Les ingénieurs d’Alpha Technologies ont mené une étude en collaboration avec un institut de recherche sur les élastomères et les pneumatiques afin de développer des méthodes permettant d’accélérer les essais sur les propriétés d’accumulation de chaleur des composés élastomères de 18 heures à environ 30 minutes.

Historique de l’échauffement

Nous savons tous pourquoi nous utilisons des charges, en particulier du noir de carbone, dans nos composés de caoutchouc. Les charges de noir de carbone améliorent les performances finales des produits en caoutchouc, telles qu’une bonne résistance à l’usure, un bon comportement d’amortissement et la capacité de subir de très grandes déformations sans déformation permanente. Elles peuvent affecter non seulement le module dynamique, à la fois le module visqueux et le module élastique, mais aussi leur rapport, c’est-à-dire le facteur de perte, qui est lié à la partie de l’énergie dissipée au cours de la déformation dynamique.

Dans la pratique, la perte d’énergie dans les produits en caoutchouc lors d’une déformation dynamique est d’une grande importance, par exemple dans les supports de vibration et les pneus. La perte d’énergie agit comme un prédicteur des performances de service de ces produits. Plus précisément, la perte d’énergie est un indicateur de la production de chaleur et de la durée de vie en fatigue pour les supports de vibration, et de la résistance au roulement, de la traction et de la résistance au dérapage pour les pneus. Lorsque le caoutchouc est déformé, il y a un apport d’énergie qui est libéré en partie lorsque le caoutchouc reprend sa forme initiale. La partie qui n’est pas restituée sous forme d’énergie mécanique est dissipée sous forme de chaleur.

Les produits en caoutchouc soumis à des conditions dynamiques et à des déformations répétées d’une ampleur et d’une fréquence suffisantes génèrent une chaleur considérable (en fonction du taux de dissipation de la chaleur) et une augmentation significative de la température. La température du produit atteint un état stable après une certaine période de fonctionnement, lorsque le taux de production de chaleur est égal au taux de dissipation de la chaleur. L’ampleur de la production de chaleur détermine la modification des propriétés viscoélastiques du produit, qui peut entraîner une défaillance prématurée. Le processus est plus grave dans les blocs de caoutchouc épais et provoque une chaleur telle à l’intérieur du bloc que le caoutchouc explose. Il s’agit d’un mode de défaillance important dans les produits en caoutchouc épais tels que les bandes de roulement de pneus et les patins de chenilles de chars d’assaut.

Il est essentiel que les fabricants de produits effectuent des essais précis et répétables sur les composés de caoutchouc afin d’évaluer leurs propriétés d’accumulation de chaleur et de protéger les personnes qui utilisent leurs produits. Généralement, les tests des caractéristiques d’échauffement font appel à plusieurs instruments, comme ceux utilisés dans cette étude. Plus précisément, les propriétés rhéologiques ont été étudiées à l’aide de plusieurs instruments comme le rhéomètre Premier RPA d’Alpha Technologies.

Pourquoi utiliser un Premier RPA pour mesurer l’accumulation de chaleur ?

Le rhéomètre Premier RPA est un instrument idéal pour mesurer l’accumulation de chaleur dans un échantillon de caoutchouc cuit, en raison de son rapport favorable entre la surface et le volume de l’échantillon et de sa capacité à appliquer des déformations très élevées (± 90° {± 1256%}).  Cette plage de déformation s’est avérée idéale pour mesurer l’échauffement. La conception de la filière RPA présente une surface élevée par rapport à la masse de l’échantillon lui-même. Cette conception a été délibérée pour assurer une récupération rapide de la température de l’échantillon, une fois que les matrices se ferment et que le test commence. Le rhéomètre Premier RPA maintient la température de l’échantillon de caoutchouc à ± 0,2°C de la température définie, en utilisant la combinaison de son système de contrôle de chauffage conçu sur mesure et de son système de refroidissement par air forcé (à travers les matrices). Tout est mis en œuvre pour maintenir la température constante afin d’obtenir des propriétés dynamiques précises de l’échantillon de caoutchouc.

Cependant, une modification spéciale du Premier RPA a désactivé le système de refroidissement par air forcé pour permettre à la température des matrices supérieure et inférieure d’augmenter librement en raison de la chaleur visqueuse. Ainsi, la chaleur de l’échantillon est le résultat d’un mouvement de déformation sinusoïdale soigneusement contrôlé de la matrice inférieure. Par conséquent, cette géométrie unique de la cavité du moule fournit également des mesures efficaces de l’accumulation de chaleur lorsque les conditions d’essai dans le Premier RPA sont correctement optimisées.

Excellente corrélation et des résultats plus rapides

Cette procédure d’essai utilisant le Premier RPA montre qu’elle est efficace et efficiente pour mesurer l’HBU dans un composé de caoutchouc. La séquence d’essai du Premier RPA comprend la cuisson de l’échantillon et l’essai subséquent en un seul placement de l’échantillon. La durée totale du test pour le composé de caoutchouc qui durcit à 16°C/20min est de 30 minutes. Le Premier RPA peut estimer les propriétés HBU en environ une demi-heure par rapport à d’autres tests de laboratoire qui impliquent un temps de conditionnement de l’échantillon de 18 heures après la cuisson de l’échantillon.

Pour lire le rapport technique détaillant ce test du Premier RPA ou si vous avez des questions à ce sujet, n’hésitez pas à nous contacter.