CSMO Caoutchouc

Procédés de transformation

Le caoutchouc naturel n’est pas un matériau prêt à l’emploi, il nécessite diverses opérations de préparation avant de pouvoir être industriellement utilisé. La première étape consiste à faire la mise au point de la formulation de la recette. La mise au point de la recette est une étape de longue haleine qui nécessite une multitude d’essais en laboratoire. Le mélange des divers ingrédients qui composent la recette est l’opération qui permet d’obtenir une masse de caoutchouc homogène et plastique susceptible d’être mise en forme par extrusion, moulage et calandrage.

Formulation de la recette

La matière de base utilisée en production industrielle de caoutchouc est le résultat du mélange de différents produits : une recette. Conçue en laboratoire par le formulateur, généralement un chimiste, cette recette varie selon le type de caoutchouc que l’on veut obtenir. Pour fabriquer le meilleur produit au plus bas coût possible, la formulation d’une recette de caoutchouc nécessite parfois de faire des compromis.

Il existe plus de vingt catégories de produits entrant dans la formulation d’une recette de caoutchouc :

C’est à l’opérateur du mélangeur que revient la responsabilité de réaliser la recette de caoutchouc. Il s’agit d’une étape importante de la production puisque la qualité des produits qui sortiront de l’usine est directement liée à la qualité de ce mélange.

La recette de caoutchouc à réaliser est fournie à l’opérateur du mélangeur sous forme de fiches de contrôle où sont inscrits les noms des ingrédients qui composeront le mélange, la quantité de ces ingrédients ainsi que l’ordre dans lequel ils doivent être incorporés dans le mélangeur. Cette recette comprend aussi des conditions d’opération des équipements de mélange.

L’opérateur dispose de différents instruments pour mesurer les ingrédients de la recette. Les poudres sont pesées sur des balances analogiques ou numériques. Selon le type de machinerie de l’usine, les huiles sont mesurées manuellement à l’aide d’une chaudière graduée ou mises dans le mélangeur à l’aide d’un système d’alimentation automatique. Les polymères sont pesés, au besoin, leur quantité est ajustée à l’aide d’une guillotine.

Processus de mélange

Le mélange des matières premières constitue l’opération fondamentale de la production industrielle de caoutchouc. S’il est bien fait, le mélange permet d’obtenir une masse de caoutchouc homogène qui répond aux propriétés exigées par la recette. Bien que le processus de mélange puisse varier selon les entreprises, le mélange est le plus souvent effectué en deux étapes : le gros du travail est réalisé dans un mélangeur interne et se termine sur un moulin.

Le principe de fonctionnement d’un mélangeur interne est relativement simple et ressemble, à bien des points de vue, au fonctionnement d’un mixeur utilisé dans la préparation d’une pâte à tarte. Les ingrédients de la recette sont d’abord incorporés dans le mélangeur par un réservoir en forme d’entonnoir appelé trémie de chargement. Un pilon (ram) actionné par un cylindre à air comprimé pousse et maintient les matières premières à l’intérieur d’une chambre close appelée chambre interne de mélange.

Entourée d’un système de refroidissement à l’eau situé dans ses parois, la chambre de mélange renferme deux grosses pièces de métal en forme d’hélice : les rotors. Muent par un puissant moteur, ces rotors ont pour fonction de briser les matières premières en fines particules, de les disperser puis, de les homogénéiser en une masse uniforme. Lorsque le temps de résistance et la température du mélange exigés pour la recette ont été atteints, une porte de déchargement située à la base du mélangeur s’ouvre et laisse tomber le caoutchouc sur le moulin.

Le moulin est constitué de deux cylindres parallèles tournant en sens inverse l’un de l’autre et de guides-gommes conçus pour diriger le mélange de caoutchouc entre les cylindres. L’intérieur des cylindres est creux et permet la circulation de liquides qui servent à en contrôler la température. L’écart entre les cylindres peut être modifié selon le type de caoutchouc à produire.

La mise en forme par extrusion

L’extrusion est un procédé de mise en forme du caoutchouc qui consiste à pousser une bande de mélange à travers une filière de façon à créer un profilé. On l’utilise pour la fabrication de pièces dont la longueur est importante et qui, par conséquent, sont difficiles à mouler. Il s’agit d’un procédé qui permet également de produire des pièces de caoutchouc incorporant une bande de métal ou de plastique. Les joints d’étanchéité pour les voitures et les fils électriques recouverts d’une gaine de caoutchouc sont deux exemples de produits fabriqués sur une ligne d’extrusion.

