Groupe 7 - LGCIV 1021
Composition Chimique Harold Corbiau / Olivia Dehon / Albi Blakaj / Dorian Marchal / Henri Gilmard
INTRODUCTION
L
e Néoprène est la marque de caoutchouc synthétique de la société Dupont de Nemours. Cet élastomère est synthétisé à partir du monomère chloroprène ce qui lui vaut l’appellation générale de polychloroprène.
Equation Chimique Néoprène/Polychloroprène
Les élastomères sont des matériaux élastiques qui supportent des déformations importantes avant rupture. Le néoprène est particulièrement résistance à l’ozone, aux hydrocarbures et aux intempéries contrairement à des caoutchoucs naturels tels que le Latex. Il est également moins sensible au vieillissement, aux déchirures et a un très faible taux de uage. Ce matériau est principalement utilisé dans la confection de gants, maillots de bain, combinaisons sportives, de joints d’étanchéité pour carburant … Cependant, nous nous intéresserons plutôt à son emploi dans la fabrication d’appareils d’appui pour les ponts.
L
’élastomère fait partie de la famille des polymères qui peut être divisé en 3 familles (thermoplastique, thermodurcissable et élastomère). Il est caractérisé par une grande souplesse et par une grande élasticité réversible à cause de son module d’élasticité très bas. A l’échelle moléculaire, il est constitué de longues chaînes moléculaires qui sont repliées sur elles-mêmes au repos (la pelote statistique). A l’état cru (sans vulcanisation) et sous une faible contrainte extérieure, elles vont s’enchevêtrer entre elles et vont créer l’effet élastique du matériau. Par contre sous une contrainte plus forte, ces chaînes vont glisser les unes sur les autres, ce qui va mener à la désolidarisation totale du caoutchouc. C’est pourquoi, on utilise souvent un procédé dit de vulcanisation qui est dé ni comme étant un « Procédé chimique qui consiste à incorporer un agent vulcanisant (soufre ou peroxydes, « catalyseurs ») à un élastomère brut pour former, après cuisson (à une certaine température et pression), des ponts entre chaînes moléculaires. Il en résulte un matériau moins plastique mais plus élastique.» Suite à la vulcanisation on dit que l’élastomère devient réticulé. La température tourne aux alentours de 150 – 200 °C et la pression est celle des moules d’injection ou de compression. La vulcanisation permet de « croiser les liaisons » et ainsi former un réseau en 3D, sans direction privilégiée et une plus grande résistance aux changements de température. Le caoutchouc vulcanisé va également devenir moins perméable aux gaz, va résister à l’usure/abrasion, aux agressions chimiques et à la chaleur et à l’électricité. Il présentera aussi une très grande résistance aux frottements sur des surfaces sèches.
Auparavant, les ponts massifs en maçonnerie transmettaient directement les charges verticales au sol par des arcs et des voûtes. Avec l’apparition des ponts métalliques et en béton, on assiste à la séparation du tablier et des points d’appuis. Or le tablier se dilate, se contracte ou est sujet au uage, et il faut mettre en place des appareils d’appuis non rigides qui supportent ces déformations, transmettent les charges verticales et permettent les mouvements de rotation ou de translation.
O
Au départ, ces articulations étaient en acier puis des appareils d’appui en béton armé ont été mis en place. A partir des années 1950, on commence à utiliser des appuis en caoutchouc fretté. Initialement, il s’agit de grillages disposés entre des plaques de caoutchoucs, solidarisées par des attaches métalliques. Aujourd’hui en France, 90% des appareils d’appui pont sont en néoprène fretté, ces appareils étant désormais des blocs d’élastomères comportant un ou plusieurs feuillets métalliques adhérisés au caoutchouc par vulcanisation.
- La viscoélasticité : l’action de réversibilité n’est pas immédiate, il dépend de la vitesse de sollicitation (comportement viscoélastique).
DESCRIPTION DU MATERIAU
L
e Néoprène fait partie des élastomères/caoutchoucs qui appartiennent à la famille des polymères et se composent de longues chaînes de macromolécules constituées d’éléments tels que le carbone, l’hydrogène, l’oxygène,... L’équation de polymérisation peut s’écrire : nCH2=CH-CCl=CH2 -(CH2-CCl=CH-CH2)n-.
Propriétés Physique et Mécaniques n peut caractériser les élastomères par différents phénomènes connus :
Graphe des contraintes de différents polymères
MEB du uoroélastomère qui est constiué d’une matrice homogène parcemée de charges
Pelote Statistique au repos (en haut) et sous tension (en bas), on observe le glissement des bres sous un effort de tractions.
- L’hyperélasticité et la réversibilité : ces polymères sont capable d’énormes déformations et d’un retour rapide avec une allure non-linéaire. En effet, ils sont capables de se déformer à plus de 600-1000% (dépendant de leurs compositions et leurs conditions d’utilisation).
Exemples d’Applications du Néoprène
- L’hystérésis : Lors de chargement cyclique, il est possible d’observer une différence entre les efforts lors du chargement et ceux du déchargement (phénomène d’hystérésis). On remarque aussi une dissipation d’énergie sous forme de chaleur.
Principe de Vulcanisation avec du soufre
- L’effet Mullins : Lors d’essais sous chargement cyclique, un adoucissement fortement marqué est observable sur la première boucle. - L’effet Payne : “dans le domaine des faibles déformations, le comportement viscoélastique des élastomères chargés présente une forte non linéarité. Ce phénomène est connu sous le nom d’effet Payne. Il se manifeste par une chute du module de conservation lors d’une sollicitation périodique à une fréquence donnée.” On remarque l’effet Mullins sur ces courbes d’hystérèse qui s’adoucissent de plus en plus.
