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Oringi do niskich temperatur w zastosowaniach kriogenicznych

Joints toriques pour basses températures dans les applications cryogéniques

Les joints toriques sont utilisés dans diverses industries. Certaines industries exigent que les joints fonctionnent bien dans des environnements difficiles à basse température. Les applications cryogéniques concernent le plus souvent des environnements d’exploitation où la température descend en dessous de -150°C. Les joints cryogéniques doivent assurer un fonctionnement sûr et fiable sans risque de fuite. Les joints toriques conçus pour les basses températures sont d’une grande importance dans les applications dans les industries pharmaceutique, aérospatiale, médicale, alimentaire (y compris les produits laitiers), pétrolière et gazière, pétrochimique.

 

Cryogénie – Qu’est-ce que c’est?

La cryogénie est l’étude du comportement des matériaux à des températures extrêmement basses qui modifient leurs propriétés chimiques. Les liquides cryogéniques, qui comprennent, entre autres l’oxygène, l’azote, l’hélium, le méthane et l’argon peuvent être très dangereux. Le contact avec le fluide cryogénique est potentiellement mortel, il peut être toxique ou suffocant. Les liquides sont inflammables et peuvent exploser en cas de fuite rapide en raison de l’expansion. Les joints toriques dans les applications cryogéniques devraient répondre à ces préoccupations critiques. La tolérance à basse température des joints utilisés dans les applications cryogéniques doit être nettement inférieure à celle des joints toriques standard. L’utilisation de l’azote liquide est utilisée en médecine (cryochirurgie, cryothérapie), la transformation des métaux, la congélation des aliments et l’oxygène liquide dans l’industrie pétrochimique. Parmi les fluides cryogéniques, l’hélium liquide (tomographes RMN) ou le méthane liquide (carburant de propulsion pour véhicules automobiles) sont également utilisés. A noter que l’utilisation d’azote liquide et d’hélium liquide est destinée à une ébullition à très basse température (inférieure à -153°C). Les applications cryogéniques incluent les applications où la température descend en dessous de -150 °C à -460 °C (zéro absolu). Pour le stockage des gaz liquéfiés (y compris l’azote et l’hélium), des récipients spéciaux sont nécessaires qui offrent une excellente isolation thermique. Toutes les informations et recommandations concernant le stockage des liquides cryogéniques doivent être strictement respectées.

 

Influence de la basse température sur les joints toriques

Les joints toriques utilisés dans les applications à basse température peuvent se dégrader. Une température basse peut réduire les performances d’étanchéité. Les produits élastomères en contact avec de basses températures peuvent rétrécir, ce qui réduit à son tour leur capacité de compression et peut entraîner des fuites. Dès que la limite de basse température est dépassée, les produits en caoutchouc durcissent, deviennent moins flexibles et plus cassants. Cela perturbera les performances des joints toriques et provoquera des fuites. Pour éviter les pannes résultant du travail dans un environnement à basse température, divers tests sont effectués pour vérifier le comportement de mélanges de caoutchouc spécifiques à basse température. La compatibilité chimique combinée aux propriétés physiques appropriées et à la résistance des matériaux à des températures extrêmement basses est la clé de la production de joints toriques haute performance.

 

Test de performance d’étanchéité

Le fonctionnement à basse température est le facteur qui a le plus d’influence sur la flexibilité des produits élastomères. Au fur et à mesure que la température baisse, l’élasticité du caoutchouc (selon le mélange) diminue progressivement jusqu’à ce qu’il perde complètement cette propriété. Des joints toriques flexibles à basse température assurent une bonne étanchéité. Les performances des joints toriques conçus pour les applications à basse température sont mesurées à l’aide de tests standard pour mesurer les propriétés physiques et les performances du matériau. Les tests suivants sont effectués: fragilité (ASTM D2137), retrait en température (ASTM D1329), déformation en compression (ASTM D395). Des tests de performance sont effectués pour garantir la performance des joints toriques lorsqu’ils fonctionnent dans un environnement à basse température.

