La question que les ingénieurs devraient se poser avant d'utiliser du FFKM pour une fonction d'étanchéité potentiellement dangereuse en cas de fuite est : « Le FFKM est-il vraiment nécessaire d'utiliser du FFKM ici ? »

Le processus de fabrication d'un joint comprend plusieurs étapes. Il peut être exposé à un solvant chaud, puis nettoyé à la vapeur et enfin refroidi entre les cycles de production. Dans ce cas, le matériau du joint est un facteur déterminant, car il conditionne son étanchéité aux différentes conditions d'utilisation.

Les joints d'étanchéité en FFKM ne sont envisagés que lorsque les élastomères ordinaires ne peuvent offrir une résistance chimique ou thermique suffisante. Les FFKM associent l'élasticité d'un joint à une structure polymère hautement fluorée. Ils s'avèrent être la solution d'étanchéité la plus économique pour les applications critiques en matière de fuites.

Le FFKM fait également partie des élastomères réputés pour leurs prix exceptionnellement élevés. Par conséquent, leurs qualités ne doivent pas être considérées comme interchangeables. Un cahier des charges pertinent doit soulever deux questions : le FFKM est-il réellement nécessaire alors qu’un FK M ou un autre élastomère approprié pourrait être utilisé ? Si oui, quel composé de FFKM correspond à l’exposition prévue ?

Qu'est-ce qui différencie le FFKM du FKM ?

Le terme « perfluoroélastomère » utilisé dans la norme ASTM D1418 désigne le FFKM. Il s'agit donc d'une désignation et non du nom du composé lui-même. Selon la combinaison de charges, d'agents de réticulation et de formulations, il est possible de moduler les propriétés telles que la déformation rémanente à la compression, les performances à haute température, la résilience à basse température, le niveau de pureté et la résistance chimique spécifique.

La fluoration au niveau présent dans le FFKM lui confère la résistance chimique nécessaire, même face aux fluides les plus agressifs. Selon Parker, le FFKM possède des propriétés chimiques comparables à celles du PTFE et l'élasticité du FKM. Bien que les élastomères puissent se déformer, vieillir, etc., leur compression doit être contrôlée.

Le choix d'une solution d'étanchéité FFKM est justifié par la présence de conditions chimiques et thermiques susceptibles d'entraîner des problèmes d'étanchéité, tels qu'un gonflement, un durcissement, une déformation rémanente ou une perte de propriétés inacceptables avec des matériaux moins coûteux, ou lorsque le joint peut bénéficier d'un processus propre ou d'un temps d'arrêt plus long, ce qui justifie le remplacement d'un joint de moindre valeur par un joint de haute valeur.

Les notes de température nécessitent un contexte

Les valeurs limites de température supérieure flottante varient selon le grade.

Le guide européen des joints toriques de Parker donne une limite supérieure approximative d'environ 310 °C pour la famille FFKM, tandis que différents fournisseurs de joints toriques indiquent des limites supérieures très différentes.

Par mesure de sécurité, ces chiffres doivent être vérifiés en fonction de la formulation du matériau, car il ne s'agit pas de règles générales.

Les joints exposés à des températures extrêmes réagissent différemment selon l'intensité de la chaleur et la durée du traitement. Une brève montée en température est totalement différente d'une élévation de température constante. À cette température élevée, la déformation rémanente, la dégradation chimique et la perte des propriétés physiques peuvent survenir et s'aggraver rapidement.

L'étanchéité du joint peut être préservée, même en cas de fuite, car la force de contact a été considérablement réduite.

Il est cependant crucial de ne pas négliger les basses températures. Certains matériaux FFKM fluorés sont si fragiles et/ou inélastiques à basse température qu'ils sont totalement inutilisables pour un assemblage à froid. Généralement, les plages de résistance au froid indiquées pour les fluoroélastomères sont plus étroites que les performances à froid attendues d'un matériau de haute qualité. Le facteur déterminant est peut-être le redémarrage après un arrêt à froid.

La résistance chimique est spécifique à chaque nuance.

Pour garantir leur longévité et leur fiabilité, les joints toriques résistants aux produits chimiques doivent être sélectionnés en fonction du fluide de travail spécifique, au lieu de se contenter d'étiquettes générales comme acide/alcalin, solvant/diluant ou nettoyant/désinfectant, etc.

