Chapitre 1 : Qu'est-ce qu'un joint torique ?
Un joint torique est une boucle élastique ronde utilisée comme joint pour les applications statiques et dynamiques. Leur objectif principal est de servir de joint entre des structures telles que des tuyaux, des tubes, des pistons et des cylindres. Les joints toriques sont fabriqués à partir de différents matériaux en fonction de la manière dont ils seront utilisés et sont très flexibles. Placés entre deux surfaces, ils bloquent les fuites de liquides ou de gaz.
Lorsqu'il est utilisé comme joint statique, un joint torique reste stationnaire pour contenir la pression ou sceller le vide. La forme dynamique du joint torique peut être alternative ou rotative. Les joints toriques sont un joint auto-énergisant qui applique une pression à l'intérieur d'un tube ou d'un tuyau pour former un joint.
Chapitre 2 : Comment sont fabriqués les joints toriques
La production et la fabrication de joints toriques impliquent l’utilisation de moulage par extrusion ou injection, compression et transfert. La partie extrusion du processus est utilisée pour façonner les élastomères destinés au processus de moulage.
Sélection du moule
Le moule pour joints toriques comporte deux moitiés. Le matériau est comprimé entre les deux sections. Le choix du moule de joint torique dépend du diamètre souhaité. Étant donné que le matériau se dilate lorsqu'il est comprimé, la largeur de la rainure doit être égale à 1,5 fois son diamètre. Pour les joints toriques personnalisés, les nouveaux outils de moulage sont conçus et produits par ordinateur pour s'adapter à toutes les tailles requises. Les ébauches de joints toriques sont découpées dans l'acier à l'aide d'un tour.
Pour la production immédiate de joints toriques, la production de joints toriques épissés et vulcanisés peut être utilisée et n'implique pas l'utilisation d'une matrice usinée mais est réalisée à partir d'un cordon en élastomère extrudé.
Sélection des matériaux
Il est important de choisir le matériau approprié pour l'application des joints toriques afin de garantir leur bonne performance. La compatibilité chimique, la résistance à la température et divers autres facteurs déterminent le type de matériau à choisir ainsi que son application.
Les joints toriques sont fabriqués à partir de différents types d'élastomères, les plus courants étant le PTFE, le nitrile (Buna), le néoprène, le caoutchouc EPDM, le fluorocarbone (VitonTM) et le silicone, le silicone étant utilisé pour les applications à haute température. Le tableau ci-dessous est une courte liste de quelques matériaux de joints toriques et de leurs propriétés. Les élastomères tirent leurs performances et leurs caractéristiques des matériaux qui y sont mélangés.
| Propriétés du joint torique | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Propriétés du joint torique | Nitriles | Viton | Éthylène Propylène | Fluorosilicone | PTFE |
| Propriété | |||||
| Résistance à la traction | Passable-Bon | Bon-Excellent | Bon-Excellent | Bon-Excellent | Excellente |
| Propriétés électriques | Pauvre | Excellent | Excellent | Bien | Excellente |
| Résistance aux intempéries | Bien | Bien | Excellente | Bien | Excellent |
| Résistance à l'ozone | Équitable | Bien | Excellente | Excellent | Excellent (450 degrés F) |
| Résistance à la chaleur | Bon (225 degrés F) | Excellent (400 degrés F) | Excellent (275 degrés F) | Excellent (400 degrés F) | Excellent (-100 degré F) |
| Résistance au froid | Passable-Bon (-40 degré F) | Passable (-25 degré F) | Bon (-70 degré F) | Passable (-20 degré F) | Excellente |
| Résistance à la vapeur | Bien | Bien | Bien | Bien | Excellente |
| Résistance au déchirement | Bien | Bien | Bien | Équitable | Excellente |
| Résistance à l'abrasion | Bien | Bien | Bien | Bien | Excellente |
| Résistance aux acides | Bien | Bien | Bon-Excellent | Bien | Excellente |
| Pétrole | Excellente | Excellente | Pauvre | Excellente | Excellente |
| Résistance aux flammes | Pauvre | Bien | Pauvre | Bien | Excellente |
| Huile végétale | Bien | Excellente | Bien | Excellente | Excellente |
Extrusion
Pendant le processus d’extrusion, l’élastomère est introduit dans une extrudeuse qui chauffe le matériau et le force à passer à travers une filière. Le processus produit les configurations souhaitées à placer dans le moule en longueurs de cordon. La filière sélectionnée pour le processus d'extrusion est choisie en fonction du diamètre du joint torique fini.
