La température n'est pas qu'un simple chiffre sur une fiche technique.

Un joint efficace peut sembler correct dans des conditions ambiantes et présenter une défaillance par temps froid lors d'un démarrage hivernal, d'un arrêt à chaud ou après plusieurs cycles de fonctionnement. La température influe sur la rigidité des matériaux et leur capacité à retrouver leur forme initiale après déformation, ainsi que sur leur vitesse de relaxation sous contrainte et leur sensibilité au vieillissement. D'autres variables, comme le fluide, la pression et la visserie, jouent également un rôle. La norme ISO 5119:2023 spécifie les essais statiques des joints toriques à basse température sous pression de gaz. Elle ne définit pas de critères d'acceptation pour le produit. En effet, le fournisseur et le client peuvent convenir ensemble du niveau de qualité acceptable. La norme précise toutefois qu'une configuration ne détermine pas la température minimale d'une autre.

Effets du froid et de la chaleur sur un élastomère

Le froid réduit la flexibilité et la vitesse de récupération, et rend le caoutchouc cassant. Si la pression crée un trou dans le joint, le matériau risque d'être comprimé ou de se rétracter trop lentement. Cela signifie qu'une fuite peut se produire avant que l'échantillon ne soit complètement sec ; l'étanchéité repose sur un bon contact et non sur la simple étanchéité.

La chaleur accélère le vieillissement et la perte de force.

Les températures élevées peuvent provoquer l'oxydation, la réticulation, la rupture des chaînes et la perte de plastifiants. Le joint risque de durcir, de devenir cassant, voire de se fissurer ; une force de contact insuffisante peut entraîner des fuites, même si les dimensions sont correctes.

Le cycle thermique ajoute du mouvement

Le caoutchouc, le plastique et le métal se dilatent à des degrés divers, modifiant ainsi la compression et le jeu. Le cyclage entraîne un degré supplémentaire de déformation, une pression de démarrage et une variation de viscosité ; par conséquent, le pire peut se produire pendant la transition, et non à l'un des points de maintien.

NBR, EPDM, FKM et silicone : un comparatif de dépistage

Les plages de température indiquées pour les joints en caoutchouc de Parker sont des valeurs approximatives. Elles varient considérablement selon le fluide utilisé et les qualités spécifiques des joints. Par conséquent, si une plage de température est réutilisée, le test doit être effectué dans les conditions réelles d'utilisation.

NBR : Bon pour les huiles, mais les limites de résistance au froid dépendent de la formulation.

Les joints en caoutchouc NBR sont des produits économiques offrant un bon compromis pour différents types d'huiles et de carburants. Une teneur plus élevée en acrylonitrile améliore la résistance aux fluides du joint, mais réduit simultanément son efficacité par temps froid ; ainsi, des joints en caoutchouc nitrile de même dureté peuvent présenter des comportements différents.

L'exposition à des températures élevées augmente non seulement la dureté et la rigidité, mais aussi la durée de vie du matériau d'étanchéité. Ce dernier doit être testé avec de l'huile, des additifs, en fonction du temps de maintien et de la durée de vie lors du test prévu. Un bref test au four est insuffisant pour déterminer l'intervalle de remplacement des joints.

EPDM : Imperméable et résistant aux intempéries – Sans huile de pétrole

Les joints en caoutchouc EPDM présentent une excellente combinaison de flexibilité à froid et de résistance à l'ozone. Ils résistent également aux intempéries et à de nombreux fluides aqueux. Bien que l'EPDM convienne à de nombreuses applications en milieu aquatique et extérieur, même l'eau et la vapeur à haute température peuvent entraîner des modifications selon le composé utilisé.

Les huiles et carburants pétroliers sont ses principaux ennemis. Sans connaître les détails, un joint en caoutchouc EPDM pourrait gonfler et un autre perdre certaines de ses propriétés, même si les deux joints restent sous la limite thermique. Il est donc essentiel de surveiller attentivement les lubrifiants, les produits de nettoyage et tout contact accidentel avec ces substances.

FKM : Propriétés exceptionnelles à haute température et compromis au démarrage à froid

Les joints en caoutchouc FKM résistent aux huiles chaudes, à divers carburants et aux solutions chimiques. Généralement, ils sont plus performants que les joints en caoutchouc nitrile à haute température. Ces matériaux sont largement utilisés à proximité des moteurs, des pompes, des compresseurs et dans les équipements industriels.

Les joints en caoutchouc FKM courants durcissent plus rapidement à froid, et les qualités basse température ne sont pas interchangeables. Les joints en caoutchouc FKM utilisés dans des applications à haute température doivent être testés pour leur résistance à la vapeur, aux amines, aux bases et autres fluides inhabituels, car leur résistance à la chaleur n'implique en aucun cas le maintien de leurs autres propriétés ni leur compatibilité à long terme.

