Apprenez comment l’attaque chimique dégrade les produits en caoutchouc – et comment l’arrêter avant qu’elle ne commence.
Les produits en caoutchouc servent à sceller et isoler les équipements lourds, les systèmes terrestres militaires, les véhicules de transport en commun et les enceintes électroniques – pour ne nommer que ces quelques applications. Lorsque les sceaux ou les joints en caoutchouc tombent en panne, les fuites de fluide, les pertes de pression et la contamination environnementale peuvent mettre les actifs en danger et perturber les opérations.
Les sceaux et les joints lâchent pour diverses raisons, mais la surcompression et l’usure mécanique en sont souvent responsables. Mais ne négligez pas l’attaque chimique non plus. Il est facile de confondre ce mode de défaillance avec d’autres formes de dégradation des matériaux, et il existe une relation complexe entre la température et l’exposition chimique.
Cet article d’Elasto Proxy décrit l’attaque chimique et comment les produits chimiques incompatibles interagissent avec la structure moléculaire du caoutchouc. Il explique aussi comment identifier les signes de dégradation chimique, et ce que vous devez savoir sur l’interaction entre la chaleur et les produits chimiques. Vous trouverez aussi quelques conseils pour prévenir les problèmes avant qu’ils ne surviennent.
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Qu’est-ce que l’attaque chimique ?
En scellement industriel, l’attaque chimique désigne la dégradation irréversible d’un matériau caoutchouc causée par l’exposition à des fluides, au gaz, aux agents nettoyants ou aux substances environnementales incompatibles. Elle ne fait pas référence aux armes ou à la guerre, mais les effets de l’attaque chimique sur les produits en caoutchouc peuvent être catastrophiques.
Lorsque le caoutchouc subit une véritable attaque chimique sa structure moléculaire change. Contrairement aux pièces métalliques qui subissent la corrosion de surface ou des piqûres, les produits en caoutchouc absorbent, réagissent et se dégradent à l’intérieur lorsqu’ils sont exposés à des produits chimiques incompatibles.
Interaction physique ou attaque chimique ?
Au niveau moléculaire, les matériaux en caoutchouc sont constitués de longues chaînes polymères flexibles qui sont reliées (réticulées) lors de la vulcanisation – un procédé chimique qui durcit le caoutchouc brut et collant en un matériau durable et élastique.
La densité de ces réticules, entre autres facteurs, détermine la résistance chimique d’un matériau en caoutchouc. Les chaînes polymères déterminent aussi si une interaction physique ou une attaque chimique se produit lorsqu’un produit chimique est rencontré.
- Interaction physique : Si le produit en caoutchouc est compatible avec le produit chimique, le produit chimique pénètre les espaces entre les chaînes polymères. Cela ne brise pas nécessairement ses liaisons. Cependant, cela peut causer un gonflement et une perte de résistance à la traction.
- Attaque chimique : Des produits chimiques incompatibles brisent les liaisons à l’intérieur, soit de la colonne vertébrale polymère principale, soit des réticules vulcanisés qui maintiennent la structure ensemble. Si cela arrive, le caoutchouc peut perdre son élasticité et d’autres propriétés du matériau.
À quoi une attaque chimique ressemble-t-elle ?
Il y a des indicateurs visuels et mécaniques d’attaque chimique dans les produits en caoutchouc, comme :
L’expansion et la distorsion du volume
Un sceau ou un joint exposé à un carburant, un fluide hydraulique ou un solvant incompatible absorbent le milieu et se dilatent considérablement. Ce n’est toutefois pas une interaction physique. Dans la garniture au bourrelet ou de bordure ce gonflement fait que le produit en caoutchouc se déforme, ondule ou se détache de sa bride de fixation.
Le durcissement et le fissurage de la surface
L’exposition à des acides forts, des bases ou des agents oxydants comme l’ozone brise les réticulations du caoutchouc. En conséquence, le caoutchouc augmente en dureté et développe de fines fissures profondes le long des points de contrainte, surtout sur les coins rayonnés des joints.
L’assouplissement, le collance et la désintégration
Certains solvants organiques et composés chimiques agressifs réduisent le caoutchouc à une substance collante et gluante. Cela fait perdre l’intégrité structurelle du sceau ou du joint d’étanchéité, si bien que même à basse pression, la partie en caoutchouc peut être arrachée ou essuyée.
