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Étanchéité à basse température

La performance à basse température de composants d’étanchéité en élastomère peut être critique dans les applications des industries aéronautique, pharmaceutique/médicale, pétrolière & gazière, agroalimentaire et pétrochimique. Lorsqu’ils sont soumis à de basses températures, les élastomères perdent leur flexibilité et leur capacité à répondre à une force de réaction.

Pourquoi les joints sont-ils défaillants à basse température ?

Lorsqu’un élastomère est refroidi, il devient plus rigide et donc moins élastique, jusqu’à ce qu’il atteigne sa température de transition (Tg) et subisse un changement de phase pour devenir vitreux et fragile.  Même dans cet état, il reste une certaine élasticité, mais à ce point ou près de ce point, il peut être difficile de créer et de maintenir un joint.  Il faut également prendre en compte la contraction du matériau qui se produit lorsqu'il refroidit, cette contraction est régie par le coefficient de dilatation thermique (CDT) et le fait que les contraintes induites à hautes températures ne se dissipent pas à basse température, processus appelé « prise à froid ».  La contraction et la prise à froid peuvent entraîner une défaillance du joint et conduire à une fuite.

Comment choisir un élastomère basses températures ?

Le choix du bon matériau est critique pour les performances des joints à basse température.  Cependant, la capacité à basse température est rarement la seule exigence, il existe d’autres éléments à prendre en considération telles que les propriétés mécaniques, la capacité sous pression, la résistance au milieu chimique et la conformité aux normes de l’industrie.  Un compromis est souvent requis pour sélectionner un matériau qui répond à l'éventail d’exigences requises pour l’application.
Le tableau ci-dessous établit un inventaire des matériaux basse température de PPE et donne un aperçu de leur résistance chimique.

Types de matériaux uniques

PPE a développé plusieurs matériaux élastomères basses températures uniques afin de répondre aux exigences requises par les conditions difficiles rencontrées dans l’industrie pétrolière & gazière.  Les élastomères spéciaux HNBR, FKM et FFKM basses températures des gammes de matériaux de PPE EnDura® et Perlast® ICE procurent une bonne étanchéité à basse température.

Regarder un webinaire : Étanchéité à basse température avec des élastomères dans les gaz acides

Stocker des élastomères à basse température

Les composants élastomères stockés dans des conditions statiques, en dessous de la limite inférieure de température, retrouvent toutes leurs propriétés physiques lors du réchauffement à la plage de température de fonctionnement recommandée.  Cependant, il convient de noter qu’avant d’être utilisé, un composant ou un joint doit avoir suffisamment de temps pour retrouver ses propriétés élastomères.

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Aperçu de la résistance chimique  des élastomères basses températures


SiliconeEPDMNitrileHNBRFVMQFKMFFKM
Température
minimale
de fonctionnement
-100 °C
-148 °F
-60 °C
-76 °F
-60 °C
-76 °F
-55°C
-67°F
-55 °C
-67 °F
-51 °C
-60 °F
-46 °C
-51 °F
Acides
MoyenBonBonMédiocreMoyenBonExcellent
AlcoolBonBonMoyenExcellentBonMoyenExcellent
Bases (Alcalins)MoyenBonMoyenMoyenMoyenMoyenExcellent
BenzèneMédiocreMédiocreMédiocreMédiocreBonBonExcellent
Graisses & huilesBonMédiocreExcellentExcellentExcellentExcellentExcellent
OxygèneExcellentExcellent BonBon Excellent ExcellentExcellent
OzoneExcellent ExcellentMoyenExcellentExcellent ExcellentExcellent
SolvantsMédiocreBonMoyenMoyenMédiocreBonExcellent
VapeurMédiocreExcellentMédiocreMédiocreMédiocreExcellentExcellent
EauBonExcellentBonExcellentExcellentMoyenExcellent
Tests sur des élastomères basses températures

Il existe plusieurs tests standards disponibles pour déterminer les capacités d’étanchéité à basse température des élastomères :

  • Rétractation à la température (ASTM D1329 / ISO2921) - souvent appelé test TR10,  consiste à immerger une éprouvette étirée standard dans un bain à -70 °C jusqu’à ce qu’elle devienne rigide, puis à laisser l’échantillon se rétracter librement tout en élevant la température de 1 °C/min. La température à laquelle l’éprouvette s’est rétractée de 10 % de l’étirement d’origine est appelée « TR10 ». Une valeur ajoutée à TR10 définit l’étirement initial, par ex. le test TR10/50 étire l’échantillon de 50 %.
  • Température de transition vitreuse, Tg (ASTM D7426 / ISO22768) - la température de transition vitreuse d’un élastomère est la température en dessous de laquelle il passe d’un état caoutchouteux à un état solide vitreux.  Les techniques de calorimétrie à balayage différentielle (DSC) sont utilisées pour mesurer la température de transition vitreuse (Tg).
  • Fragilité (ASTM D2137 / ISO812) - cette méthode de test est utilisée pour évaluer la fragilité des matériaux caoutchoucs lorsqu’ils sont exposés à une flexibilité à basse température avec un impact dans des conditions spécifiées de vitesse du dispositif de frappe. Le test réalisé est utilisé pour déterminer la température la plus basse à laquelle les composants en caoutchouc ne se cassent pas lorsqu’ils sont exposés à des impacts définis.
  • Torsion/Raidissement – aussi appelé test Gehman (ASTM D1053 / ISO1432:201), il mesure le module de torsion d’un échantillon standard sur une plage de températures.  Les valeurs du module correspondantes aux températures mesurées sont déterminées (le module relatif à une température donnée est le rapport entre le module d’élasticité en torsion à cette température et le module d’élasticité en torsion à 23 °C). La température à laquelle le module correspondant est égal à 10 est appelée T10, celle à laquelle le module est égal à 5 est appelée T5, etc.

Études de cas

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