Guide de sélection des matériaux de garniture mécanique

Choisir les bons matériaux pour les joints mécaniques peut être une tâche ardue. Avec autant d'options disponibles et de facteurs critiques à prendre en compte, faire le mauvais choix peut entraîner une défaillance prématurée des joints, des temps d'arrêt coûteux et des risques pour la sécurité.

Dans cet article de blog, nous allons démystifier le processus de choix des meilleurs matériaux pour vos joints mécaniques. Nous aborderons les matériaux de joints frontaux et secondaires couramment utilisés et discuterons des facteurs clés à évaluer, notamment la compatibilité des fluides, les valeurs nominales de température et de pression, les propriétés mécaniques, etc.

Matériaux couramment utilisés pour les joints mécaniques

Matériaux de face de joint

Les surfaces d'étanchéité constituent le cœur d'une garniture mécanique. Elles sont responsables du maintien d'une interface d'étanchéité étanche malgré des conditions de fonctionnement difficiles. Les matériaux suivants sont fréquemment utilisés pour les surfaces d'étanchéité en raison de leurs propriétés uniques :

1. Carbone:Le carbone-graphite est un choix populaire pour les faces d'étanchéité en raison de ses propriétés autolubrifiantes, de son excellente conductivité thermique et de sa capacité à s'adapter aux imperfections mineures de la face d'accouplement. Il est couramment utilisé dans les applications à eau et à basse pression, mais peut s'oxyder à des températures élevées ou dans des environnements hautement oxydants.
2. Carbure de silicium:Le carbure de silicium est un matériau céramique extrêmement dur et résistant à l'usure qui offre une excellente résistance chimique et une stabilité dimensionnelle. Il est souvent utilisé dans des applications exigeantes impliquant des températures élevées, des pressions et des milieux agressifs. Le carbure de silicium peut être fritté ou lié par réaction, ce dernier offrant une meilleure résistance aux chocs thermiques.
3. Le carbure de tungstène:Le carbure de tungstène est un matériau dense, résistant à l'usure et doté d'une conductivité thermique élevée. Il est fréquemment utilisé dans les applications à haute pression et à haute température et peut résister aux milieux abrasifs. Cependant, le carbure de tungstène peut être sujet à des fissures thermiques en cas de changements rapides de température.
4. Céramique:Les céramiques avancées, telles que l'alumine et la zircone, offrent une excellente résistance à l'usure, une inertie chimique et une stabilité à haute température. Elles sont de plus en plus utilisées dans des conditions de service difficiles, telles que les pompes et compresseurs haute pression manipulant des fluides agressifs. Cependant, les céramiques peuvent être cassantes et sensibles aux chocs thermiques.
5. PTFE chargé de verre:Le PTFE (polytétrafluoroéthylène) chargé de verre est un matériau composite qui combine la faible friction et la résistance chimique du PTFE avec la résistance à l'usure et la stabilité dimensionnelle améliorées fournies par les fibres de verre. Il est couramment utilisé dans les environnements à basse pression et chimiquement agressifs où une faible friction est essentielle.

Matériaux d'étanchéité secondaires (élastomères)

Les joints secondaires, généralement des joints toriques ou des joints d'étanchéité, sont responsables de l'étanchéité statique entre les faces du joint et le boîtier. éviter les fuites et maintenir l'intégrité du système d'étanchéité. Les matériaux élastomères couramment utilisés pour les joints secondaires comprennent :

1. Buna (Nitrile):Le caoutchouc nitrile ou buna est un élastomère à usage général offrant une bonne résistance aux huiles, aux carburants et aux fluides hydrauliques. Il offre une large plage de températures de fonctionnement et une excellente résistance à l'abrasion. Cependant, il n'est pas recommandé de l'utiliser avec des solvants polaires, des cétones ou des hydrocarbures aromatiques.
2. EPDM:L'EPDM (éthylène propylène diène monomère) est un élastomère polyvalent et économique doté d'une excellente résistance à la chaleur, à l'ozone et aux intempéries. Il est fréquemment utilisé dans les applications impliquant de l'eau, de la vapeur et des produits chimiques doux. Cependant, l'EPDM n'est pas compatible avec les huiles et les fluides à base de pétrole.
3. Viton:Le Viton, ou fluoroélastomère, est un caoutchouc synthétique hautes performances doté d'une résistance chimique exceptionnelle et d'une stabilité à haute température. Il est couramment utilisé dans les environnements chimiques agressifs et peut résister à des températures allant jusqu'à 200 °C (400 °F). Cependant, le Viton est relativement cher et peut ne pas convenir aux applications dynamiques à frottement élevé.

Propriétés des différents matériaux utilisés pour les joints mécaniques

Facteurs à prendre en compte lors de la sélection des matériaux pour les joints mécaniques

Compatibilité des fluides

La composition chimique, le pH et les contaminants potentiels du fluide peuvent avoir un impact significatif sur la durabilité et la fonctionnalité des matériaux d'étanchéité. Par exemple, un matériau d'étanchéité qui fonctionne bien avec l'eau peut se dégrader rapidement lorsqu'il est exposé à un fluide à base d'hydrocarbures. Il est donc essentiel de sélectionner des matériaux capables de résister aux propriétés chimiques spécifiques du fluide sans subir de corrosion, de gonflement ou de détérioration excessifs.