Le niveau de concentration/puissance, la quantité de liquide/d'humidité, la température d'exposition, la pression et les impuretés peuvent tous modifier la nature de cette exposition. La résistance chimique peut être estimée à l'aide d'un tableau de compatibilité, mais ce dernier ne peut pas prendre en compte toutes les combinaisons et situations possibles auxquelles un fluide peut être exposé.

L'acier décapé fait partie des nombreux matériaux et produits chimiques qui exigent une attention particulière quant à leur résistance aux différents effets du décapage. Dans certains cas, les matériaux sont adaptés à ces situations, tandis que dans d'autres, ils sont tout simplement exclus. Les fluides fluorés, tout comme certaines amines ou certains esters, peuvent également poser problème pour certains élastomères. L'appellation « élastomères fluorés » ne garantit en aucun cas la compatibilité du matériau. Il est indispensable de choisir les nuances appropriées.

Une comparaison publique prouve pourquoi le choix du composé est important

Une étude comparative réalisée par une entreprise a publié les résultats de tests d'immersion effectués lors de différents procédés de fabrication de cellules photovoltaïques, à l'aide de joints toriques AS568 K214 en fluoroélastomère. Après une immersion dans une solution d'hydroxyde de potassium à 30 % à 80 °C pendant 168 heures, une augmentation de volume de 66,9 % et une fragilisation excessive du matériau ont été observées, rendant impossible la réalisation de quelques mesures de propriétés résiduelles.

Dans les mêmes conditions, deux fluoroélastomères à base de groupes perfluorés (FFKM) ont présenté des variations de volume d'environ 0,3 % et même légèrement de -0,5 %. Ces résultats semblent confirmer l'intérêt du FFKM pour cet environnement chimique, mais ils ne permettent pas de déterminer sa durée de vie pour chaque type de joint, pression ou cycle de procédé.

La même publication mentionnait une différence considérable entre les formulations de FFKM à 49 % d'acide fluorhydrique à 80 °C. Une formulation présentait une variation de volume de 1,6 %, tandis que l'autre atteignait 13,1 %. Cette moindre stabilité chimique du FFKM dans ce dernier cas démontre que des matériaux appartenant à la même famille peuvent réagir différemment.

L'objectif est de démontrer que le choix des joints toriques résistants aux produits chimiques doit se baser sur les données spécifiques à chaque composé. Les chiffres fournis par DuPont correspondent à des résultats de laboratoire communiqués par le fournisseur et non à des résultats clients de Yida ; par conséquent, les conditions de test doivent être comparées avec soin à l'application prévue.

La conception de la rainure préserve l'étanchéité.

Un composé de caoutchouc ultra-résistant sera inutile si la gorge est mal conçue. Le joint torique doit être comprimé au minimum pour assurer le contact sans engendrer de contraintes excessives. La gorge doit présenter un jeu suffisant pour permettre la dilatation du joint torique due aux variations de température et pour compenser les variations de volume induites par le fluide. L'accumulation des tolérances doit être vérifiée aux extrémités de chaque dimension.

L'état de surface influe sur le frottement et les risques de fuite. Une surface rugueuse usera prématurément le joint, tandis que des marques d'usinage mal orientées peuvent accélérer l'usure de la couche d'étanchéité. Il est préférable de protéger les arêtes vives, les orifices et les filetages à l'aide de guides ou de manchons de montage.

L'application dynamique nécessite une évaluation distincte. Les mouvements alternatifs ou rotatifs génèrent de la chaleur, du frottement et de l'usure que les essais statiques ne permettent pas de mesurer. Le composé, la lubrification, l'état de surface, la vitesse et la pression doivent être testés simultanément avant de pouvoir affirmer avec certitude la durée de vie en cycles.

Ce que les normes prouvent et ne prouvent pas

La norme ASTM D1418 normalise les abréviations relatives au caoutchouc et inclut le FFKM dans sa nomenclature. Elle explique aux ingénieurs la signification de cette désignation. Elle ne définit cependant pas de niveau de performance, de plage chimique ni de température de service universels pour le FFKM.

La norme ASTM D471 décrit des méthodes contrôlées pour mesurer l'effet des liquides sur le caoutchouc. Elle précise que ces méthodes produisent des données comparatives et que leur corrélation avec les performances réelles des pièces peut être différente en raison de la grande variabilité des conditions d'utilisation. Cette limitation doit figurer dans tout rapport d'essai.

La norme ASTM D395 mesure la capacité du caoutchouc à conserver ses propriétés élastiques après une compression prolongée et s'applique principalement aux contraintes statiques. Un bon résultat de déformation rémanente après compression facilite la sélection des matériaux, mais ne garantit pas l'étanchéité d'une rainure donnée.

