Renseignez-vous sur les mécanismes de vieillissement dans les produits en caoutchouc – et comment repérer les signes de défaillance du joint.
Le vieillissement dans les produits en caoutchouc est le déclin progressif et irréversible des propriétés physiques, mécaniques et chimiques d’un élastomère. Les causes du vieillissement varient et incluent la chaleur, l’oxygène, l’ozone, les rayons ultraviolets (UV), la tension mécanique et l’exposition aux fluides. Au niveau moléculaire, tous ces mécanismes de vieillissement dégradent la colonne vertébrale polymère du caoutchouc et forment des liaisons chimiques indésirables par réticulation (liaisons croisées).
Qu’est-ce que cela signifie sur le plan pratique de l’ingénierie ? Lorsque le vieillissement dégrade les produits industriels en caoutchouc, le risque de défaillance des joints est plus élevé. Heureusement, les signes de vieillissement sont difficiles à manquer. Du durcissement, de la fragilité et des fissures à l’adoucissement et à la perte d’élasticité, le vieillissement cause la défaillance des produits en caoutchouc comme les sceaux et les joints sur le terrain. Cela peut entraîner des réparations prématurées ou coûteuses.
Cet article d’Elasto Proxy examine les cinq principaux mécanismes de vieillissement dans les produits en caoutchouc. Vous lirez ce qui se passe au niveau moléculaire, mais vous apprendrez aussi à identifier les signes visuels et les mécaniques d’une défaillance. Différents caoutchoucs sont conçus pour résister à différentes conditions, alors demandez à Elasto Proxy des solutions d’étanchéité et d’isolation appuyées par une assistance experte dans la sélection des matériaux .
Elasto Proxy utilise un cadre appelé MTAP pour guider les ingénieurs dans la sélection des matériaux.
Vieillissement thermo-oxydatif (chaleur et oxygène)
Le vieillissement thermo-oxydatif se produit lorsque des températures élevées interagissent avec l’oxygène atmosphérique pour décomposer la structure moléculaire d’un matériau en caoutchouc. La chaleur fournit l’énergie thermique nécessaire à la réaction de l’oxygène ambiant avec les chaînes polymères du caoutchouc. En conséquence, le caoutchouc diminue en poids moléculaire et perd à la fois sa résistance et son élasticité.
Les indicateurs visuels et mécaniques du vieillissement thermo-oxydatif incluent :
- La dureté et la fragilité accrue : Dans des matériaux comme l’EPDM, la réticulation se produit avec le temps. Le caoutchouc durcit, il perd sa flexibilité et se fissure lorsqu’une légère force externe est appliquée.
- La perte de résistance de la déformation rémanente à la compression : Lorsque les réticules se brisent sous contrainte thermique, un joint ne revient pas à sa forme d’origine lorsqu’une contrainte de compression comme une porte fermée est retirée.
- Le rétrécissement physique et les fissures : Une forte exposition thermique expulse les plastifiants de faible poids moléculaire et cause à la fois un rétrécissement physique et des fissures de surface.
La fissuration à l’ozone
La fissuration à l’ozone est différente de la fissuration de surface causée par le vieillissement thermo-oxydatif. C’est parce qu’une attaque à l’ozone provoque une fracturation structurelle profonde de la structure moléculaire du caoutchouc. La fissuration à l’ozone est localisée, mais c’est un mécanisme agressif de vieillissement qui vise un produit en caoutchouc soumis à une tension mécanique, comme une botte en caoutchouc étirée sur un boîtier de grand diamètre.
L’ozone est produit par la réaction de la lumière du soleil avec les substances présentes dans l’air. L’ozone est un gaz invisible, mais les signes de fissuration à l’ozone sont difficiles à manquer. De fines fissures profondes se développent dans le rayon extérieur des joints de garnitures au bourrelet installés ou des bordures. Sous des charges dynamiques continues ces fissures peuvent s’étendre jusqu’à ce qu’une partie en caoutchouc se fende complètement en deux.
UV et la photodégradation
Le rayonnement ultraviolet (UV) du soleil ou de l’éclairage industriel dégrade la surface extérieure des joints extérieurs, des coupe-froid et d’autres produits en caoutchouc exposés. Cette photodégradation est principalement un problème de surface, mais elle peut créer des points faibles qui entraînent une fatigue mécanique ou qui contribuent à une perte de résistance chimique.
