Comprendre les matériaux élastomères : principes clés et applications

Qu'ont en commun les pneus de voiture, les joints étanches, les semelles de chaussures, les élastiques et les gommes à crayon ? Beaucoup de ces objets sont des choses avec lesquelles nous interagissons quotidiennement, mais ils sont également fabriqués à l'aide d'élastomères, ou « polymères élastiques ».

Les matériaux élastomères sont des polymères synthétiques flexibles qui ressemblent au caoutchouc. Bien que les deux partagent des caractéristiques similaires, ils diffèrent sur quelques points clés. Le caoutchouc, par exemple, est un composé naturel dérivé du latex. Bien qu'il s'agisse d'un matériau incroyablement utile et polyvalent, la composition chimique du caoutchouc impose certaines limitations de fabrication et rend également les pièces sujettes à la fissuration par l'ozone. Les élastomères, en revanche, sont une famille de polymères à base de pétrole qui agissent de manière très similaire au caoutchouc mais offrent de meilleures propriétés matérielles.

Cet article fournira une brève introduction à la fabrication avec des matériaux élastomères.

Caractéristiques définissantes et propriétés mécaniques des élastomères

Les élastomères sont des matériaux qui ont la capacité de s'étirer puis de rebondir pour retrouver leur forme originale. Les élastomères offrent une gamme d'autres avantages, notamment une élasticité élevée, une résistance à l'abrasion et à la déchirure, une imperméabilité, des textures douces et une résistance au glissement. Ils peuvent également résister à des fluctuations de température importantes et sont idéaux pour l'isolation thermique et électrique.

Les élastomères peuvent être chimiquement ajustés pour une large gamme d'applications. Par exemple, les matériaux élastomères pourraient être ajustés pour un rebond amélioré pour quelque chose comme une semelle de chaussure ou ajustés pour un faible rebond, un produit d'amortissement comme une poignée. Ils peuvent également fournir aspiration et étanchéité. Selon l'application, la sélection du bon matériau peut améliorer les caractéristiques souhaitées de la pièce finale.

Thermoplastiques vs thermodurcissables

Il est important de noter qu'il existe deux principaux types d'élastomères : les thermoplastiques et les thermodurcissables. Les thermoplastiques se liquéfient lorsqu'ils sont chauffés et se solidifient lorsqu'ils sont refroidis — un processus qui peut être répété, prolongeant le cycle de vie du matériau. Cette qualité les rend particulièrement utiles pour la fabrication de pièces moulées par injection à haut volume. Ces matériaux polymères forts sont généralement résistants au retrait, absorbant les chocs et largement recyclables.

En revanche, les plastiques thermodurcissables ne peuvent pas être refondus et réutilisés après que la pièce a pris. Le processus de durcissement déclenche une réaction chimique qui incite la formation de liaisons croisées tridimensionnelles incroyablement fortes entre les molécules au sein du polymère — les liaisons sont presque impossibles à briser, même sous des températures extrêmes. En raison de la haute durabilité, de la résistance et de la résistance au gauchissement que ces liaisons fournissent, les thermodurcissables sont souvent utilisés pour renforcer d'autres matériaux contre les chocs et la déformation.

Quatre facteurs importants pour la conception et la fabrication de pièces élastomères

Pour maximiser les propriétés matérielles souhaitées des pièces élastomères, il y a quelques considérations critiques que les équipes produit feraient bien de garder à l'esprit.

1. Partez d'exigences clairement définies

Les exigences spécifiques pour une application donnée doivent guider la sélection du matériau et la conception de la pièce. En ayant une compréhension claire de ces exigences, les fabricants peuvent déterminer rapidement quel matériau élastomère offre les avantages les plus significatifs.

L'utilisation d'un système de planification des besoins en matériaux (MRP) s'avère souvent bénéfique pour les équipes produit. En travaillant rétroactivement à partir des plans et calendriers de production, ces systèmes génèrent des listes de besoins en composants et matériaux qui offrent une visibilité sur les matériaux nécessaires, en quelle quantité et dans quel délai — ce qui peut aider les fabricants à rester dans les délais et correctement approvisionnés.

2. Obtenez un dégagement approprié

Le dégagement fait référence aux angles coniques incorporés dans la conception de la pièce qui aident à garantir que la pièce est éjectée en douceur du moule. Un dégagement insuffisant non seulement rend la pièce plus difficile à retirer, mais peut également entraîner des courbures, des cassures, des gauchissements et des finitions de surface inférieures pendant le refroidissement du plastique.

Les composants élastomères nécessitent généralement une quantité significative de dégagement pour empêcher le matériau de coller au moule lui-même. L'ajout de texture aux goupilles d'éjection pour leur donner une adhérence supplémentaire est une autre méthode pour augmenter l'efficacité du retrait des pièces de leurs moules.

3. Calibrez l'épaisseur de paroi selon les exigences spécifiques

Généralement, l'épaisseur des parois d'une pièce doit être maintenue entre 1,5 et 3 mm d'épaisseur et doit être aussi uniforme que possible. Cela aide la pièce à refroidir plus rapidement (réduisant ainsi le temps de cycle) et prévient le rétrécissement irrégulier et les marques de rétrécissement inesthétiques. Si une application de pièce nécessite des épaisseurs de paroi variables, une transition progressive doit être incorporée pour maintenir l'intégrité de la conception.

La nature flexible des matériaux élastomères permet de concevoir des pièces avec une épaisseur de paroi plus élevée ainsi que des variations d'épaisseur. En appliquant une pression pendant la production, les ingénieurs peuvent façonner ou former le matériau de manière qui ne peut être réalisée par moulage par injection ou lors de la fabrication avec des matériaux plus rigides.

4. Maximisez l'efficacité du surmoulage

Le surmoulage fait référence au processus de création d'une couche d'élastomère qui est ensuite attachée à une pièce rigide non élastomère. Un exemple courant est la poignée souple que l'on trouve sur de nombreux outils à main, qui offre une résistance au glissement et empêche l'utilisateur de tenir du plastique ou du métal rigide — ce qui améliore à la fois la sécurité et l'efficacité de l'outil.

Pour maximiser l'efficacité d'une poignée surmoulée, les ingénieurs doivent concevoir le produit pour permettre une bonne résistance de liaison entre les matériaux élastomères et rigides par des méthodes à la fois chimiques et mécaniques. L'attachement chimique en particulier est important car les liaisons qui se forment entre les deux matériaux améliorent la durabilité et la longévité de la pièce, tout en éliminant le besoin de pré-traitements de surface ou d'adhésifs supplémentaires.

Fabrication efficace d'élastomères — et plus

Les élastomères sont une catégorie polyvalente de thermoplastiques semblables au caoutchouc qui offrent des qualités matérielles significativement améliorées. L'ensemble unique de résistances chimiques et physiques des élastomères thermoplastiques — ainsi que leur haute flexibilité et leur résistance — permettent aux fabricants de produire de nombreux objets avec lesquels nous interagissons quotidiennement, y compris des chambres à air de vélo aux combinaisons de plongée.

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