Les nombreux équipements que comporte une ligne d’extrusion permettent de rendre une bande de mélange de caoutchouc non cuit à l’état de produit fini. L’extrudeuse constitue la principale composante de la ligne. Selon le produit à fabriquer, il est possible de combiner plus d’une bande. On l’alimente en languettes de caoutchouc provenant directement du moulin ou d’un entrepôt à température contrôlée. Cisaillées et poussées par la vis sans fin de l’extrudeuse, les languettes de mélange passent à travers une filière conçue pour lui donner un profil déterminé. Une bande de métal ou de plastique provenant de l’accumulateur puis, pliée sur des rouleaux préformeurs peut être intégrée au profilé à sa sortie de la filière. Le profilé subit ensuite une première cuisson dans une série de fours ; il est refroidi dans un bassin d’eau froide puis asséché.

Une unité de traction entraîne ensuite le profilé dans une chambre de revêtement où il reçoit une couche d’un enduit protecteur. Il subit une dernière étape de cuisson avant d’être coupé en sections. En plus d’être soumis à un contrôle de qualité visuel, on s’assure de la bonne dimension du profilé grâce à un comparateur optique. Après avoir été emballés et identifiés, les profilés sont expédiés au client ou soumis à une autre étape de transformation.

La mise en forme par moulage

Le moulage est une technique de mise en forme du caoutchouc qui consiste à presser et à cuire du mélange de caoutchouc entre les empreintes d’un moule chauffé. On l’utilise pour la fabrication de petites pièces et pour joindre des pièces de caoutchouc déjà moulées ou extrudées. Il permet également l’insertion dans le caoutchouc de supports ou de renforts métalliques ou textiles.

Les trois techniques de moulage du caoutchouc :

Moulage par compression

Le moulage par compression consiste à mettre un morceau précoupé de mélange dans un moule à deux pièces. On referme les deux pièces, puis on applique une pression qui force le caoutchouc à adhérer à la forme du moule. Le mélange excédentaire coule de chaque côté du moule et forme ce qu’on appelle une bavure.

Moulage par transfert

Dans cette technique de moulage, un piston fait passer le mélange non cuit, de la partie froide du moule ( pot de transfert ) à la cavité chaude du moule, où il y aura cuisson. Il faut appliquer une pression suffisamment grande sur le mélange pour remplir complètement les cavités du moule.

Le moulage par transfert permet la fabrication de pièces plus complexes que le moulage par compression. Bien que les moules de ce procédé soient relativement plus coûteux, il est possible d’obtenir des temps de cuisson plus courts grâce à des températures plus élevées et un meilleur transfert de chaleur.

Moulage par injection

Le moulage par injection, qui était utilisé dans l’industrie du plastique, a été développé ces dernières années, ce qui a permis de mouler et de vulcaniser les mélanges de caoutchouc selon cette méthode.

Par un contrôle rigoureux de la température d’alimentation, les pièces peuvent être vulcanisées en moins de quelques minutes. Ce procédé peut être complètement automatisé par la programmation de l’alimentation de l’injection et des cycles de démoulage; on obtient ainsi un faible taux de rejet et une baisse des coûts de production.

Après la cuisson dans le moule, la pièce de caoutchouc est démoulée, ébarbée puis, parfois recouverte d’un enduit protecteur.

La mise en forme par calandrage

Le calandrage est un procédé de mise en forme du caoutchouc qui permet de fabriquer des feuilles de caoutchouc dont l’épaisseur et la largeur sont constantes. On utilise également le calandrage pour recouvrir une feuille de tissu d’une mince couche de caoutchouc ou pour imprimer un dessin sur la feuille ou lui donner une texture.

La calandre est la principale pièce d’équipement d’une ligne de calandrage. Elle est essentiellement composée de gros cylindres dont on peut modifier l’écart et entre lesquels on fait passer le caoutchouc non cuit. Ces cylindres sont montés sur un plan vertical et sont chauffés ou refroidis selon le type de caoutchouc à traiter.

Il existe plusieurs configurations de calandre. Les calandres à deux cylindres sont utilisées pour la fabrication de simples feuilles de caoutchouc. On se servira de calandres à trois et à quatre cylindres pour recouvrir de caoutchouc une bande de tissu sur l’une ou sur ses deux faces. La technique du grainage permet d’imprimer une texture à la feuille de caoutchouc. On la réalise en ajoutant un cylindre gravé à la calandre ou en remplaçant un des cylindres par un cylindre gravé.

On alimente la calandre en bandes de mélange préalablement chauffées et cisaillées sur des moulins réchauffeurs. Acheminées par tapis convoyeur entre les cylindres de la calandre, les bandes de mélange en ressortent sous forme de feuilles. Après avoir été refroidies sur des rouleaux refroidisseurs ou aspergées d’eau, les feuilles de mélange sont entreposées un court moment avant d’être cuites entre les cylindres chauffés du « rotocure » ou lors de leur moulage.