Effet du noir de carbone sur les performances des tuyaux en PE

Avant de comprendre le « noir de carbone », il est nécessaire de connaître un indicateur de performance important des tuyaux en plastique : la résistance aux intempéries.
La résistance aux intempéries désigne la capacité d'un matériau à résister au vieillissement, à la détérioration et à la dégradation de ses performances en milieu naturel (sous l'influence de facteurs naturels tels que la lumière du soleil, la température, l'humidité, la pluie, le vent, etc.). C'est un indicateur important pour l'évaluation des matériaux destinés à des applications extérieures.
Le rôle du « noir de carbone » est d'améliorer spécifiquement la résistance aux intempéries des tuyaux en plastique tels que le PE.

1. Que se passera-t-il si des tuyaux en PE sont exposés au soleil pendant une longue période ?
Lorsque des tuyaux en polyéthylène sont exposés aux intempéries, les rayons ultraviolets du soleil, composés de rayonnements à haute énergie, décomposent les chaînes moléculaires à la surface du plastique et produisent des radicaux libres. Ces radicaux libres s'oxydent ensuite pour former des peroxydes, qui réagissent avec les polymères et provoquent leur vieillissement. Il en résulte des fissures superficielles et une fragilisation du tuyau, une dégradation continue de ses propriétés mécaniques et une réduction de sa durée de vie.

2. Qu'est-ce que le noir de carbone ?
Le noir de carbone est un matériau carboné en poudre noire, généralement fabriqué à partir de sous-produits pétroliers, de gaz naturel ou de charbon par combustion incomplète ou pyrolyse. Il est largement utilisé comme pigment et charge dans des industries telles que le caoutchouc, les revêtements et les encres.
Après l'ajout de noir de carbone, les tuyaux en PE peuvent former une couche de noir de carbone uniformément répartie, qui absorbe et diffuse efficacement les rayons ultraviolets, améliore les propriétés antioxydantes des tuyaux en PE et prévient le vieillissement et la rupture.

3. Quel est le rôle principal du noir de carbone ?
Dans les tuyaux en PE, le rôle du noir de carbone se manifeste principalement sous les deux aspects suivants :
- Absorption des rayons ultraviolets :
La grande surface spécifique et les propriétés d'absorption de la lumière du noir de carbone lui permettent d'absorber efficacement les rayons ultraviolets et d'empêcher ces rayons d'irradier directement les molécules de polymère.
- Éliminer les radicaux libres :
Les groupes fonctionnels présents à la surface du noir de carbone (tels que les groupes hydroxyle) peuvent réagir avec les radicaux libres générés par les rayons ultraviolets dans les molécules de polymère, neutralisant ainsi ces radicaux libres actifs et les empêchant d'initier d'autres réactions de décomposition du polymère. Cette réaction chimique contribue à stabiliser la structure du polymère et à ralentir son vieillissement.

4. Quelles sont les exigences relatives au noir de carbone dans les tuyaux en PE ?
- Teneur en noir de carbone :
Afin de garantir une bonne performance de blocage des UV, la teneur en noir de carbone des matériaux de tuyaux en PE doit être contrôlée dans une plage de 2 à 2,5 %.
- Taille des particules de noir de carbone :
Les particules de noir de carbone doivent être aussi fines que possible, généralement de l'ordre de 20 à 50 nanomètres, afin d'être mieux dispersées dans les matériaux des tuyaux en PE.
- Teneur en cendres de noir de carbone :
Plus la teneur en cendres du noir de carbone est faible, plus sa pureté est élevée et moins son impact sur les performances des tuyaux en PE est important. En général, la teneur en cendres du noir de carbone destiné aux tuyaux en PE doit être inférieure à 0,5 %. (La teneur en cendres correspond à la somme des substances non carbonées présentes dans le noir de carbone, généralement des sels inorganiques et autres résidus non combustibles.)

Ce qui précède résume l'utilisation du noir de carbone dans les tuyaux en PE. On constate que, pour la grande majorité des tuyaux en plastique nécessitant du noir de carbone, l'objectif principal est d'améliorer leur résistance aux intempéries.