Le choix du matériau de votre joint est important car il jouera un rôle dans la détermination de la qualité, de la durée de vie et des performances d'une application, ainsi que dans la réduction des problèmes futurs. Nous examinons ici comment l'environnement affectera le choix des matériaux de joint, ainsi que certains des matériaux les plus courants et les applications auxquelles ils sont les plus adaptés.
Facteurs environnementaux
L’environnement auquel un joint sera exposé est crucial lors de la sélection de la conception et du matériau. Il existe un certain nombre de propriétés clés dont les matériaux d'étanchéité ont besoin pour tous les environnements, notamment la création d'une face d'étanchéité stable, capable de conduire la chaleur, résistante aux produits chimiques et à l'usure.
Dans certains environnements, ces propriétés devront être plus fortes que dans d’autres. Les autres propriétés des matériaux à prendre en compte lors de l'examen de l'environnement comprennent la dureté, la rigidité, la dilatation thermique, l'usure et la résistance chimique. Garder cela 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 peut être priorisé. Pour les environnements abrasifs et difficiles, les joints peuvent être plus coûteux car les matériaux doivent être suffisamment solides 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 coûteux, les réparations et la remise à neuf ou le remplacement du joint qu'entraînera un joint de qualité inférieure. Cependant, dans les applications de pompage avec fluide très propre doté de propriétés lubrifiantes, un joint moins cher pourrait être acheté au profit de roulements de meilleure qualité.
Matériaux de joint courants
Carbone
Le carbone utilisé dans les faces des joints est un mélange de carbone amorphe et de graphite, les pourcentages de chacun déterminant les propriétés physiques de la qualité finale du carbone. C'est un matériau inerte, stable et autolubrifiant.
Il est largement utilisé comme l'une des deux faces d'extrémité des garnitures mécaniques, et c'est également un matériau populaire pour les joints circonférentiels segmentés et les segments de piston sous une lubrification sèche ou faible. Ce mélange carbone/graphite peut également être imprégné d'autres matériaux pour lui conférer différentes caractéristiques telles qu'une porosité réduite, une tenue à l'usure améliorée ou une résistance améliorée.
Un joint en carbone imprégné de résine thermodurcie est le plus courant pour les garnitures mécaniques, la plupart des carbones imprégnés de résine étant capables de fonctionner dans une large gamme de produits chimiques allant des bases fortes aux acides forts. Ils possèdent également de bonnes propriétés de friction et un module adéquat pour aider à contrôler les distorsions de pression. Ce matériau est adapté à un usage général jusqu'à 260°C (500°F) dans l'eau, les liquides de refroidissement, les carburants, les huiles, les solutions chimiques légères et les applications alimentaires et pharmaceutiques.
Les joints en carbone imprégnés d'antimoine se sont également révélés efficaces en raison de la résistance et du module de l'antimoine, ce qui les rend adaptés aux applications à haute pression lorsqu'un matériau plus résistant et plus rigide est nécessaire. 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 de raffinerie.
Le carbone peut également être imprégné d'agents filmogènes tels que des fluorures pour les applications de fonctionnement à sec, de cryogénie et de vide, ou d'inhibiteurs d'oxydation comme des phosphates pour les applications à haute température, haute vitesse et turbines 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 de l'oxyde d'alumine ou de l'alumine. Il a un point de fusion élevé, une dureté élevée, une résistance élevée à l'usure et à l'oxydation, il est donc largement utilisé dans des industries telles que les machines, les produits chimiques, le pétrole, les produits pharmaceutiques et l'automobile.
Il possède également d'excellentes propriétés diélectriques et est couramment utilisé pour les isolants électriques, les composants résistants à l'usure, les supports de broyage et les composants à haute température. Dans des puretés élevées, l'alumine présente une excellente résistance chimique à la plupart des fluides de traitement autres que certains acides forts, ce qui la conduit à être utilisée dans de nombreuses applications de garnitures mécaniques. Cependant, l’alumine peut facilement se briser sous l’effet d’un choc thermique, ce qui a limité son utilisation dans certaines applications où cela pourrait poser problème.
Le carbure de silicium est obtenu par fusion de silice et de coke. Il est chimiquement similaire à la céramique, mais possède de meilleures qualités lubrifiantes et est plus dur, ce qui en fait une bonne solution résistante pour les environnements difficiles.
Il peut également être rodé et poli afin qu'un joint puisse être remis à neuf plusieurs fois au cours de sa durée de vie. Il est généralement utilisé de manière plus mécanique, comme dans les garnitures mécaniques, pour sa bonne résistance à la corrosion chimique, sa haute résistance, sa dureté élevée, sa bonne résistance à l'usure, son faible coefficient de frottement et sa résistance aux températures élevées.