Les indicateurs visuels et mécaniques des UV et de la photodégradation incluent :
- La craie et la décoloration : La surface du caoutchouc développe un film poudreux terne, blanchâtre ou gris, à mesure que les matériaux dégradés comme les charges se séparent de la matrice du caoutchouc.
- Les fissures de surface : Un réseau de fissures fines, peu profondes et multidirectionnelles apparaît sur les surfaces exposées. Ces fissures ressemblent à de la boue sèche du fond d’un lac.
- La perte de finition de surface : Les profilés extrudés lisses deviennent rugueux et abrasifs. Cela réduit l’attrait visuel du caoutchouc, mais accélère aussi l’usure causée par les pièces mobiles adjacentes.
Contrainte et fatigue mécaniques
Le vieillissement mécanique modifie la structure moléculaire d’un caoutchouc par des méthodes physiques plutôt que par des méthodes chimiques seulement. Ce mécanisme de vieillissement se produit lors de charges statiques soutenues sur de longues périodes, comme avec les supports de moteur en caoutchouc dans les équipements lourds. Il se produit aussi lors de l’étanchéité dynamique, comme lorsqu’un joint de porte est étiré, fléchi ou comprimé à plusieurs reprises.
Les indicateurs visuels et mécaniques de la contrainte et de la fatigue mécaniques incluent :
- Des fissures par fatigue : Les fissures se propagent à travers des zones à forte flexion, comme les charnières des joints au bourrelet ou les points de flexion des joints de dilatation.
- La distorsion permanente : Un sceau ou un joint reste aplati après le déserrage et ne retrouve pas sa hauteur de section transversale initiale (c’est-à-dire que la compression rémanente se produit).
- La cavitation interne : Une accumulation de chaleur due au frottement interne provoque la vaporisation ou la dilatation des additifs volatils. Cela crée des poches internes, des vides ou des défaillances structurelles dans le caoutchouc.
Exposition chimique et liquide
La dégradation chimique se produit lorsque le caoutchouc entre en contact avec des fluides agressifs, des solvants, des carburants, des agents nettoyants ou des fluides environnementaux. Cela inclut à la fois le gonflement physique et l’attaque chimique véritable. Lorsque l’exposition chimique se produit en même temps que de fortes chaleurs, ce mécanisme de vieillissement s’accélère considérablement. Il y a des changements au niveau moléculaire, mais les signes sont confus.
Les indicateurs visuels et mécaniques de l’exposition chimique et liquide incluent :
- Le gonflement et la distorsion du volume : Les joints absorbent le fluide, se dilatant au-delà de leurs dimensions installées et provoquant un flambement ou une extrusion du profilé dans les interstices.
- La désintégration ou le ramollissement des gommes : Les solvants organiques dissolvent les réseaux réticulés, transformant le caoutchouc dur et lisse en un gel tendre et collant.
- L’extraction additive : Lorsque des plastifiants, des agents anti-âge ou des retardateurs de flamme s’échappent de la matrice du caoutchouc, les pièces se contractent, durcissent et deviennent fragiles.
Le vieillissement est inévitable. La défaillance du joint ne l’est pas pour autant.
Tout le caoutchouc vieillit et se dégrade avec le temps, mais un vieillissement prématuré peut causer des défaillances d’étanchéité difficiles ou coûteuses à corriger. La meilleure approche est de prévenir ce genre de problèmes avant qu’ils ne commencent. Lorsque vous demandez à Elasto Proxy des produits en caoutchouc industriel, nous pouvons vous guider dans le choix approprié des matériaux grâce à notre cadre MTAP.
- Médias : Résistance aux produits chimiques, carburants et fluides.
- Température : Capacité à résister à une chaleur environnementale extrême.
- Application : contraintes mécaniques telles que l’ajustement structurel.
- Pression : La force physique ou le scellement sous vide requis.
Nous ne sommes pas seulement un fabricant de caoutchouc. Elasto Proxy est un partenaire à valeur ajoutée qui offre aussi des services comme des revues de conception. Êtes-vous prêt à optimiser vos produits en caoutchouc et à réduire le risque de défaillance du joint causée par le vieillissement ?
