Choisir le bon caoutchouc

Choisir le bon caoutchouc

Choisir la matière première pour une conception de pièces en élastomère, mais à quel prix ?

Votre design de pièce est en route et il est maintenant temps de choisir le matériau qui aura les bonnes propriétés physiques et chimiques. Bien qu’avec la crise du coronavirus les prix des matières premières risquent d’avoir augmenté, il est possible de se faire une idée des coûts à partir du tableau de ratio qui suit :

Vous devrez choisir un matériau en fonction de l’environnement et de la fonction de la pièce elle-même. Choisir un matériau élastomère nécessite de connaitre la tolérance de température de votre équipement de production, pour ensuite être capable de procéder la matière choisit. Le taux de gonflement est aussi à prendre en considération. Le poids de la pièce finie est souvent un enjeu en ce qui concerne l’utilisation du profil. Cependant, la résistance en compression limite le choix de la densité du matériau en fonction du design établi par le design de pièce. Il faudra indiquer au fournisseur quelle dureté de matériau vous désirez ainsi que sa résistance en traction.

De plus votre élastomère pourrait devoir se conformer à certaines des caractéristiques suivantes.

  • Rémanence à la compression
  • Résistance à l’ozone et aux intempéries
  • Résistance à la déformation par compression
  • Résistance aux fluides
  • Résistances aux basses températures
  • Résistances à la déchirure
  • Résistance à la flexion
  • Résistance au feu
  • Résistance aux chocs
  • Résistance à l’imprégnation
  • Résistance à l’abrasion
  • Adhérence
  • Résilience

Toutes ces propriétés de matière seront déterminantes sur le prix du matériau que vous devez utiliser. Il est donc avantageux de prévoir différentes possibilités lors de la conception de votre produit et de ne pas se limiter à une seule idée. Un brainstorming d’équipe peut être nécessaire pour aller chercher le maximum de solutions possibles afin de présenter un plan complet à votre client.

Voir aussi "La recette du caoutchouc"

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Les propriétés du caoutchouc et ses familles

Les propriétés du caoutchouc et ses familles

La conception de produits peut paraître laborieuse au premier coup d’œil, mais à l’aide d’un plan, il est plus facile d’arriver à un bon design. Voici donc une liste des bonnes pratiques à adopter pour prendre de l’expérience.Le caoutchouc est une substance caractérisée par les longues chaines moléculaires qui le constitue. Il possède une grande élasticité dans une gamme de température passant de -50 °C à 150 °C, c’est pourquoi on l’appelle souvent élastomère. Les élastomères sont les seuls matériaux industriels qui, lorsqu’ils sont déformés, retrouvent leurs dimensions initiales.

 

Cette propriété fait du caoutchouc un matériel de choix peu problématique dans les contextes de liaisons élastiques, d’amortissement et d’étanchéité.

Les caoutchoucs se divisent en deux familles soit les caoutchoucs naturels et les élastomères de synthèse;

Le caoutchouc naturel est obtenu par coagulation du latex provenant de «l’arbre qui pleure» l’Hévéa. Charles Goodyear développera cette résine industriellement en 1839 en inventant la vulcanisation par le soufre.

Il possède de bonnes propriétés de résilience, de résistance en traction et au déchirement et à la fatigue dans une large gamme de dureté. Ses faiblesses se situent dans vieillissement dû à la chaleur, à l’ozone et aux intempéries. Il ne possède pas une bonne tenue aux huiles et aux solvants. 

Culture d'Hévéa et récolte du caoutchouc


Le caoutchouc de synthèse apparaitra plus tard, dans les années 1920-1930, pour la production de pneus. Fabriqué à partir d’hydrocarbures, il représente les deux tiers du marché. Il est utilisé lorsqu’on désire de bonnes propriétés mécaniques, de mise en œuvre ainsi qu’une bonne résistance.

Les copolymères butadiène-styrène (SBR), les polybutadiènes (BR), les butyl (IRR), les copolymères d’éthylène et de propylène(EPDM), les polychloroprènes (CR) et les copolymères butadiène-acrylonitriles (NBR)  sont tous des caoutchoucs de synthèse disponibles sur le marché.