Lorsqu'il est utilisé pour les faces de garnitures mécaniques, le carbure de silicium améliore les performances, augmente la durée de vie des joints, réduit les coûts de maintenance et réduit les coûts de fonctionnement des équipements rotatifs tels que les turbines, les compresseurs et les pompes centrifuges. Le carbure de silicium peut avoir des propriétés différentes selon la manière dont il a été fabriqué. Le carbure de silicium lié par réaction est formé en liant des particules de carbure de silicium les unes aux autres dans un processus de réaction.
Ce processus n’affecte pas de manière significative la plupart des propriétés physiques et thermiques du matériau, mais il limite la résistance chimique du matériau. Les produits chimiques qui posent problème le plus souvent sont les produits 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 dans ces applications.
Le carbure de silicium auto-fritté est obtenu en frittant des particules de carbure de silicium directement ensemble à l'aide d'auxiliaires de frittage sans oxyde dans un environnement inerte à des températures supérieures à 2 000 °C. En raison de l'absence de matériau secondaire (tel que le silicium), le matériau directement fritté est chimiquement résistant à presque tous les fluides et conditions de processus susceptibles d'être observés 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 à haute pression car il possède une élasticité plus élevée, ce qui lui permet de fléchir très légèrement et d'éviter la déformation de la face. Comme le carbure de silicium, il peut être re-rodé et poli.
Les carbures de tungstène sont le plus souvent fabriqués sous forme de carbures cémentés, il n'y a donc aucune tentative de lier le carbure de tungstène à lui-même. Un métal secondaire est ajouté pour lier ou cimenter les particules de carbure de tungstène ensemble, ce qui donne un matériau qui possède les propriétés combinées du carbure de tungstène et du liant métallique.
Cela a été utilisé à bon escient en offrant une ténacité et une résistance aux chocs supérieures à celles possibles avec le carbure de tungstène seul. L’une des faiblesses du carbure de tungstène cémenté est sa haute densité. Dans le passé, le carbure de tungstène lié au cobalt était utilisé, mais il a été progressivement remplacé par du carbure de tungstène lié au nickel car il ne répond pas à la gamme de compatibilité chimique requise pour l'industrie.
Le carbure de tungstène lié au nickel est largement utilisé pour les faces de joint 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 le verre ajouté réduit le frottement des faces d'étanchéité. Il est idéal pour les applications relativement propres et est moins cher que les autres matériaux. Il existe des sous-variantes disponibles pour mieux adapter le joint aux exigences et à l'environnement, améliorant ainsi ses performances globales.
Buna
Le Buna (également connu sous le nom de caoutchouc nitrile) est un élastomère économique pour les joints toriques, les produits d'étanchéité et les produits moulés. Il est bien connu pour ses performances mécaniques et fonctionne bien dans les applications pétrolières, pétrochimiques et chimiques. Il est également largement utilisé pour les applications de pétrole brut, d’eau, de divers alcools, de graisse de silicone et de fluide hydraulique en raison de sa rigidité.
Comme Buna est un copolymère de caoutchouc synthétique, il fonctionne bien dans les applications nécessitant une adhérence métallique et un matériau résistant à l'abrasion, et ce fond chimique le rend également idéal pour les applications de mastic. De plus, il peut résister aux basses températures car il est conçu avec une faible résistance aux acides et aux alcalis légers.
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 (CIP) contenant des acides et des peroxydes.
EPDM
L'EPDM est un caoutchouc synthétique couramment utilisé dans les applications automobiles, de construction et mécaniques pour les joints d'étanchéité et les joints toriques, les tubes et les rondelles. Il est plus cher que le Buna, mais peut résister à diverses propriétés thermiques, météorologiques et mécaniques grâce à sa résistance à la traction élevée et durable. Il est polyvalent et idéal pour les applications impliquant de l'eau, du chlore, de l'eau de Javel et d'autres matériaux alcalins.
Grâce à ses propriétés élastiques et adhésives, une fois étiré, l'EPDM reprend sa forme initiale quelle que soit la température. L'EPDM n'est pas recommandé pour les applications d'huile de pétrole, de fluides, d'hydrocarbures chlorés ou de solvants d'hydrocarbures.
Viton
Viton est un produit en caoutchouc d'hydrocarbure fluoré de longue durée et de haute performance, le plus couramment utilisé dans les joints toriques et les joints. Il est plus cher que les autres matériaux en caoutchouc, mais c'est l'option privilégiée pour les besoins d'étanchéité les plus difficiles et les plus exigeants.
Résistant à l'ozone, à l'oxydation et aux conditions météorologiques extrêmes, notamment à des matériaux tels que les hydrocarbures aliphatiques et aromatiques, les fluides halogénés et les matériaux acides forts, il fait partie des fluoroélastomères les plus robustes.
Le choix du bon matériau de scellement est important pour le succès d’une application. Bien que de nombreux matériaux de joints soient similaires, chacun sert à diverses fins pour répondre à tout besoin spécifique.
Heure de publication : 12 juillet 2023