Fragilité

En raison du travail à basse température, la fragilité des produits en caoutchouc augmente. L’augmentation de la fragilité peut entraîner la fissuration, la déchirure ou l’endommagement du joint torique. À cette fin, un test de fragilité (ASTM D2137) est effectué, qui mesure la résistance à la rupture des joints toriques, qui, après pliage, sont soumis à une température spécifiée pendant une durée spécifiée. Grâce à cette méthode, la température la plus basse est déterminée à laquelle les produits en caoutchouc ne sont pas dégradés en raison de la fissuration.

Température de retrait

Le test ASTM D1329, également appelé test TR, est réalisé pour mesurer la température à laquelle les articles élastomères congelés et vulcanisés retrouvent leur état élastique. La méthode utilisée consiste à évaluer les effets de la cristallisation et à comparer les propriétés des produits en caoutchouc pendant le processus d’inversion de température.

Kit de compression

Les performances des bagues d’étanchéité peuvent être vérifiées lorsqu’elles sont exposées à des températures froides et ce qui leur arrive lorsque la température est augmentée. Le test ASTM D395 vérifie le comportement du matériau lorsqu’il est soumis à une compression prolongée et sa capacité à récupérer son épaisseur de section d’origine. Le faible ensemble de compression du matériau indique qu’il retrouve son épaisseur de section d’origine après une compression prolongée, et montre ainsi une meilleure capacité d’étanchéité. Lors d’une compression prolongée, les élastomères ne retrouvent pas complètement leur épaisseur d’origine.

 

Joints toriques pour applications cryogéniques

Un élément extrêmement important est la compatibilité chimique des matériaux qui entrent en contact avec des liquides cryogéniques. Afin d’assurer une étanchéité efficace, nous avons besoin de matériaux capables de résister à un contact prolongé avec des températures extrêmement basses. En raison des progrès constants de l’ingénierie des polymères, de nombreux matériaux ont élargi leur plage de températures de fonctionnement et ne rétrécissent pas dans les applications à basse température. Le choix correct du matériau du joint est essentiel dans les applications cryogéniques. Une étanchéité efficace au contact des basses températures doit également répondre à un certain nombre d’autres propriétés importantes (résistance chimique, propriétés mécaniques, résistance aux pics de pression). Les joints toriques pour les applications cryogéniques doivent être conçus de manière à empêcher les fuites de liquides.

joints toriques PTFE

Les joints toriques standard sont en polytétrapolifluoroéthylène (PTFE) rempli de divers polymères. Ces polymères sont des polyimides et des matériaux en polyéthylène à poids moléculaire ultra élevé (UHMWPE). Les matériaux en polyéthylène sont inodores et non toxiques. Compatibilité chimique, faible frottement, résistance à l’extrusion et à l’usure excessive sont les avantages qui caractérisent ces matériaux. La combinaison de PTFE avec divers polymères assure une efficacité d’étanchéité dans une large plage de températures. Le PTFE est un polymère fluoré qui, grâce à ses propriétés (compatibilité chimique, résistance aux basses températures, faible coefficient de frottement), est utilisé dans l’industrie aérospatiale et dans des situations de laboratoire.

Les joints toriques en PTFE, malgré une mauvaise compression, offrent une résistance exceptionnelle à des températures extrêmement basses jusqu’à -200 ° C. Le matériau offre également une résistance de haute qualité à presque tous les produits chimiques industriels (compatibilité chimique). Les joints toriques en PTFE sont compatibles avec les acides, les bases et les solvants. De plus, le PTFE a un faible coefficient de frottement et ne nécessite donc aucune lubrification lors de l’installation. Aux températures cryogéniques, le PTFE conserve ses propriétés de flexion, ne s’effrite pas et offre également une durabilité au contact des rayons UV et ne gonfle pas en raison de l’absorption d’humidité.