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Les élastomères ne sont jamais utilisés à l’état brut. On y intègre les plastifiants, les charges, les agents de vulcanisation et les adjuvants. Avec ces ingrédients, il sera plus facile d’obtenir une bonne mise en œuvre et de donner de bonnes propriétés au produit final.

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La recette du caoutchouc

La recette du caoutchouc

Le mélange du caoutchouc, comment ça fonctionne?

Le mélange du polymère synthétique avec les autres ingrédients se fait par laminage entre deux cylindres pour les mélangeurs externes ou par les rotateurs pour les mélangeurs internes. Ces cylindres brisent les chaines moléculaires tandis que l’opérateur introduit les différents ingrédients petit à petit afin qu’ils pénètrent bien dans le mélange. Voici la composition de la recette et les rôles de ses parties :


Les élastomères de base
 : SBR, BR, EPDM…

Les plastifiants : facilitent l’introduction des autres ingrédients ainsi que les opérations de transformation (calandrage, injection, extrusion). Ce sont des huiles minérales ou synthétiques qui diminuent la viscosité du mélange.

Les charges : Le noir de carbone, la silice et le kaolin ont le rôle d’améliorer les propriétés mécaniques et de diminuer le prix de revient, car elles permettent de diminuer la quantité de caoutchouc utilisé dans la recette.

Les adjuvants : Agents de protection (antioxygène et antiozone), colorants, ignifugeants…

Les agents de vulcanisation : Agents qui produisent des ponts entre les chaines moléculaires du caoutchouc et qui lui donne les propriétés et caractéristiques de l’État élastique. Le souffre et le peroxyde organique en font partie. Ces agents s’activent lors du cisaillement et du réchauffement de la matière par les procédés de fabrication. Les accélérateurs permettent d’amorcer la réaction dans un temps voulu.

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Pour les intéressés, voici le processus de transformation du caoutchouc!

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Bonnes pratiques de la conception de pièces.

Bonnes pratiques de la conception de pièces.

Et si vous pouviez la concevoir vous-même ?

La conception de produits peut paraître laborieuse au premier coup d’œil mais avec une démarche de conception il est plus facile d’arriver à un bon design. Voici donc une liste des bonnes pratiques à adopter pour prendre de l’expérience.

LA COMMUNICATION

Idéalement le concepteur d’un produit extrudé connaît bien les procédés de fabrication. La pièce est alors un compromis optimal entre les contraintes de fabrication et l’usage de la pièce. Dans la réalité, dans le processus de conception n’est pas aussi simple. Il doit y avoir des échanges entre les parties: concepteur de pièces, concepteur d’outils, fabricant d’outils et l’utilisateur. L’objectif est l’atteinte d’un compromis et la connaissance des effets sur la pièce et le procédé. Il y a toujours de l’incertitude et des risques.

Cette photo par Auteur inconnu est soumise à la licence CC BY-SA

LA DÉCOUVERTE DES BESOINS

Afin de concevoir un produit qui aidera à une certaine fonctionnalité, vous devez connaître les problématiques de l’environnement du profil d’extrusion. Choisissez un groupe cible qui soit susceptible d’utiliser le produit et apprenez à le connaître en effectuant des recherches ( entretiens , recherche en ligne, contact…) En effet, s’intéresser à votre future cible peut fournir beaucoup d’informations utiles. Une des méthodes des plus efficaces pour obtenir ces informations est d’effectuer des entretiens qualitatifs où vous pourrez poser des questions ouvertes afin d’en apprendre un maximum sur vos futurs utilisateurs. Voici un exemple de questions à poser :

  • Quelle sera l’utilisation finale de votre pièce?
  • Dans quel environnement sera-t-elle utilisée?
  • Votre pièce sera-t-elle utilisée à l’intérieur ou à l’extérieur? Ex. agent UV
  • Doit-elle être souple ou rigide?
  • Quelle finition désire-t-on pour la surface?
  • Quelles sont les dimensions du produit fini?
  • Quelle est l’épaisseur désirée?
  • La pièce a-t-elle besoin de posséder certaines propriétés mécaniques, chimiques ou thermiques?
  • La pièce a-t-elle besoin d’être stable dimensionnellement?
  • La pièce sera-t-elle soumise à du frottement ou à des chocs?
  • La pièce doit-elle rencontrer certaines normes d’inflammabilité, alimentaires ou autres conformités légales?
  • Possédez-vous un échantillon de votre pièce?
  • Existe-t-il des dessins, croquis, 2D, 3D de celle-ci?
  • Quels seront votre volume annuel, vos quantités par commande et la fréquence de vos commandes?