Silicone : Flexibilité exceptionnelle sur une large plage de températures, limitée par les performances mécaniques

Les joints en caoutchouc silicone conservent leur élasticité à différentes températures. Ils assurent l'étanchéité statique, la récupération des propriétés thermiques (chaud/froid) et la résistance à la chaleur sèche. Toutefois, les allégations relatives à la régulation ou à la propreté doivent se référer à une formulation documentée et non à l'aspect du matériau.

En raison de leurs propriétés de résistance inférieures à la déchirure, à l'usure et à l'extrusion, et également en raison de leur perméabilité aux gaz, les zones de mouvement, d'usure et d'espace sous pression doivent être soigneusement vérifiées à l'aide de joints en caoutchouc silicone.

Exemple de problème réel lié au froid : Fuite de la vanne GNC

Au début, GM a publié un bulletin intitulé « 16-NM-121 » par l'intermédiaire de la NHTSA, traitant des fuites de gaz d'échappement du GNC par grand froid ou lors du ravitaillement. Le gaz, lors d'un remplissage rapide, se dilate, ce qui fait chuter la température des pièces en dessous de -40 °C et provoque des fuites au niveau du joint torique devenu très rigide.

Le bulletin signalait également que les fuites cessaient au-dessus de -40 °C depuis le retour de l'élasticité et que le problème pouvait être aggravé par une pression plus importante sur le distributeur ; et outre les contrôles de station, la vanne a été mise à jour le cas échéant.

Ce cas de General Motors rendu public ne provient pas de Yida. Il démontre que la température ambiante, à elle seule, ne suffit pas à déterminer l'étanchéité du joint lorsque la dilatation des gaz, la pression, la température du métal et sa relaxation agissent conjointement.

Évaluation combinée des milieux et de la température

Une surface chaude est plus sensible aux attaques de fluides, et des gonflements ou des exsudats peuvent se produire. À l'inverse, une surface froide devient plus visqueuse et la force de frottement est plus importante. De plus, la formulation varie selon les cas, et un même matériau peut présenter un comportement très différent dans des conditions extrêmes par rapport à des conditions normales. Par conséquent, il ne faut jamais se fier aux données de compatibilité sans connaître les conditions d'utilisation.

Ce que les spécifications de température indiquent et ce qu'elles ne montrent pas

Conformément à la norme ISO 3601-5:2015, les utilisateurs et les fournisseurs doivent s'entendre sur les exigences relatives aux propriétés des matériaux, aux essais et aux échantillons à réaliser. La simple mention du nom du polymère, de son degré de dureté et d'une plaque générique ne suffit pas à décrire correctement le comportement du matériau scellé après production.

Procédure de validation de la température pour un scellé fini

La validation doit recréer exactement les conditions d'utilisation réelles. Un palier de stabilisation à froid pourrait ne pas détecter la récupération lors de la pressurisation, tandis qu'une brève montée en température pourrait masquer la relaxation des contraintes en fonction du temps.

a. Déterminez la température d'étanchéité réelle ; il est inutile de faire semblant, car les températures ambiantes ou d'alimentation peuvent ne pas correspondre.

b. Conservez le composé, le joint, la rainure, la quincaillerie, la méthode d'assemblage du lubrifiant dans les mêmes limites exactes, c'est-à-dire sans aucun changement.

c. Soumettre les joints de production complets au temps de maintien requis, idéalement avec le média réel si possible.

d. Utiliser les outils, les lubrifiants et le matériel d'assemblage conformes aux spécifications des ensembles représentatifs.

e. Effectuer le démarrage à froid, le trempage à chaud, l'arrêt et le cycle dans la séquence de pression, de vide ou de mouvement correcte.

f. Mesurer les fuites pendant le test de cycle thermique et non seulement après sa fin.

g. Recherchez les signes de prise, de changement de dureté, de fissures, de gonflement, d'extrusion et de dommages liés à l'installation.

h. Documentez les lots et les versions, puis décidez quand une revalidation est nécessaire pour les modifications que vous avez apportées.

Directives à l'intention de l'acheteur concernant un joint d'étanchéité fonctionnant à une température spécifique

Collaboration avec Dalian Yida pour la sélection et la validation des matériaux

La société Dalian Yida Precision Rubber Products Co., Ltd. est en mesure d'évaluer la compatibilité du joint avec différents fluides, cycles thermiques, pressions et historiques de vide, ainsi que d'autres facteurs liés à sa conception et à son assemblage. Le choix de la gamme de joints permet d'obtenir un composé précis et un processus maîtrisé.

Veuillez fournir les plans, les informations relatives à la position du joint, sa géométrie mesurée, les caractéristiques du fluide, le cycle pression/vide, les exigences du client et les normes en vigueur. L'utilisation des performances Yida est soumise à l'approbation du projet.

Le caoutchouc affichant l'indice le plus élevé ne sera pas la solution ; il faut un composé capable de maintenir la force de contact, la récupération et l'intégrité de l'articulation en conditions réelles. Procédez à une sélection, puis confirmez le composé et enfin, soumettez-le à un test complet.