La norme ISO 3601-3 définit et classe les imperfections de surface des joints toriques normalisés et fixe des limites d'acceptation. Elle contribue au contrôle de la qualité des pièces moulées. Elle ne garantit pas la compatibilité chimique, la tenue en température ni la durée de vie d'un système d'étanchéité assemblé.

Une séquence d'approbation pratique

Commencez par établir une fiche d'application. Répertoriez chaque fluide de procédé, sa concentration et les mélanges possibles. Ajoutez les lubrifiants, les agents de nettoyage et les résidus. Notez les températures minimale, continue et maximale, la pression, le niveau de vide, le mouvement, le temps de cycle et l'intervalle de maintenance prévu.

Ensuite, sélectionnez les composés candidats à l'aide des données des fournisseurs et de tests d'immersion ciblés. Utilisez le fluide réel lorsque la sécurité et le contrôle le permettent. Mesurez les variations de propriétés qui affectent la conception et définissez les limites d'acceptation avant les tests, plutôt que d'évaluer le résultat a posteriori.

Vérifiez les dimensions moulées et l'état de surface par rapport au dessin. Assemblez les pièces selon la méthode de production et avec la visserie appropriée. Assurez-vous que le joint torique n'est ni tordu, ni coupé, ni pincé, et que le lubrifiant et les outils d'installation sont adaptés au processus prévu.

Ensuite, soumettez l'assemblage étanche à des cycles thermiques, de pression et chimiques représentatifs. Mesurez les fuites ou toute autre fonction définie pendant les phases exigeantes. Après les essais, vérifiez l'absence de déformation permanente, de fissures, d'extrusion, d'adhérence, de dépôts et de corrosion superficielle.

Les joints d'étanchéité pour températures extrêmes doivent également être réexaminés après toute modification du composé, du fournisseur, du processus de polymérisation, de la post-polymérisation, de l'outillage ou des dimensions critiques. Un changement apparemment mineur dans les registres d'achat peut altérer le comportement à la compression, la propreté ou la réaction chimique.

Quand un coût plus élevé des matériaux peut se justifier

L'utilisation de joints d'étanchéité défectueux (FFKM) peut se justifier lorsqu'une défaillance risque de contaminer un produit précieux, de poser un problème de sécurité, d'interrompre un processus continu ou de nécessiter un accès difficile à l'équipement. Dans ces cas, le prix d'achat doit être comparé au coût de la main-d'œuvre pour la maintenance, aux pertes de production et aux conséquences de la défaillance.

Il peut être difficile de justifier le choix d'un matériau haut de gamme lorsque les conditions d'utilisation sont modérées, le remplacement aisé et qu'un FKM éprouvé répond déjà aux exigences en matière d'intervalle de remplacement. Une analyse de l'application doit identifier les situations qui rendent l'option la moins coûteuse obsolète. Sans cette justification, le choix d'un matériau de qualité supérieure relève davantage de la supposition que d'un choix technique.

Les joints FFKM sur mesure peuvent convenir lorsqu'un joint torique standard ne permet pas d'obtenir la géométrie, la disposition du presse-étoupe ou l'intégration requises. La conception sur mesure accroît également la nécessité d'un contrôle dimensionnel, d'une maîtrise de l'outillage et de tests sur les pièces finies, car les données du catalogue peuvent être basées sur un échantillon standard.

Travailler avec Yida

Dalian Yida Precision Rubber Products Co., Ltd. fournit des composants en caoutchouc de précision définis par le client, notamment des joints FFKM sur mesure pour les applications les plus exigeantes. Nous analysons les plans, les conditions de fonctionnement et les exigences d'inspection afin que les discussions relatives aux matériaux restent pertinentes par rapport à la pièce elle-même.

Le choix du matériau FFKM doit aboutir à un composé homologué et à un plan de validation documenté. Aucun nom de fournisseur, aucune abréviation de polymère ni aucune valeur de température maximale ne saurait remplacer ce travail. Le meilleur résultat est obtenu en adaptant la nuance, la géométrie et les conditions d'essai à une position d'étanchéité clairement définie.

Une fois ces détails établis, les joints toriques en FFKM constituent une solution précieuse pour les environnements exigeant des performances supérieures à celles des élastomères conventionnels. Le choix est d'autant plus judicieux qu'il repose sur des données spécifiques au composé et sur les performances de la pièce finie, plutôt que sur la réputation de la famille de matériaux.