Le choix du matériau de votre joint est important, car il détermine la qualité, la durée de vie et les performances d'une application, et réduit les problèmes futurs. Nous examinons ici l'influence de l'environnement sur le choix du matériau de joint, ainsi que les matériaux les plus courants et les applications auxquelles ils conviennent le mieux.
Facteurs environnementaux
L'environnement auquel un joint sera exposé est crucial lors du choix de sa conception et de son matériau. Les matériaux d'étanchéité doivent posséder plusieurs propriétés clés pour tous les environnements, notamment une surface d'étanchéité stable, une bonne conduction thermique, une résistance chimique et une bonne résistance à l'usure.
Dans certains environnements, ces propriétés devront être plus résistantes que dans d'autres. D'autres propriétés du matériau doivent être prises en compte lors de l'évaluation de l'environnement, notamment la dureté, la rigidité, la dilatation thermique, la résistance à l'usure et la résistance chimique. Garder ces éléments à l'esprit vous aidera à trouver le matériau idéal pour votre joint.
L'environnement peut également déterminer si le coût ou la qualité du joint doit être privilégié. Dans les environnements abrasifs et difficiles, les joints peuvent être plus coûteux, car les matériaux doivent être suffisamment résistants pour résister à ces conditions.
Pour de tels environnements, dépenser de l'argent pour un joint de haute qualité sera rentabilisé au fil du temps, car cela aidera à éviter les arrêts, les réparations et la remise à neuf ou le remplacement coûteux du joint qu'un joint de qualité inférieure entraînerait. Cependant, dans les applications de pompage avec un fluide très propre doté de propriétés lubrifiantes, un joint moins cher pourrait être acheté au profit de roulements de meilleure qualité.
Matériaux d'étanchéité courants
Carbone
Le carbone utilisé dans les faces d'étanchéité est un mélange de carbone amorphe et de graphite, dont les pourcentages respectifs déterminent les propriétés physiques du carbone final. C'est un matériau inerte et stable, autolubrifiant.
Il est largement utilisé comme face d'extrémité des joints mécaniques, et constitue également un matériau populaire pour les joints circonférentiels segmentés et les segments de piston sous lubrification sèche ou faible. Ce mélange carbone/graphite peut également être imprégné d'autres matériaux pour lui conférer des caractéristiques spécifiques, telles qu'une porosité réduite, une meilleure résistance à l'usure ou une résistance accrue.
Le joint en carbone imprégné de résine thermodurcissable est le plus courant pour les garnitures mécaniques. La plupart des carbones imprégnés de résine sont compatibles avec une large gamme de produits chimiques, des bases fortes aux acides forts. Ils présentent également de bonnes propriétés de frottement et un module d'élasticité adéquat pour contrôler les déformations de pression. Ce matériau est adapté aux applications générales jusqu'à 260 °C (500 °F) dans l'eau, les liquides de refroidissement, les carburants, les huiles, les solutions chimiques légères et les applications agroalimentaires et pharmaceutiques.
Les joints en carbone imprégné d'antimoine ont également fait leurs preuves grâce à la résistance et au module de l'antimoine, ce qui les rend idéaux pour les applications haute pression nécessitant un matériau plus résistant et plus rigide. Ces joints sont également plus résistants au cloquage dans les applications avec des fluides à haute viscosité ou des hydrocarbures légers, ce qui en fait la qualité standard pour de nombreuses applications en raffinerie.
Le carbone peut également être imprégné de filmogènes tels que les fluorures pour les applications de fonctionnement à sec, de cryogénie et de vide, ou d'inhibiteurs d'oxydation comme les phosphates pour les applications à haute température, à grande vitesse et de turbine jusqu'à 800 pieds/sec et environ 537°C (1 000°F).
Céramique
Les céramiques sont des matériaux inorganiques non métalliques fabriqués à partir de composés naturels ou synthétiques, le plus souvent d'oxyde d'alumine ou d'alumine. Leur point de fusion élevé, leur dureté élevée, leur résistance à l'usure et à l'oxydation sont des atouts majeurs pour les industries mécaniques, chimiques, pétrolières, pharmaceutiques et automobiles.
Elle possède également d'excellentes propriétés diélectriques et est couramment utilisée pour les isolants électriques, les composants résistants à l'usure, les matériaux de broyage et les composants haute température. À des puretés élevées, l'alumine présente une excellente résistance chimique à la plupart des fluides de traitement, à l'exception de certains acides forts, ce qui lui permet d'être utilisée dans de nombreuses applications de garnitures mécaniques. Cependant, l'alumine peut se fracturer facilement sous l'effet d'un choc thermique, ce qui limite son utilisation dans certaines applications où cela pourrait poser problème.
Le carbure de silicium est obtenu par fusion de silice et de coke. Sa composition chimique est similaire à celle de la céramique, mais il offre de meilleures propriétés lubrifiantes et est plus dur, ce qui en fait une solution résistante aux environnements difficiles.
Il peut également être rodé et poli, permettant ainsi de rénover un joint plusieurs fois au cours de sa durée de vie. Il est généralement utilisé dans des applications mécaniques, notamment dans les garnitures mécaniques, pour sa bonne résistance à la corrosion chimique, sa grande résistance mécanique, sa dureté élevée, sa bonne résistance à l'usure, son faible coefficient de frottement et sa résistance aux températures élevées.
