Le bon caoutchouc, dans les mauvaises conditions

Pourquoi les conditions d’utilisation peuvent faire toute la différence dans la performance d’un élastomère.

Choisir le bon élastomère est une étape importante dans la conception d’une composante en caoutchouc fiable. Toutefois, un matériau qui semble parfaitement adapté sur une fiche technique ne donnera pas nécessairement les résultats attendus dans les conditions réelles d’utilisation.

Un composé peut présenter la dureté, la plage de température ou la résistance chimique appropriée et tout de même défaillir prématurément si les conditions réelles de l’application n’ont pas été pleinement prises en compte.

Pour les équipes d’ingénierie et d’approvisionnement, bien comprendre ces conditions dès le départ peut contribuer à prévenir les problèmes de performance, les remplacements prématurés et les coûteuses modifications de conception plus tard dans le cycle de vie du produit.

LA SPÉCIFICATION DU MATÉRIAU N'EST QU'UN POINT DE DÉPART

Les matériaux en caoutchouc sont sélectionnés en fonction d’un ensemble de propriétés, et non d’une seule spécification.

Le silicone, l’EPDM, le nitrile, le néoprène et les fluoroélastomères présentent chacun leurs propres avantages et limites. Le bon choix dépend de ce que la composante devra réellement accomplir.

Un dessin peut spécifier un matériau et une dureté, mais cela ne raconte pas toujours toute l’histoire.

Avant de sélectionner ou de valider un matériau, il faut notamment considérer :

• À quelles températures la pièce sera-t-elle exposée?
• Sera-t-elle en contact avec des huiles, des carburants, des produits de nettoyage ou d’autres produits chimiques?
• Sera-t-elle utilisée à l’intérieur ou à l’extérieur?
• Demeurera-t-elle comprimée pendant de longues périodes?
• Les conditions d’utilisation varieront-elles dans le temps?
• Existe-t-il des exigences réglementaires ou propres à l’industrie?
• Que se passe-t-il si la composante perd de sa souplesse, de sa force d’étanchéité ou de sa stabilité dimensionnelle?

La combinaison de ces facteurs peut être plus importante que chacun d’eux pris individuellement.

1. La température — y compris les extrêmes

La température de fonctionnement est l’un des premiers facteurs à considérer lors du choix d’un élastomère, mais la température moyenne ne suffit pas toujours à brosser un portrait complet.

Une composante peut subir une hausse de température au démarrage, des variations saisonnières, des cycles répétés de chauffage et de refroidissement ou une exposition occasionnelle à des températures nettement supérieures ou inférieures à sa plage normale de fonctionnement.

Ces conditions peuvent affecter la souplesse, la dureté, la performance d’étanchéité (fluage) et le vieillissement à long terme.

Il faut donc tenir compte non seulement de la température normale d’utilisation, mais également des températures minimales et maximales ainsi que de la durée d’exposition.

2. La compatibilité chimique dépend des conditions

Les tableaux de compatibilité chimique sont d’excellents outils de présélection, mais ils ne doivent pas être considérés comme une garantie absolue de performance.

La température, la pression et la concentration du produit chimique peuvent toutes influencer la réaction d’un élastomère. Un matériau qui fonctionne très bien dans certaines conditions peut se comporter très différemment lorsque celles-ci changent.

Le guide de compatibilité chimique de Vicone recommande donc de tester les matériaux avec les produits chimiques réels et dans les conditions spécifiques de l’application avant une utilisation permanente.

Lors de l’évaluation de l’exposition chimique, il faut notamment considérer :

• Le produit chimique ou le fluide concerné
• Sa concentration
• La température d’utilisation
• Le caractère continu ou intermittent de l’exposition
• La présence possible de plusieurs fluides ou produits de nettoyage

La question n’est donc pas simplement :

« Ce caoutchouc est-il compatible avec ce produit chimique? »

Mais plutôt :

« Est-il compatible dans les conditions réelles dans lesquelles nous allons l’utiliser? »

3. La déformation rémanente après compression peut affecter la performance d’un joint

Pour les joints d’étanchéité, la souplesse initiale n’est qu’une partie de l’équation.

Une composante en caoutchouc qui demeure comprimée pendant de longues périodes doit conserver suffisamment de ses propriétés d’origine pour continuer à assurer une étanchéité efficace. Avec le temps, certains matériaux peuvent subir une déformation permanente et perdre une partie de leur capacité à reprendre leur forme initiale.

