances de transformation, régulation des caractéristiques de vulcanisation et confération de propriétés spécifiques.

Charges minérales inorganiques non métalliques couramment utilisées dans le caoutchouc

(1) Silice

La silice est actuellement le deuxième agent de renforcement le plus utilisé dans l’industrie du caoutchouc après le noir de carbone. Sa formule chimique est SiO₂·nH₂O. Sa structure particulaire est très poreuse. Lorsque ces vides ont une taille comprise entre 2 et 60 nm, ils se combinent facilement avec d’autres polymères, ce qui explique principalement l’utilisation de la silice comme agent de renforcement. En tant qu’agent de renforcement, la silice améliore considérablement la résistance à l’usure et à la déchirure des matériaux. Elle améliore également de manière significative les propriétés mécaniques des pneumatiques et est largement utilisée dans les véhicules, l’instrumentation, l’aérospatiale et d’autres domaines.

(2) Carbonate de calcium léger

Le carbonate de calcium léger est l’une des charges les plus anciennes et les plus utilisées dans l’industrie du caoutchouc. L’ajout de grandes quantités de carbonate de calcium léger au caoutchouc permet d’augmenter le volume du produit, ce qui permet d’économiser du caoutchouc naturel coûteux et de réduire les coûts. Le caoutchouc chargé de carbonate de calcium léger présente une résistance à la traction, à l’usure et à la déchirure supérieure à celle des vulcanisats de caoutchouc pur. Il a un effet de renforcement significatif sur le caoutchouc naturel et synthétique et permet également d’ajuster sa consistance. Dans l’industrie du câble, il assure une certaine isolation. (3) Kaolin

La kaolinite est un aluminosilicate hydraté, un minéral argileux courant. Son application pratique au caoutchouc améliore son élasticité, ses propriétés de barrière, son allongement et sa résistance à la flexion. L’ajout de kaolinite modifiée au caoutchouc styrène-butadiène (SBR) améliore significativement son allongement, sa résistance à la déchirure et sa dureté Shore, tout en prolongeant sa durée de vie.

(4) Argile

L’argile peut être ajoutée lors de la fabrication des pneumatiques, selon les exigences du procédé de production. Elle est utilisée comme charge pour réduire les coûts. Cependant, elle doit être activée pour faciliter son adhérence au caoutchouc. L’argile activée ou modifiée peut remplacer partiellement le noir de carbone dans la formulation.

Des études montrent qu’à mesure que la quantité d’argile augmente, la dureté, la contrainte de traction à 300 % et la résistance à la traction du composé de caoutchouc diminuent légèrement, mais cet effet peut être compensé par un ajustement du système de vulcanisation. Utilisée dans les formulations de bandes de roulement, après optimisation du système, elle peut également réduire la résistance au roulement.

(5) Sulfate de baryum

Il peut améliorer efficacement la résistance au vieillissement et aux intempéries des produits en caoutchouc tels que le caoutchouc des pneumatiques et des courroies. De plus, il améliore la douceur de surface des produits en caoutchouc. Utilisé comme charge en poudre, il permet non seulement d’optimiser le rendement d’application de la poudre, mais présente également des avantages économiques indéniables.

(6) Talc

La poudre de talc se divise généralement en deux catégories : le talc industriel classique et le talc ultrafin. Le premier, utilisé comme charge, n’a pas d’effet de renforcement et son impact sur les propriétés physiques du caoutchouc est négligeable. C’est pourquoi on l’utilise souvent comme agent de séparation. Le talc ultrafin, quant à lui, possède un bon pouvoir de renforcement. Utilisé comme charge, il confère au caoutchouc une résistance à la traction équivalente à celle obtenue avec la silice.

(7) Graphite

Le graphite appartient à la famille des silicates lamellaires, des minéraux non métalliques. Il présente une bonne conductivité thermique et électrique, ainsi qu’un bon pouvoir lubrifiant. Son utilisation comme charge pour le caoutchouc repose sur un procédé similaire à celui de la montmorillonite : le graphite est réduit en nanoparticules grâce à une technique spécifique. Lorsque ces nanoparticules se combinent à la matrice de caoutchouc, diverses propriétés fonctionnelles de ce dernier sont améliorées. Par exemple, la conductivité électrique, la conductivité thermique, l’étanchéité à l’air et les propriétés mécaniques sont toutes considérablement améliorées.