- L’abrasion endommage le joint par contact répété, surface rayée et fissures.
- L’attaque chimique varie selon le produit, provoquant bulles, fissures et décoloration.
- Le gonflement chimique agrandit le joint, risquant extrusion et perte d’étanchéité.
Les joints toriques dans les machines subissent des dommages pour de nombreuses raisons. Ce guide fournit des détails sur quelques-unes des façons les plus courantes dont les joints toriques subissent des dégâts (il y en a d’autres, mais elles ne sont pas couvertes dans cet article).
Les manières les plus courantes dont les joints toriques sont endommagés
Abrasion
Indications visuelles : Les surfaces de contact du joint torique présentent une surface rayée et dans les zones de plus grande usure, des coupures plus profondes et même des fissures peuvent apparaître.
Causes : Courant dans les applications dynamiques, l’abrasion se produit dans des conditions de contact répété entre la surface du joint torique et son logement, ce qui entraîne une friction excessive entre eux. Une lubrification incorrecte ou une finition de surface métallique inadéquate peuvent augmenter le risque, car elles peuvent permettre l’infiltration de contaminants abrasifs dans le système d’étanchéité.
Solution : S’assurer d’une lubrification correcte du système d’étanchéité est important. Limiter l’infiltration de contaminants peut être obtenu grâce à l’application d’un racloir.
Attaque chimique
Indications visuelles : Selon la substance chimique à sceller, le joint torique peut montrer différents signes, y compris des bulles, des fissures, un changement de dureté ou une décoloration.
Causes : Certaines substances chimiques peuvent réagir avec certains élastomères. Cela conduit souvent à une augmentation de la densité de réticulation, ce qui résulte en la formation d’un matériau dur et fragile avec une capacité réduite à générer une force réactive. Il est également possible que des ruptures des chaînes polymériques se produisent, entraînant une diminution de la résistance. Parfois, il peut y avoir une diminution de la densité de réticulation, résultant en un matériau mou et collant, causant la perte de la forme originale et de l’intégrité.
Solution : Un choix approprié de matériau élastomérique est crucial pour assurer la compatibilité du joint avec l’environnement d’application. L’attaque chimique est accélérée à des températures élevées et lorsque les joints élastomériques sont exposés à des contraintes dues à des étirements ou des compressions excessives et à des conditions mécaniques. Vérifier la compatibilité thermique des principaux types d’élastomères, en utilisant notre guide en ligne.
Gonflement chimique
Indications visuelles : Le joint torique apparaît plus grand par rapport à ses dimensions originales. Cela semble se produire sur toute la longueur du joint ou dans des zones spécifiques exposées aux produits chimiques.
Causes : Le gonflement est causé par l’infiltration de l’environnement chimique dans l’élastomère en raison de la similitude chimique entre le composé et l’environnement. L’augmentation de volume du joint peut amener à remplir complètement la rainure d’étanchéité, entraînant une extrusion et une perte d’étanchéité. Le gonflement chimique peut également entraîner une perte des propriétés physiques telles que la résistance à la traction.
Solution : Utilisez un élastomère d’étanchéité avec une résistance prouvée à l’environnement chimique. Vérifiez la compatibilité chimique des principaux types d’élastomères.
Déformation par compression
Indications visuelles : La section transversale du joint torique devient moins circulaire, avec des surfaces aplaties, prenant la forme de la rainure ou du siège. Le joint torique prend une forme permanente, indiquant qu’il ne peut pas retrouver sa forme originale après le retrait du facteur déformant. Cela est mesuré comme une perte de compression en pourcentage par rapport à la compression initiale.
Causes : Des changements physiques et chimiques peuvent se produire dans l’élastomère à haute température. Le réseau cristallin peut augmenter, entraînant la perte d’élasticité du joint torique et sa capacité à retrouver sa forme originale. C’est un changement chimique permanent. Les contraintes auxquelles sont soumis les joints à haute température ne disparaissent pas lorsque la température est abaissée. Ce phénomène est appelé retrait à froid et est réversible par chauffage. La réduction de la section transversale se traduit par une diminution du contact de la force d’étanchéité, entraînant un risque accru de fuite dans les systèmes où se produisent des cycles de température et de pression. D’autres causes incluent un design inapproprié de la rainure d’étanchéité, le gonflement volumétrique causé par le liquide dans le système et la vulcanisation incomplète du joint pendant le processus de production.