Écart de température

Les différents matériaux ont des tolérances de température variables, et il est essentiel de choisir des matériaux capables de conserver leurs propriétés et leurs performances sur toute la plage de températures attendue. Pour les applications à haute température, des matériaux tels que le carbure de tungstène, le carbure de silicium et certaines céramiques techniques sont souvent préférés en raison de leur excellente résistance à la chaleur et de leur stabilité thermique. À l'inverse, dans les environnements à basse température, des matériaux comme le carbone et certains élastomères peuvent être plus adaptés.

Conditions de pression

Les environnements à haute pression nécessitent des matériaux dotés d'une résistance mécanique et d'une stabilité dimensionnelle supérieures pour résister aux forces accrues agissant sur les faces d'étanchéité. Dans ces cas, des matériaux plus durs et plus résilients comme le carbure de silicium, le carbure de tungstène ou la céramique sont souvent sélectionnés pour leur capacité à maintenir une interface d'étanchéité stable et résistante à l'usure dans des conditions de pression exigeantes.

Force mécanique

La résistance mécanique des matériaux des joints est un élément clé, notamment dans les applications impliquant des vitesses de rotation élevées, des cycles de démarrage et d'arrêt fréquents ou une exposition aux vibrations et aux chocs. Les matériaux présentant une dureté, une ténacité à la rupture et une résistance à la flexion élevées sont mieux équipés pour gérer ces contraintes mécaniques sans se fissurer, s'écailler ou subir une usure prématurée. Les faces des joints, en particulier, doivent posséder une résistance mécanique suffisante pour maintenir une interface d'étanchéité stable et précise tout au long de la durée de vie opérationnelle du joint.

Résistance à l'abrasion

Dans les applications impliquant des particules abrasives ou des contaminants dans le fluide, la résistance à l'abrasion des matériaux d'étanchéité est de la plus haute importance. L'usure abrasive peut rapidement éroder les faces d'étanchéité, ce qui entraîne une augmentation des fuites et une réduction de la durée de vie des joints. Les matériaux à dureté et résistance à l'usure élevées, tels que le carbure de tungstène, le carbure de silicium et certaines céramiques, sont préférés pour leur capacité à résister à l'action de raclage des particules abrasives. L'utilisation de matériaux à face dure en combinaison avec des joints secondaires plus souples et plus résilients peut aider à minimiser l'impact de l'abrasion sur les performances globales du joint.

Vitesse de fonctionnement

La vitesse de rotation de l'équipement influence également le choix du matériau, car un fonctionnement à grande vitesse peut générer une chaleur importante et exercer une contrainte accrue sur l'équipement. composants d'étanchéitéLes matériaux ayant de bonnes propriétés de dissipation thermique et une bonne résistance à la déformation thermique, tels que le carbure de silicium et le carbure de tungstène, sont souvent choisis pour les applications à grande vitesse. De plus, l'utilisation de caractéristiques hydrodynamiques sur les faces du joint, telles que des rainures ou des ailettes, peut aider à générer un film fluide mince entre les faces, réduisant ainsi le frottement et la génération de chaleur à grande vitesse.

Réglementations environementales

Certains matériaux, comme l'amiante et le plomb, sont désormais limités ou interdits dans de nombreuses applications en raison de leurs risques potentiels pour la santé et l'environnement. Les matériaux d'étanchéité doivent être conformes aux réglementations en vigueur, telles que REACH, RoHS et BSEA, pour garantir leur adéquation à une utilisation dans des secteurs et des régions spécifiques.

Taille de l'arbre

Les arbres de plus grande taille peuvent nécessiter des matériaux d'étanchéité plus robustes pour gérer la surface accrue et le risque de désalignement ou de déflexion. De plus, la finition de surface et l'état de l'arbre peuvent influencer le choix des matériaux d'étanchéité compatibles. Les surfaces d'arbre rugueuses ou endommagées peuvent nécessiter l'utilisation de matériaux de surface plus durs et plus résistants à l'usure pour compenser l'abrasion accrue et maintenir une étanchéité efficace.

Type d'équipement

Différents types d'équipements, tels que les pompes, les mélangeurs ou les compresseurs, peuvent avoir des exigences spécifiques en matière de matériaux d'étanchéité en fonction de leurs conditions de fonctionnement, de leurs caractéristiques de conception et des normes industrielles. Par exemple, les joints utilisés dans les équipements de transformation des aliments doivent être conformes aux réglementations de la FDA et être adaptés au contact avec les produits alimentaires, tandis que les joints des usines de transformation chimique peuvent devoir résister à des milieux hautement corrosifs ou agressifs.

Coût total de possession

Bien que certains matériaux puissent avoir un coût initial plus élevé, ils peuvent offrir des économies à long terme importantes grâce à une durée de vie accrue des joints, des besoins de maintenance réduits et des temps d'arrêt minimisés. Les coûts associés aux défaillances des joints, tels que la perte de production, le nettoyage de l'environnement et l'atteinte à la réputation, peuvent largement dépasser les coûts initiaux des matériaux. Il est donc essentiel d'évaluer les coûts et les avantages du cycle de vie complet des différentes options de matériaux.