Quand les ingénieurs conçoivent des joints en caoutchouc, ils se concentrent généralement sur le choix des matériaux, la dureté, le pourcentage de compression et la charge par rapport à la déviation ou déflection. Cependant, il existe un autre paramètre qui détermine aussi le succès ou l’échec de l’étanchéité. On appelle cela la largeur d’étanchéité efficace, et il fait référence à la partie du joint qui supporte la charge d’étanchéité.
Cet article-ci d’Elasto Proxy explique ce qu’est une largeur d’étanchéité efficace, pourquoi c’est important, en quoi elle diffère entre le caoutchouc solide et le caoutchouc éponge, et comment il faut la calculer. En lisant cet article, rappelez-vous que nous offrons des revues de conception en plus de la fabrication de joints faits sur mesure. Si vous cherchez un fabricant de joints offrant plus de valeur, contactez-nous.
Qu’est-ce qu’une largeur d’étanchéité efficace ?
La largeur d’étanchéité efficace est la partie de la section transversale du joint qui maintient une pression de contact continue au-dessus du minimum requis pour un bon scellement. En d’autres mots, c’est la partie de la largeur totale du joint qui scelle le joint lorsque le caoutchouc est comprimé. Un joint peut avoir une largeur nominale de 0,500″ (12,70 mm), mais la largeur d’étanchéité efficace est inférieure à cela.
Pourquoi la largeur d’étanchéité efficace ne couvre-t-elle pas tout le joint ? C’est parce que le caoutchouc ne se déforme pas uniformément lorsqu’il est comprimé. À mesure que vous vous approchez des bordures extérieures du joint, la pression de contact entre le joint et la bride diminue. Avec certains joints plats, la largeur d’étanchéité efficace est de 50% à 70% de la largeur totale .
Pourquoi une largeur d’étanchéité efficace est-elle importante ?
Pourquoi avez-vous besoin de déterminer la largeur d’étanchéité efficace ? C’est pour prédire la contrainte minimale d’étanchéité, prévenir les fuites sous pression et éviter la surcompression du joint. Comme vous l’apprendrez plus tard, il y a aussi une relation entre la largeur d’étanchéité efficace et la charge au boulon.
Prédiction de la contrainte minimale d’étanchéité
Chaque matériau en caoutchouc a une contrainte de scellement minimale : c’est la contrainte de compression la plus faible dont un joint a besoin pour former un joint initial étanche. Les joints en caoutchouc plat sont faits de matériaux en feuille qui nécessitent généralement une contrainte d’étanchéité minimale de 100 à 200 psi (6,89 à 13,79 bar). Si un joint n’atteint pas sa contrainte minimale d’étanchéité il fuira, peu importe le type de matériau, la durée de vie et les autres paramètres.
Prévenir les fuites sous pression
Il y a plus d’un type de pression à considérer quand on conçoit un joint en caoutchouc fait sur mesure.
La pression interne est la pression du médium à l’intérieur d’un système scellé, comme une baignoire à porte ou un réservoir en acier inoxydable pour la fabrication de bière ou de vin. Vous pouvez la voir comme la force qui pousse vers l’extérieur depuis l’intérieur de la baignoire ou du réservoir (pour prendre notre exemple).
Quel est son lien avec la largeur d’étanchéité efficace ?
Un joint avec une faible largeur d’étanchéité efficace a moins de force d’étanchéité et un risque accru de fuites. C’est parce que la pression interne réduit la pression de contact entre le joint et la bride. Dans le pire des cas la pression interne peut provoquer l’éclat d’un joint.
Éviter la surcompression
Beaucoup de joints, surtout les joints plats, sont fixés avec des boulons. Lors de l’assemblage du produit, les installateurs peuvent trop serrer les boulons pour réduire le risque de fuite. Cela peut entraîner un réglage de compression permanent, une perte de résilience ou une extrusion qui force le joint à sortir de son emplacement d’installation. Trop de serrure n’est pas la solution ici, car la compression en caoutchouc suit les courbes de charge non linéaires contre la déflection.
La surcompression réduit aussi la largeur d’étanchéité efficace. Voici ce qui se passe :
- Le centre du joint prend presque toute la charge.
- Les bordures perdent la pression de contact.
- La bande d’étanchéité s’effondre vers l’intérieur.
Au lieu d’une zone d’étanchéité large et stable, on obtient une bande mince et surchargée qui est sujette aux fuites.
Caoutchouc solide c. éponge : différences dans la largeur d’étanchéité efficace
Le caoutchouc éponge contient des poches ou des cellules remplies d’air. Le caoutchouc solide n’en a pas. Le caoutchouc éponge a tendance à être plus tendre et plus compressible. Le caoutchouc solide a tendance à être plus dur et plus résistant aux chocs.
Ce n’est qu’un aperçu général des différences, mais voici la relation avec la largeur d’étanchéité efficace :
- Le caoutchouc solide a une largeur d’étanchéité efficace plus étroite. En général, c’est entre 50% et 70% de la largeur nominale du joint.
- Le caoutchouc éponge a une largeur d’étanchéité efficace plus large. Typiquement, c’est entre 60% et 90% de la largeur nominale du joint.
Il y a aussi une relation entre caoutchouc solide et éponge, la compression et la largeur d’étanchéité efficace.
- Le caoutchouc solide concentre la charge au centre du joint d’étanchéité. Évitez de trop serrer les boulons, mais appliquez assez de serrement pour générer une contrainte sur toute la largeur efficace.
- Le caoutchouc éponge répartit la charge plus uniformément. Cela le rend idéal pour l’étanchéité à basse pression, ainsi que pour les surfaces irrégulières et les applications nécessitant une plus grande conformité.
Comment estimer la largeur d’étanchéité efficace ?
Vous devrez utiliser l’analyse par éléments finis (FEA – Finite Element Analysis) pour calculer les valeurs exactes, mais voici la formule pour estimer la largeur d’étanchéité efficace (Weff).
Wnom · (1 – 1/ k) = Weff
Où :
- Wnom = Largeur nominale du joint.
- k = facteur de rigidité de compression (sans dimension).
Valeurs typiques :
- Caoutchouc solide: k = 3 à 5;
- Caoutchouc éponge : k = 1,5 à 2,5.
Exemple :
Un joint en éponge où Wnom = 0,500″ et :
0.500” · (1 – 1/4) = 0.375”
En pourcentage, 0,375” correspond à 75% de 0,500”. C’est dans la plage pour un joint en mousse en caoutchouc.
Comment estimer la charge par boulon ?
Une fois que vous connaissez la largeur d’étanchéité efficace, vous pouvez utiliser cette formule pour calculer la charge par boulon (Fboulon) :
Pmin · Weff · L
Exemple :
- Pmin = Contrainte d’étanchéité requise = 100 psi;
- Weff = Largeur d’étanchéité efficace = 0,375″;
- L = Périmètre du joint = 20″.
Choisissez la fabrication de joints à valeur ajoutée.
La largeur d’étanchéité efficace est l’un des paramètres les plus importants mais négligés dans la conception des joints. Elasto Proxy peut vous aider à choisir le bon matériau en caoutchouc et le bon duromètre, mais nous offrons aussi des revues de conception. Si vous concevez un joint fait sur mesure et si vous souhaitez vous assurer que votre conception tient compte d’une largeur d’étanchéité efficace, nous pouvons vous aider.
