Essai Rhéologique d'Elastomère et de Caoutchouc à l'aide d'un Rhéomètre Capillaire

Le monde du plastique connaît une demande croissante en élastomères thermoplastiques, appelés généralement TPE ou caoutchoucs synthétiques. Ces matériaux permettent de profiter à la fois des propriétés uniques des matériaux de type caoutchouc et de la technologie de traitement standard des produits thermoplastiques. L'intérêt pour l'industrie est considérable, les processus de haute productivité tels que le moulage par injection pouvant ainsi être utilisés avec succès. Des formes complexes, des composants multi-matériaux et des pièces revêtues peuvent donc être produits à haute vitesse pour donner naissance à des produits colorés, souples, résistants à l’eau et aux substances chimiques.

Plusieurs caoutchoucs synthétiques conçus pour le moulage par injection ont été testés à l'aide d'un rhéomètre capillaire CEAST Smart Rheo afin de vérifier l’applicabilité des méthodes des normes ISO 11443 et ASTM D3835 à ces matériaux et d’obtenir des informations pour les paramètres de traitement. Nous avons collecté plusieurs échantillons afin de couvrir une large gamme d’applications et de propriétés finales : SEBS (Styrène-Éthylène-Butylène-Styrène), TPU (Polyuréthane thermoplastique), EPDM (Ethylène Propylène Diène Monomère), NBR (Caoutchouc butadiène-nitrile). Le rhéomètre capillaire CEAST SR50 utilisé pour les essais était équipé d’une filière standard de 15 mm de diamètre, de transducteurs de pression (gamme complète de 10 à 200 MPa) et de filières capillaires de 1 mm de diamètre. Les caoutchoucs synthétiques peuvent être composés de poudres minérales et atteindre des niveaux de viscosité très élevés. Le rhéomètre type utilisé pour ces essais doit donc posséder une capacité de charge élevée (ici 50 kN ou 11 250 livres-force) et des transducteurs de pression à plage étendue (ici jusqu’à 200 MPa ou 29 000 psi. Des plages plus petites sont utilisées pour de faibles grades de viscosité). Les filières capillaires à entrée conique peuvent être un meilleur choix pour les matériaux hautement chargés.

Les échantillons pour les essais par rhéomètre capillaire sont de préférence sous forme de pellets (granulés). Deux échantillons sont arrivés sous forme de blocs et ont donc été découpés en petits morceaux afin de charger la filière d'essai de manière homogène. Lors de la découpe, il est important de minimiser la chaleur et les efforts mécaniques générés afin de ne pas modifier les propriétés du matériau par une certaine forme de dégradation. Pour déterminer la température d’essai, nous nous sommes référés aux températures de traitement type indiquées par les entreprises fournissant les échantillons. Le SEBS a été testé à 190°C, le TPU à 205°C, l’EPDM de 60 à 120°C, et le NBR de 60 à 120°C. Pour les deux derniers échantillons, nous avons décidé d'étudier la fenêtre de traitement complète afin d'analyser l'évolution de la viscosité par rapport à la température et de déterminer les meilleures conditions de traitement.

Tous les échantillons ont été testés avec des résultats répétables sur au moins deux décades de taux de cisaillement, en commençant à 50 1/s et en augmentant selon une série d’étapes définie dans la procédure d'essai standard. Le faible grade de viscosité de l’EPDM testé s’est révélé particulièrement stable à un taux de cisaillement élevé, atteignant 35 000 1/s à 90 °C sans montrer de signes significatifs d'instabilité de l’écoulement. La viscosité diminuait d'environ 10 % pour chaque augmentation de température de 10°C.