LE PARTAGE DES RÉSULTATS

Après avoir appris à connaître votre futur produit, trouvé les problèmes à résoudre et réalisé une première analyse des produits déjà existants, le moment est venu de résumer les informations acquises. Le concepteur de produit n’est jamais à 100% autonome et il a besoin d’un tableau précis des problématiques pour concevoir un produit innovant pour de futurs clients

LA GÉOMÉTRIE DE LA PIÈCE

  1. Concevoir avec des murs égaux si possible. Ceci évite la distorsion du produit fini (cambrure).
  2. Éliminer les coins aigus (pointus).
  3. Maintenir la symétrie pour éviter que la bande courbe en spirale, déséquilibrant l’écoulement du matériel.
  4. Diminuer épaisseur des intersections pour prévenir un de gonflement de la section.
  5. Prévoir l’effet de creux.
  6. Éviter les sections vides et fermées, elles augmentent le coût de l’outillage.

FAVORISER LES ARRONDIS

Les coins pointus ou à angles droits augmentent les risques de déchirement à la sortie de l’outillage. Le meilleur moyen d’éviter le problème est de créer un rayon dans la conception de la pièce de caoutchouc.

ANTICIPER LES TOLÉRANCES DE LA PIÈCE EN CAOUTCHOUC

La plupart des gens croient que la tolérance des pièces de polymères ressemble à celle des autres matériaux. Ils s’attendent à de faibles variations, car ils sont habitués à un très haut niveau de précision comme avec des matériaux usinés, mais le caoutchouc a des marges de tolérance beaucoup plus grandes. Il est donc crucial de prendre en compte cette différence lors de la conception de la pièce.

TENIR COMPTE DU MOUVEMENTDE LA PIÈCE

Cet aspect du design de la pièce est d’autant plus important dans le cas des applications de vitrage pour systèmes architecturaux, car les charges de compression varient considérablement. Vous devez donc connaître la forme compressée et non compressée de la pièce de manière à valider adéquatement vos besoins avec votre fournisseur. Sinon, la pièce risque d’être trop grosse et vous ne serez pas en mesure de la compresser. Inversement, si le joint est trop petit, vous n’obtiendrez pas assez de compression, ce qui se traduira par une fuite.

FAIRE UN PROTOTYPE DE L’OUTILLAGE

Pensez à valider le design d’une pièce avant d’investir dans l’outillage en demandant à votre fournisseur de vous fournir un échantillon en IMPRESSION 3D. Le prototype vous permettra de déterminer si la forme de la pièce convient et si elle est bien ajustée. Vous accélérerez ainsi le processus de production et vous éviterez des erreurs qui peuvent s’avérer coûteuses.
Par contre, gardez à l’esprit que le prototype ne sera pas fait de caoutchouc. Il ne vous permettra donc pas de valider le bon fonctionnement de la pièce.

PARTAGER L’INFORMATION AU CLIENT

Tout dépend du contexte dans lequel vous utiliserez votre application, d’où l’importances de communiquer tous vos besoins à votre fournisseur.

Pour qu’ils soient en mesure de déceler d’éventuels problèmes, ils doivent comprendre comment vous envisagez utiliser la pièce et la façon dont elle va interagir avec d’autres pièces. C’est le cas, notamment, des joints qui doivent s’insérer à un rail coulissant. Assurez-vous que vos fournisseurs disposent de toutes les informations. Ils seront plus à même de garantir que la pièce de caoutchouc extrudée conviendra parfaitement l’utilisation que vous en ferez.

Vous avez peut-être une idée de design en tête, mais vous êtes moins familier avec la façon dont se comporte le caoutchouc lorsque soumis à certaines conditions. Le caoutchouc est très différent du plastique ou de l’aluminium. Les divers matériaux de polymères ont des propriétés très distinctes.

En conclusion, il peut être dans votre intérêt de travailler avec des gens d’expertise pour optimiser votre design et choisir le matériau le mieux adapté. Nous pouvons vous aider dans votre conception de produits.

Voir aussi "Quels matériaux choisir…"

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