Les vibrations sont normales dans les appareils comme les téléphones, les voitures et les appareils médicaux. Malheureusement, laisser ces vibrations seules peut entraîner de l'usure, du bruit et des dommages. Avec des matériaux amortissant les vibrations, vous pouvez améliorer les performances de votre équipement et prolonger sa durée de vie. Bien que plusieurs matériaux amortissant les vibrations incluent le métal, le liège et le caoutchouc, le silicone reste le nec plus ultra.
Cet article explique pourquoi le caoutchouc de silicone est le meilleur matériau pour le contrôle des vibrations, ses applications et comment choisir le meilleur pour votre application.
Qu'est-ce que le caoutchouc de silicone ?
Caoutchouc de silicone est un caoutchouc synthétique contenant du silicium, de l'hydrogène, de l'oxygène et du carbone comme éléments constitutifs. Selon le produit final, cet élastomère a une composition chimique qui comprend le polymère silicone, un agent de réticulation et des additifs. Habituellement, l'agent de réticulation utilisé lors de la fabrication de le caoutchouc de silicone est du platine ou du peroxyde. Cet agent est ajouté au polymère de silicone, déclenchant une réaction chimique qui rend le matériau élastomère.
De plus, les additifs utilisés dans le caoutchouc de silicone renforcent ses propriétés. Par exemple, les pigments améliorent la couleur du produit final, tandis que le noir de carbone améliore la résistance à la traction du caoutchouc de silicone.
Indépendamment de ses additifs, cet élastomère possède d'excellentes propriétés électriques, une conductivité thermique élevée et une bonne stabilité chimique. De plus, le caoutchouc de silicone est facilement moulé pour convenir à plusieurs applications en raison de sa durabilité et de sa flexibilité.
Comment est fabriqué le caoutchouc de silicone ?
Le processus de fabrication du caoutchouc de silicone est relativement simple. La première étape du processus de fabrication consiste à mélanger et chauffer les constituants du caoutchouc de silicone - polymère de silicone, agent de réticulation et additif approprié à l'application.
Après chauffage des constituants en un mélange homogène, l'élastomère peut être extrudé ou moulé. Le processus d'extrusion force le mélange de silicone dans une filière pour former un produit continu. Avec le moulage, cependant, le mélange de silicone est injecté dans un moule et laissé durcir.
Pendant le processus de durcissement, un peroxyde ou catalyseur au platine est ajouté pour initier la réaction de réticulation. Une fois le caoutchouc de silicone durci, il est coupé et nettoyé pour créer le produit final.
Il est important de noter que les propriétés du produit final affectent les performances du caoutchouc de silicone en tant que matériau d'amortissement. Par exemple, la dureté du matériau affecte son effet d'amortissement des vibrations. Les matériaux en caoutchouc de silicone plus doux absorbent mieux les chocs que le caoutchouc de silicone plus dur.
De plus, l'épaisseur du produit final affecte également l'amortissement des vibrations. Plus l'élastomère est épais, plus son effet d'amortissement des vibrations est élevé.
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Comment le caoutchouc de silicone amortit-il les vibrations ?
Les systèmes mécaniques produisent souvent des vibrations dues à l’apparition de frottements ou de chocs mécaniques. Laisser ces vibrations seules pourrait endommager le système, réduire son efficacité et provoquer du bruit. Il est donc très important d’amortir les vibrations. L'amortissement des vibrations est un processus qui élimine ou réduit les vibrations dans un système. Des matériaux comme le silicone peuvent être utilisés pour amortir les vibrations dans un système.
En raison de ses propriétés élastiques et visqueuses, le caoutchouc de silicone est un excellent amortisseur de vibrations. Il absorbe les vibrations et les dissipe sous forme de chaleur vers le milieu environnant. Comme le silicone absorbe les vibrations, il se déforme. Les forces de friction internes à l’intérieur de l’élastomère dissipent ensuite l’énergie sur plusieurs cycles. En conséquence, l'élastomère réduit la fréquence et l'amplitude des vibrations dans un système mécanique.