Les cloques et la délamination
Le caoutchouc peut absorber des liquides volatils sous pression, puis devenir rapidement chauffé ou dépressurisé. Lorsque cela se produit, le produit chimique piégé peut se vaporiser à l’intérieur de la matrice des réticulations. Cela entraîne des vides internes, des bourrelets de surface et une délamination physique.
Lorsque le vieillissement thermique et l’attaque chimique se produisent ensemble.
Dans les applications de scellement industriel l’exposition aux produits chimiques se produit rarement isolément. Les machines, les compartiments moteurs et les équipements de traitement exposent tous les sceaux et les joints en caoutchouc aux produits chimiques et à des températures de fonctionnement élevées en même temps.
Le vieillissement thermique dans le caoutchouc est la dégradation irréversible des propriétés physiques et chimiques d’un matériau causée par une exposition prolongée à une forte chaleur. C’est différent de l’attaque chimique, mais les deux modes de défaillance fonctionnent ensemble.
Les résultats incluent :
- Des taux d’absorption accrus : La chaleur dilate le volume libre entre les chaînes polymères, permettant aux produits chimiques de pénétrer plus profondément et plus rapidement dans le matériau caoutchouc.
- L’accélération par oxydation thermique : L’oxygène atmosphérique ou l’oxygène dissous dans les fluides attaque les chaînes polymères et entraîne une fragilisation rapide.
- La lixiviation des plastifiants et additifs : Haute chaleur et produits chimiques éliminent les plastifiants internes, les retardateurs de flamme et les aides à la transformation. Lorsque ces additifs protecteurs s’échappent, le caoutchouc rétrécit, durcit et perd de la compression.
Et ce n’est pas tout. Pour chaque augmentation de 10°C (18°F) de la température de fonctionnement, le taux de réaction chimique double. En conséquence, un caoutchouc évalué pour une résistance chimique à 23°C (73°F) pourrait subir une dégradation sévère à 80°C (176°F) à cause du même produit chimique.
Prévenir les attaques chimiques : conseils de conception pour les ingénieurs.
Choisir le bon caoutchouc est la première étape pour prévenir l’attaque chimique dans les sceaux et les joints. Elasto Proxy peut vous aider à ce sujet et utilise un cadre appelé MTAP pour guider le choix des matériaux. MTAP signifie Média (M), Température (T), Application (A) et Pression (P).
Lorsque vous concevez des sceaux et des joints d’étanchéité, suivez aussi ces directives-ci :
La carte de l’exposition chimique complète
N’évaluez pas la compatibilité chimique en fonction de l’exposition à une seule substance, comme l’huile moteur dans un compartiment moteur. Considérez aussi les agents de lavage, les détergents industriels, les vapeurs en suspension et les lubrifiants appliqués lors de l’assemblage.
Considérez l’immersion continue c. l’éclaboussure intermittente.
Un joint exposé à des éclaboussures intermittentes de fluide peut fonctionner de façon fiable s’il est fabriqué en caoutchouc de qualité de base. Cependant, l’immersion continue peut nécessiter un matériau de qualité standard. Pour éviter de trop spécifier un matériau ou de sous-protéger le système il faut bien comprendre l’exposition.
Tenir compte du gonflement physique dans la géométrie du profilé.
Si un léger gonflement de volume est attendu, tenez-le en compte dans la conception de votre joint. En d’autres mots, assurez-vous que le canal du joint ou la lèvre de l’enceinte ait assez d’espace pour s’étendre. Sinon, un caoutchouc enflé pourrait causer des problèmes comme le déplacement des fixations.
Revoir les limites thermo-chimiques.
Lors de l’examen des tableaux de compatibilité chimique, regardez les températures maximales de fonctionnement réelles plutôt que les conditions ambiantes. Si votre application approche les limites thermo-chimiques, vous pourriez avoir besoin d’un matériau à haute performance.
Collaborer avec Elasto Proxy pour des solutions d’étanchéité conçues.
Prévenir les défaillances chimiques nécessite d’évaluer l’ensemble de l’environnement d’application, y compris la concentration chimique, la température de fonctionnement et la charge mécanique. Chez Elasto Proxy nous aidons les ingénieurs à naviguer dans le choix des composés, mais nous ne nous arrêtons pas là.
Dans le cadre de la fabrication de joints à valeur ajoutée que nous offrons, Elasto Proxy peut également recommander des profilés et des méthodes d’assemblage. Grâce à nos capacités de coupe par jet d’eau nous pouvons aussi vous fournir des prototypes que vous pouvez tester dans votre application.
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