Utilisé pour les surfaces des garnitures mécaniques, le carbure de silicium améliore les performances, prolonge la durée de vie des garnitures et réduit les coûts de maintenance et d'exploitation des équipements rotatifs tels que les turbines, les compresseurs et les pompes centrifuges. Les propriétés du carbure de silicium varient selon son mode de fabrication. Le carbure de silicium lié par réaction est formé par la liaison de particules de carbure de silicium entre elles lors d'un processus de réaction.
Ce procédé n'affecte pas significativement la plupart des propriétés physiques et thermiques du matériau, mais il limite sa résistance chimique. Les produits chimiques les plus fréquemment problématiques sont les caustiques (et autres produits chimiques à pH élevé) et les acides forts ; par conséquent, le carbure de silicium lié par réaction ne doit pas être utilisé pour ces applications.
Le carbure de silicium autofritté est fabriqué par frittage direct de particules de carbure de silicium à l'aide d'agents de frittage non oxydes, dans un environnement inerte à des températures supérieures à 2 000 °C. En l'absence de matériau secondaire (tel que le silicium), le matériau fritté direct est chimiquement résistant à la quasi-totalité des fluides et des conditions de procédé rencontrés dans une pompe centrifuge.
Le carbure de tungstène est un matériau très polyvalent, comme le carbure de silicium, mais il est plus adapté aux applications haute pression grâce à sa plus grande élasticité, ce qui lui permet de fléchir légèrement et d'éviter toute déformation de la face. Comme le carbure de silicium, il peut être rodé et poli.
Les carbures de tungstène sont généralement fabriqués sous forme de carbures cémentés, sans aucune tentative de liaison. Un métal secondaire est ajouté pour lier ou cimenter les particules de carbure de tungstène, ce qui donne un matériau combinant les propriétés du carbure de tungstène et du liant métallique.
Ce procédé a été utilisé avec avantage, offrant une ténacité et une résistance aux chocs supérieures à celles du carbure de tungstène seul. L'un des points faibles du carbure de tungstène cémenté est sa forte densité. Auparavant, le carbure de tungstène lié au cobalt était utilisé, mais il a progressivement été remplacé par le carbure de tungstène lié au nickel, car il ne présentait pas la compatibilité chimique requise par l'industrie.
Le carbure de tungstène lié au nickel est largement utilisé pour les faces d'étanchéité où des propriétés de résistance et de ténacité élevées sont souhaitées, et il présente une bonne compatibilité chimique généralement limitée par le nickel libre.
GFPTFE
Le GFPTFE présente une bonne résistance chimique et l'ajout de verre réduit le frottement des surfaces d'étanchéité. Il est idéal pour les applications relativement propres et est moins cher que d'autres matériaux. Des sous-variantes sont disponibles pour mieux adapter le joint aux exigences et à l'environnement, améliorant ainsi ses performances globales.
Buna
Le buna (également appelé caoutchouc nitrile) est un élastomère économique pour joints toriques, produits d'étanchéité et produits moulés. Reconnu pour ses performances mécaniques, il est particulièrement adapté aux applications pétrolières, pétrochimiques et chimiques. En raison de sa rigidité, il est également largement utilisé pour le pétrole brut, l'eau, divers alcools, les graisses silicones et les fluides hydrauliques.
Le Buna étant un copolymère de caoutchouc synthétique, il est performant dans les applications nécessitant une adhérence au métal et une résistance à l'abrasion. Cette composition chimique le rend également idéal pour les applications d'étanchéité. De plus, il résiste aux basses températures grâce à sa faible résistance aux acides et aux bases légères.
Le Buna est limité aux applications soumises à des facteurs extrêmes tels que les températures élevées, les intempéries, la lumière du soleil et la résistance à la vapeur, et ne convient pas aux agents désinfectants de nettoyage en place (NEP) contenant des acides et des peroxydes.
EPDM
L'EPDM est un caoutchouc synthétique couramment utilisé dans l'automobile, la construction et la mécanique pour les joints, les joints toriques, les tubes et les rondelles. Plus cher que le Buna, il résiste à diverses propriétés thermiques, climatiques et mécaniques grâce à sa résistance élevée et durable à la traction. Polyvalent, il est idéal pour les applications impliquant l'eau, le chlore, l'eau de Javel et autres matériaux alcalins.
Grâce à ses propriétés élastiques et adhésives, l'EPDM reprend sa forme initiale une fois étiré, quelle que soit la température. L'EPDM n'est pas recommandé pour les applications avec des huiles de pétrole, des fluides, des hydrocarbures chlorés ou des solvants hydrocarbonés.
Viton
Le Viton est un caoutchouc hydrocarboné fluoré, durable et hautes performances, couramment utilisé dans les joints toriques et les joints d'étanchéité. Plus cher que les autres caoutchoucs, il constitue la solution privilégiée pour les besoins d'étanchéité les plus exigeants.
Résistant à l'ozone, à l'oxydation et aux conditions climatiques extrêmes, y compris aux matériaux tels que les hydrocarbures aliphatiques et aromatiques, les fluides halogénés et les matériaux acides forts, c'est l'un des fluoroélastomères les plus robustes.
Le choix du matériau d'étanchéité approprié est essentiel à la réussite d'une application. Bien que de nombreux matériaux d'étanchéité soient similaires, chacun répond à des besoins spécifiques.
Date de publication : 12 juillet 2023