COMMENT LES SUPPORTS EN CAOUTCHOUC PERDENT LEURS PROPRIÉTÉS ÉLASTIQUES

INTRODUCTION

Cet article est applicable à tous les types de supports en caoutchouc quelle que soit la marque ou le type de support. Le processus de dégradation des élastomères se produit dans tous les types de supports de manière similaire.

Dans cet article, les raisons et le processus de dégradation du composé élastomère dans les supports en caoutchouc sont soulignés. En sachant comment et pourquoi les propriétés élastiques d'un support se dégradent au fil du temps, cet article peut aider à déterminer quelles pratiques sont correctes pour prolonger la durée de vie des supports.

Nous commencerons d'abord par la mécanique des élastomères. Peu importe le type de caoutchouc, la dureté ou la couleur puisque tous les élastomères sont composés de chaînes polymériques. Le terme polymère vient du grec « poly » qui signifie plusieurs et « mer » qui signifie parties. Le caoutchouc naturel, ainsi que d'autres composés de caoutchouc, est un polymère, une molécule en forme de longue chaîne qui contient des sous-unités répétitives.

Fig 1: Représentation d'une sous-unité de caoutchouc naturel

On peut utiliser l'analogie d'une assiette de spaghetti enchevêtrée représentant une masse de polymère. Les spaghettis individuels représentent une seule chaîne polymère. La grande longueur de la chaîne permet des enchevêtrements. Avec la découverte de la vulcanisation, une structure a pu être formée avec des liaisons soufre reliant les chaînes polymères individuelles dans un réseau tridimensionnel. Les chaînes ont maintenant une extensibilité permettant un support de tension et une rétraction lors du relâchement de la tension. Notre analogie avec les spaghettis vient de changer de porte-spaghettis déconnectés à une structure en résille comme dans le caoutchouc vulcanisé.

Fig 2: Représentation des réticulations soufrées entre les brins de caoutchouc naturel bleu et vert

Ainsi, de manière simpliste, nous pouvons dire que les élastomères sont constitués d'un énorme ensemble de chaînes, comme le montre l'image ci-dessous.

Les vibrations peuvent se produire pour diverses raisons ou origines telles qu'un déséquilibre ou un désalignement des arbres dans les éléments rotatifs, une amplification due à la résonance avec la fréquence de rotation, etc. Les vibrations créent des contraintes sur le caoutchouc, comme vous pouvez le voir dans la vidéo de test de fatigue ci-dessous.

Cette contrainte et cette déformation créent une contrainte sur les chaînes polymères. La tension dans le système est illustrée dans l'image FEM suivante.

Les chaînes polymères sont soumises à de nombreux cycles de déformation au fil des ans. Les chaînes polymères se cassent en fonction du nombre de cycles.

La figure 3 montre un graphique de la charge en fonction de la flèche de deux supports en caoutchouc, l'un neuf et l'autre utilisé. Comme indiqué ci-dessus, la contrainte continue provoquée par les charges dynamiques et les vibrations dans l'élastomère, conduit à la rupture des chaînes polymères. Par conséquent, le support dû à l'utilisation et au passage du temps montre moins de chaînes en polymère pour supporter la même charge. Cela affecte la déflexion du support. Comme on peut le voir, au fil du temps, la déflexion du support passe de S1 à S2. En effet, les chaînes polymères restantes ont tenu le plus longtemps possible, mais sont manifestement devenues plus déformées.

Fig 3: Courbe charge-déformation d'un support neuf et d'un support usagé

Du point de vue de l'isolation, il faut comprendre que la rigidité des supports souples joue un rôle clé dans l'isolation. Mais qu'est-ce que la rigidité ? La rigidité est le rapport de la force au déplacement. C'est-à-dire la quantité de force nécessaire pour provoquer un certain déplacement ou déviation. La rigidité est représentée par une ligne pointillée marron, montrant la proportion ou la pente de la courbe à une force donnée (F1). La raideur 0 est la raideur d'un support neuf et la raideur 1 est la raideur d'un support usagé. La rigidité d'un support usagé est supérieure à celle d'un support neuf.

La rigidité joue un rôle important dans l'isolation d'une machine suspendue. Déterminer la fréquence de résonance du système. Plus la rigidité de la suspension est élevée, plus la fréquence naturelle est élevée, donc plus l'isolation est faible.

Fig 4: Formule de fréquence propre où K est la raideur des supports et M est la masse du moteur.

Donc, en d'autres termes, même si le système bouge plus et montre plus d'élasticité, on pourrait penser que le système est mieux isolé contre les vibrations, mais c'est tout le contraire. Les vibrations sont plus élevées que jamais.

RÉSUMÉ

La dégradation des élastomères se produit dans tous les supports en caoutchouc, sa dégradation dépend directement des cycles de charge et de leur amplitude. La dégradation provient de la perte de chaînes polymères. Plus les chaînes de polymère que nous avons dans le cadre sont basses, plus le système sera élastique. Plus le support est élastique, plus le mouvement de l'élément suspendu sera important, ainsi que d'endommager d'autres éléments du système et des bruits indésirables. Cela entraînera une contrainte accrue sur les supports, provoquant la rupture des chaînes polymères restantes, créant une dégradation auto-alimentée.