Le caoutchouc de silicone présente plusieurs caractéristiques d'amortissement des vibrations, notamment ;
- Hystérèse: C'est lorsque la réponse d'un système mécanique dépend de son entrée. L'entrée peut entraîner un décalage lorsqu'elle est modifiée. L'hystérésis est un phénomène courant dans les systèmes physiques avec amortissement interne. Le caoutchouc de silicone présente également ce phénomène lorsqu'il est exposé à des chargements et déchargements cycliques. Néanmoins, la composition de l'élastomère détermine son comportement d'hystérésis. Par exemple, le caoutchouc de silicone souple se déforme facilement et prend plus de temps à récupérer. Par conséquent, il présente une hystérésis plus importante par rapport au caoutchouc de silicone dur.
- Viscoélasticité: C'est lorsqu'un matériau présente des propriétés visqueuses et élastiques lorsqu'il subit une déformation. Le caoutchouc de silicone possède des propriétés viscoélastiques. Sous contrainte, l'élastomère se déforme et agit comme un élastique. L'élastomère peut reprendre sa forme une fois la contrainte supprimée. Cependant, si la contrainte est maintenue, le caoutchouc de silicone continuera à se déformer et à présenter un comportement vicieux.
- Coefficient d'amortissement: mesure la quantité d'énergie dissipée après chaque cycle de déformation. Les matériaux à coefficients d'amortissement élevés réduisent l'amplitude des vibrations dans un système. Cependant, le coefficient d'amortissement du caoutchouc de silicone est relativement faible. Néanmoins, cet élastomère reste efficace pour réduire les vibrations, surtout s'il est épais. Plus le caoutchouc de silicone est épais, plus son coefficient d'amortissement est élevé.
- Déformation par cisaillement : change la forme d'un matériau sans changer son volume. Ce phénomène se produit lorsque des forces agissant dans des directions opposées sont appliquées à deux parties d’un matériau. Le caoutchouc de silicone subit également une déformation par cisaillement. Le renforcement du caoutchouc de silicone avec des charges pendant la fabrication peut le rendre plus résistant à la déformation par cisaillement.
- Amortissement par frottement: se produit lorsque deux surfaces sont en mouvement relatif. Ces surfaces dissipent la chaleur due au frottement entre elles. Le caoutchouc de silicone présente un amortissement par frottement en fonction de sa surface. Si l'élastomère a une surface lisse, il y a moins d'amortissement par frottement que si sa surface est rugueuse. De plus, une surface revêtue de silicone a un amortissement plus faible.
Applications du caoutchouc de silicone comme matériau d'amortissement des vibrations
En raison de son effet d'amortissement des vibrations, le caoutchouc de silicone est utilisé dans plusieurs industries, notamment ;
- Aérospatial: le train d'atterrissage, les hélices et les rotors utilisent des amortisseurs de vibrations comme le caoutchouc de silicone pour réduire le bruit et améliorer les performances.
- Automobile: les systèmes de suspension, les systèmes d'échappement, les supports de moteur et les systèmes de direction utilisent des amortisseurs de vibrations comme le caoutchouc de silicone
- Electronique: Le caoutchouc de silicone amortit les vibrations des appareils électroniques tels que les imprimantes, les copieurs, les smartphones et les disques durs des ordinateurs portables.
- Équipement médical: Le caoutchouc de silicone amortit les vibrations dans les appareils médicaux tels que les prothèses, les IRM et les appareils à ultrasons.
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Pourquoi choisir le caoutchouc de silicone plutôt que d'autres amortisseurs de vibrations ?
Le caoutchouc de silicone n'est pas le seul matériau amortissant les vibrations sur le marché. D'autres amortisseurs de vibrations comprennent le caoutchouc, le métal, le liège et les polymères viscoélastiques comme le chlorure de polyvinyle (PVC) et le polyuréthane.
Cependant, le silicone offre des propriétés exceptionnelles qui en font un choix de premier ordre. Ces propriétés comprennent sa large plage de températures, sa flexibilité, son isolation électrique et sa résistance chimique.
Que devez-vous prendre en compte lors de la sélection du caoutchouc de silicone pour le matériau d'amortissement des vibrations ?