Solution : La sélection d’élastomères avec un faible retrait de compression et/ou une haute résistance aux hautes températures aidera à prolonger la durée de vie du joint. Le design de la rainure d’étanchéité devrait être vérifié pour garantir que le joint torique n’est pas excessivement compressé. Le retrait à froid peut être réduit en utilisant une structure polymérique plus flexible, qui se reflète dans une température de transition vitreuse plus basse.
Extrusion et dommages par découpe
Indications visuelles : Les bords du joint torique à basse pression ont un aspect irrégulier, ébréché ou entaillé. Une extrusion peut survenir dans des cas extrêmes, où la surface du joint torique semble éclatée.
Causes : Des contraintes élevées, généralement dérivées d’une haute pression qui force le matériau dans les fissures, entraînent l’extrusion. Les pulsations à haute pression peuvent provoquer la fermeture et l’ouverture des fissures entre les surfaces de contact. Cela peut entraîner l’insertion du joint torique entre les bords des surfaces de contact, causant des dommages physiques à la surface du joint, souvent appelés découpe.
Solution : Un matériau plus dur peut être utile, tout comme l’application de dispositifs de support qui peuvent réduire les fissures.
Décompression explosive
Indications visuelles : La surface du joint peut montrer des fissures, être fracturée, marquée par des incisions profondes ou complètement déchirée dans des cas extrêmes.
Causes : Lorsque les joints élastomériques sont exposés à de hautes pressions de gaz à des températures élevées pendant de longues périodes, le gaz est absorbé dans le composé polymérique. Lorsque la pression externe est réduite, le gaz dissous dans le matériau sort de la solution sous forme de micro-bulles. Lorsque le gaz s’étend, il se déplace à travers le matériau vers l’extérieur. Le problème survient lorsque le taux de décompression et d’expansion est élevé et que le gaz piégé dans le joint s’étend au-delà de la capacité du matériau à contenir les bulles de gaz.
Solution : L’allongement du temps de décompression et la réduction de la température réduiront généralement le risque de dommages causés par la décompression explosive, tout comme le choix de matériaux résistants à ce phénomène.
Dommages de montage
Indications visuelles : Les dommages aux joints pendant le montage peuvent être observés comme des coupures spécifiques, précises et des rayures, qui sont limitées à la surface du joint torique.
Causes : Les dommages de montage peuvent prendre diverses formes, de la friction du joint contre des composants métalliques à des dommages causés par une installation négligente de joints sales, tordus ou non correctement lubrifiés. Une mauvaise taille du joint pour une application spécifique est également un facteur important contribuant aux dommages de montage.
Solution : Une plus grande attention lors de l’installation des joints toriques est cruciale pour prévenir les dommages de montage. Envelopper les bords tranchants avec du ruban adhésif ou des couches protectrices empêchera l’incision de la surface. Un chanfreinage adéquat des pièces de montage et une lubrification adéquate aident à prévenir les dommages de montage.
Dégazage
Indications visuelles : Normalement, le joint ne montre pas de changements visibles. Dans des situations extrêmes, un rétrécissement peut être visible.
Causes : Les composants de la formulation élastomérique peuvent être libérés (volatils) dans des conditions de vide. Ces composants peuvent provenir de la formulation de l’élastomère, de produits de décomposition, ou d’autres gaz piégés dans le matériau polymérique durant le processus de moulage par injection. Dans les applications de semi-conducteurs, les molécules émises sous forme de gaz peuvent causer une contamination lors du traitement des plaquettes. Dans les applications industrielles, elles peuvent affecter l’efficacité du vide.
Solution : Les matériaux fabriqués à partir de polymères purs, sans composants volatils (ex. plastifiants, cire, etc.) offrent un niveau plus bas de dégazage. L’utilisation de matériaux adéquats à des températures correctes pour l’application concernée aide également à maintenir le dégazage bas.
Dégradation induite par plasma
Indications visuelles : L’élément clé est la perte uniforme de matériau sur les surfaces en contact avec le plasma. Dans certains cas, des résidus poudreux ou une décoloration peuvent être observés sur la surface du joint, selon le type de matériau.