Il peut alors en résulter une diminution de la force d’étanchéité (fluage), permettant potentiellement à l’humidité, à la poussière ou à d’autres contaminants de s’infiltrer.

Vicone a rencontré ce type de situation dans une application d’éclairage extérieur, où le matériau du joint existant était affecté par une combinaison de variations de température, de lumière solaire, d’ozone et de déformation rémanente après compression. La réévaluation de l’environnement d’utilisation et du matériau a permis d’obtenir une solution offrant une durée de vie nettement supérieure.

Cet exemple illustre bien pourquoi un matériau doit être évalué en fonction de sa performance dans le temps, et non uniquement de son comportement lorsque la pièce est neuve.

4. Les UV, l’ozone et les intempéries comptent à l’extérieur

Les environnements extérieurs ajoutent un autre ensemble de variables.

La lumière solaire, l’ozone, l’humidité et les variations météorologiques peuvent progressivement affecter certains élastomères et entraîner un durcissement, des fissures ou une détérioration.

Des matériaux comme l’EPDM sont souvent considérés pour des applications d’étanchéité extérieure en raison de leur résistance aux intempéries, à l’ozone et aux rayons UV. Même dans ce cas, toutefois, l’application dans son ensemble — notamment la température, la compression, la durée de vie prévue et les autres types d’exposition — doit être prise en considération.

La simple mention « utilisation extérieure » ne fournit donc pas nécessairement assez d’information pour choisir le matériau le mieux adapté.

5. Dans la réalité, les conditions agissent rarement seules

Et surtout, les conditions d’utilisation existent rarement de façon isolée.

Un joint peut être soumis à : chaleur + compression + exposition chimique

Un joint extérieur peut subir : UV + ozone + humidité + cycles de température

Une composante industrielle peut devoir conserver ses propriétés tout en étant exposée à :

fluides + pression + conditions d’utilisation variables

Un matériau peut bien performer face à chacun de ces facteurs pris individuellement, tout en réagissant différemment lorsque plusieurs contraintes sont présentes simultanément.

C’est pourquoi le partage d’un maximum d’information sur l’application réelle peut faire une différence importante lors du développement ou de l’approvisionnement d’une composante en caoutchouc sur mesure.

COMMENT RÉDUIRE LES RIQUES

Avant de finaliser le choix d’un matériau en caoutchouc, il est important de définir l’environnement réel d’utilisation, et non seulement la spécification nominale.

Le caoutchouc se comporte différemment des métaux et de nombreux plastiques rigides. Ses caractéristiques dimensionnelles et de performance peuvent être influencées par la formulation du matériau, les conditions de vulcanisation, la température, l’humidité ainsi que d’autres facteurs liés à la fabrication ou à l’environnement.

Une bonne revue de l’application devrait notamment couvrir :

• Les températures minimales et maximales
• L’exposition aux produits chimiques et aux fluides
• L’exposition aux UV, à l’ozone et aux intempéries
• Les exigences de compression et d’étanchéité
• La durée de vie prévue
• Les dimensions et tolérances critiques
• Les exigences réglementaires applicables
• Les conditions d’utilisation inhabituelles ou intermittentes

Des essais réalisés dans des conditions représentatives de l’application peuvent également être particulièrement importants lorsqu’une défaillance pourrait affecter la performance, la sécurité ou la fiabilité du produit.

REGARDEZ AU-DELÀ DU NOM DU MATÉRIAU

Choisir le « bon caoutchouc » ne consiste pas simplement à spécifier de l’EPDM, du silicone, du nitrile ou une autre famille d’élastomères.

Tout comme demander de « l’acier » ne permet pas de définir une nuance précise, l’EPDM peut désigner de nombreuses formulations différentes, conçues pour des applications et des exigences de performance distinctes. Il en va de même pour les autres élastomères.

Une spécification plus complète du matériau — par exemple une désignation ASTM D2000 appropriée, combinée aux conditions réelles de l’application — peut aider à s’assurer que le composé sélectionné possède les propriétés requises.

La question la plus importante devient alors :

Cette formulation précise continuera-t-elle à offrir la performance requise dans les conditions réelles de l’application?

Pour y répondre, il faut regarder au-delà du nom du matériau et considérer l’ensemble formé par la formulation, les exigences de performance et l’environnement d’utilisation.

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