Avant de choisir le caoutchouc de silicone comme matériau amortissant les vibrations, il est essentiel de noter que plusieurs facteurs affectent l'effet d'amortissement du matériau. Ces facteurs comprennent la température, la fréquence, l'amplitude et la dureté.
La température affecte les propriétés d'amortissement du silicone. Avec l'augmentation de la température, le silicone devient moins rigide, augmentant ses capacités d'amortissement. De plus, la fréquence de vibration est un autre facteur critique. Plus la fréquence des vibrations est faible, plus les propriétés d'amortissement de l'élastomère de silicone sont élevées.
L'amplitude des vibrations affecte également l'efficacité du silicone en tant que matériau amortissant les vibrations. Aux faibles amplitudes, le silicone a un faible effet amortisseur. Néanmoins, si l'amplitude est trop élevée, l'élastomère peut atteindre ses limites de déformation et devenir moins efficace pour amortir les vibrations.
Les effets d'amortissement des vibrations du caoutchouc de silicone dépendent également de sa dureté. Les matériaux en silicone plus souples se déforment facilement et absorbent plus de vibrations que les matériaux en silicone dur.
Lignes directrices à prendre en compte avant de choisir le silicone comme matériau amortissant les vibrations
En fonction des additifs utilisés dans le processus de fabrication, il existe différents types de caoutchouc de silicone avec leurs propriétés caractéristiques. Par conséquent, les conditions de fonctionnement de votre application sont essentielles au choix du silicone comme amortisseur de vibrations.
Lors de la sélection d'un matériau silicone pour l'amortissement des vibrations, il est important de prendre en compte la température, l'amplitude et la plage de votre application. Le matériau silicone approprié doit être capable de résister aux conditions attendues et d’amortir efficacement les vibrations. Les facteurs environnementaux tels que les conditions météorologiques peuvent également être des considérations importantes, car certains matériaux en silicium sont plus résistants aux éléments.
Le coût est également un facteur critique, il est donc essentiel de s’assurer que le matériau en silicone amortit les vibrations et correspond à votre budget. Choisir le bon matériau en silicone qui répond à vos besoins et à votre budget est important pour atteindre vos objectifs d’amortissement des vibrations.
Comment tester et évaluer le caoutchouc de silicone pour l'amortissement des vibrations ?
Tester et valider la fiabilité et l'efficacité du caoutchouc de silicone en tant que matériau d'amortissement est essentiel car il aide à prévenir les défaillances inattendues et à augmenter les performances globales. Cela réduit également les coûts de maintenance et garantit que le matériau répond aux spécifications de votre application.
Certaines méthodes d'essai standard pour évaluer les performances du caoutchouc de silicone en tant que matériau amortisseur comprennent :
Analyse mécanique dynamique (DMA): Le DMA teste les propriétés viscoélastiques d'un matériau, y compris le coefficient d'amortissement. Pendant le test, le matériau est exposé à une petite force oscillante sur plusieurs plages de températures et de fréquences. La déformation résultante est ensuite mesurée et utilisée pour calculer le coefficient d'amortissement.
Mesure du module de cisaillement : ce test mesure l'effet d'amortissement du caoutchouc de silicone lorsqu'il est exposé au cisaillement. Lors de l'essai, un échantillon d'élastomère est placé entre deux plaques parallèles. Pendant qu'une plaque est fixe, l'autre bouge d'avant en arrière. Après avoir mesuré la force nécessaire pour maintenir le mouvement oscillatoire, il est utilisé pour calculer le module de cisaillement du matériau.
Essais d'impact : Ce test mesure les propriétés d'amortissement d'un matériau lorsqu'il subit une charge de choc. Un test d'impact consiste à frapper le matériau avec un marteau ou à faire tomber un poids, puis à mesurer la déformation.
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Conclusion
Le caoutchouc de silicone est un excellent amortisseur de vibrations, contribuant ainsi à améliorer la longévité des équipements.
Cependant, le processus de fabrication du caoutchouc de silicone implique l’utilisation de plusieurs additifs, qui affectent à leur tour les propriétés mécaniques de l’élastomère. Pour cette raison, il est essentiel de considérer les conditions de fonctionnement de votre application avant de choisir un matériau idéal pour l'absorption des chocs.
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