Joints toriques dans le couvercle de FEP / PFA

Les joints dans une gaine FEP / PFA sans soudure présentent une résistance chimique de haute qualité, garantissant une étanchéité fiable et à long terme des liquides. Les joints toriques dans le calorifugeage peuvent avoir deux types de noyau en élastomère : plein et creux. L’âme en élastomère solide peut être en FKM (Viton®) ou en silicone (VMQ). L’âme en élastomère FKM offre une excellente flexibilité ainsi qu’une bonne tenue en compression. Les joints toriques en revêtement silicone, en outre (en dehors des propriétés mentionnées ci-dessus), sont plus souples et présentent une plus grande résistance à la chaleur. L’âme en silicone reste souple au contact des très basses températures. L’âme creuse en élastomère est principalement destinée aux applications où une extrême flexibilité est requise. Le noyau en élastomère fermé peut être fabriqué dans un plastique approuvé par la FDA, il peut donc être utilisé dans les industries alimentaires et pharmaceutiques ainsi que dans d’autres applications nécessitant une hygiène.

Le revêtement extérieur PFA est chimiquement résistant à diverses substances corrosives (y compris l’alcool, l’acide, le pétrole et les solvants aromatiques). Il se caractérise par une faible compression et une plage de températures de fonctionnement allant de -60°C à +260°C.

Le revêtement extérieur en FEP a des propriétés similaires à celles du PFA, cependant, il a une résistance mécanique et une résistance aux contraintes et aux fissures plus élevées. Ce type de matériau a des propriétés mécaniques plus faibles et une durée de vie plus courte que le PFA. La température de fonctionnement est comprise entre -60 °C et + 205 °C.

Les joints toriques revêtus de FEP / PFA sont sujets aux rayures et doivent donc être évités dans les applications qui entrent en contact avec des substances abrasives. Cependant, ils fonctionnent bien dans les applications statiques. Des joints à ressort sont également disponibles pour les applications cryogéniques pouvant résister à des températures extrêmement basses jusqu’à -250°C.

 

Joints toriques cryogéniques – Application

L’utilisation d’azote liquide dans les joints cryogéniques est conçue pour fonctionner à des températures allant de -196 ° C et dans les applications d’hydrogène liquide jusqu’à -254 ° C. Les fluides cryogéniques comprennent également le gaz naturel liquide, l’oxygène liquide et l’hélium. Les joints toriques cryogéniques sont le plus souvent utilisés dans les industries aérospatiale et pétrolière et gazière. Dans l’industrie aéronautique, les scellés sont utilisés, entre autres dans les réservoirs et les valves de fusée. Ils protègent le mélange gazeux contre les fuites, responsable de la propulsion de la fusée. Dans l’industrie pétrolière et gazière, l’utilisation de joints correspond, entre autres, à pour le transfert de gaz naturel liquéfié (GNL) et de gaz de pétrole liquéfié (GPL). Ce qui suit est des informations pour d’autres applications, les voici:

  • recherche pharmaceutique
  • imagerie par résonance magnétique
  • télescopes infrarouges
  • pompes cryogéniques
  • production de gaz spécial
  • Systèmes de carburant GNL et compresseurs
  • radioastronomie
  • production de gaz spéciaux
  • avion
  • joints de tige de soupape cryogéniques
  • télescopes infrarouges
  • instrumentation scientifique

Icijoints techniques joints toriques

Vous pouvez en savoir plus sur les applications techniques des joints toriques ici

Que considérer lors de la sélection des joints cryogéniques?

Lors de l’achat dejoints toriques pour des applications cryogéniques, il convient de prêter attention à plusieurs indicateurs de qualité, notamment taux de fuite (le taux doit être maintenu dans la plage micro), emballage adéquat, facilité d’installation. Des joints correctement emballés empêchent la pénétration de divers types de saleté (par exemple de la poussière) qui, lors de l’installation, peuvent nuire à la connexion étanche entre le joint torique et la surface. Un assemblage facile signifie moins de force nécessaire pour l’insérer entre deux surfaces. Dans ce cas, les joints polymères ont l’avantage sur les joints métalliques.

Profitez de nos connaissances et sélectionnez des joints adaptés aux applications cryogéniques. S’il vous plaît n’hésitez pas à nous contacter.

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