Causes : Le plasma est constitué de gaz ionisés de très haute énergie et/ou de radicaux qui attaquent les composants organiques du matériau, formant de minuscules molécules ou particules. La corrosion se produit en raison des bombardements d’ions combinés à des attaques chimiques.
Solution : L’exposition prolongée au plasma cause des dommages irréversibles aux joints. La compatibilité chimique du matériau peut aider le joint à durer plus longtemps, prolongeant sa durée de vie et réduisant l’impact du temps d’arrêt de l’appareil.
Spiralisation
Indications visuelles : Le joint montre un motif en spirale le long de la surface extérieure, avec des incisions profondes sur la surface du joint à un angle de 45 degrés dans les zones de sollicitation maximale visible.
Causes : La spiralisation du joint torique peut se produire pendant le mouvement linéaire avant et arrière, que ce soit pendant le montage ou durant le fonctionnement. Le niveau de spiralisation est influencé par plusieurs facteurs, y compris les surfaces irrégulières, une lubrification inadéquate, la friction, des erreurs de montage et l’excentricité des composants.
Solution : Un joint torique fabriqué dans un matériau plus dur est un bon point de départ pour prévenir la spiralisation. D’autres profils de joints, comme les anneaux en X de PPE ou les joints en D, peuvent également être envisagés puisqu’ils se sont révélés résistants à la spiralisation sans compromettre les performances d’étanchéité. Si un joint pour hautes pressions est nécessaire, le joint en T offre une solution d’étanchéité robuste avec des anneaux de soutien appropriés. Les anneaux en X, les joints en D et en T s’adaptent généralement aux espaces existants pour les joints toriques.
Dégradation thermique
Indications visuelles : Des situations peuvent se produire où des fissures radiales apparaîtront sur les surfaces exposées à des températures élevées. Si le matériau d’étanchéité est sujet à la thermoplasticité, il est possible que certaines zones de la surface deviennent brillantes. La dégradation thermique accompagne souvent la compression.
Causes : La température d’application dépasse la température maximale autorisée du matériau d’étanchéité ou un cycle thermique excessif s’est produit. Les hautes températures peuvent augmenter le réseau cristallin dans les élastomères, ce qui se traduit par une plus grande dureté et un module accru, les rendant moins élastiques.
Solution : Le choix d’un élastomère résistant à des températures plus élevées est la solution évidente.
Extrusion thermique
Indications visuelles : Des signes sont visibles lorsque le joint torique n’a plus un profil circulaire. Sur deux bords opposés, un aplatissement est visible, et aux points de jonction, des coupures sont présentes, où les sections de la surface du joint torique ont été endommagées. Dans des applications à haute pression, l’extrusion ou les coupures peuvent ne pas être visibles du côté haute pression, mais sont évidentes du côté basse pression. Le joint torique prend souvent la forme de la rainure.
Causes : Le coefficient d’expansion thermique de l’élastomère est généralement plus élevé que celui du métal environnant. Cela signifie qu’à des températures élevées, le volume de l’élastomère augmente plus que le matériau environnant, donc à des températures élevées, le joint torique peut remplir la rainure et ensuite être extrudé dans l’espace entre les composants.
Solution : Le design de la rainure devrait être optimisé pour avoir suffisamment d’espace pour le volume additionnel du joint à des températures élevées et pour éviter le remplissage de la rainure – voir notre guide en ligne sur les dimensions des rainures.
Dégradation UV
Indications visuelles : Le premier signe sur les surfaces exposées aux rayons UV sera la décoloration, tandis qu’une exposition excessive de matériaux vulnérables peut entraîner des fissures, et dans les cas extrêmes, à la désintégration.
Causes : La lumière ultraviolette peut avoir un effet destructeur sur les matériaux élastomériques. La lumière UV a une longueur d’onde courte, ce qui signifie qu’elle a une haute énergie qui peut interagir avec la structure moléculaire de la surface exposée de l’élastomère. Cela conduit généralement à la séparation des chaînes polymériques et provoque des fissures à la surface, entraînant des fuites et une destruction prématurée.
Solution : Les matériaux noirs supportent généralement mieux les dommages UV que n’importe quelle autre couleur, et les matériaux fluorés montrent également une résistance accrue.