Moulage
Il existe trois procédés de moulage utilisés dans la production de joints toriques : la compression, le transfert et l'injection.
Compression
Le moulage par compression est utilisé lorsqu'il est nécessaire de fabriquer de petits joints toriques non standard à grand volume. Avec le moulage par compression, le matériau extrudé est placé dans la cavité du moule et maintenu à haute température sous pression, ce qui l'oblige à prendre la forme du moule.
Transfert
Le moulage par transfert est un juste milieu entre le moulage par compression et le moulage par injection. Lors du processus de transfert, le matériau est forcé dans le moule, tandis que le moule est fermé, ce qui entraîne des tolérances dimensionnelles plus élevées et un impact moindre sur l'environnement. Une pression uniforme est utilisée pour remplir complètement le moule. Le matériau à mouler peut être solide et être placé dans le pot de transfert d'où il est forcé dans le moule préchauffé.
Injection
Le processus d'injection consiste à préchauffer le matériau, qui est poussé sous pression à travers une buse d'injection. Le matériau pénètre dans le moule fermé par une série de carottes. Le matériau moulé est laissé refroidir et durcir selon la configuration de la cavité du moule.
Durcissement après le moulage
Le durcissement après moulage améliore les propriétés physiques et les performances du joint torique moulé. Le post-durcissement expose le joint torique à des températures élevées et accrues afin d'améliorer ses caractéristiques. Il facilite le processus de réticulation et améliore la résistance à la traction, la flexibilité et la température de déformation thermique au-dessus de ce qui se produirait s'il était durci à température ambiante.
Extrusions épissées et vulcanisées
Un autre procédé utilisé pour la fabrication de cordons extrudés est la vulcanisation épissée qui n'utilise pas de matrice pour créer des joints toriques. Les joints toriques vulcanisés épissés sont fabriqués à partir d'un cordon extrudé coupé et collé. Ils sont utilisés pour les applications d'étanchéité statique, les cycles de production rapides ou lorsque seuls quelques joints toriques sont nécessaires. Ils sont fabriqués à partir d’une grande variété d’élastomères et sont disponibles dans toutes les tailles.
Pour former un joint torique épissé et vulcanisé, le cordon extrudé est coupé à la longueur appropriée, après quoi les extrémités coupées sont jointes à l'aide d'un agent de liaison. Les extrémités collées et jointes sont placées dans un moule à haute température pour former une liaison moléculaire au niveau du joint.
Les joints toriques épissés et vulcanisés sont destinés à un usage statique uniquement et ne doivent pas entrer en contact avec des pièces mobiles. Ils ne sont pas recommandés pour les applications dynamiques. Les joints toriques épissés et vulcanisés sont produits en petites quantités et sont idéaux pour les petites séries de fabrication.
Finition
Une fois les joints toriques moulés, ils auront un excès de matériau sur les côtés où les moules se rejoignent. Ce matériau, appelé bavure, doit être retiré pour que le joint torique ait la forme et la taille appropriées. Le flash peut être retiré selon trois procédés pour donner au joint torique sa forme parfaitement ronde.
Tambour – Les joints toriques sont placés dans un tambour à rotation rapide qui contient des pierres. Au fur et à mesure que le tambour tourne, l'excédent de matière est éliminé par frottement contre les pierres.
Polissage – Pour les joints toriques plus grands qui ne peuvent pas être placés dans un tambour, la bavure est éliminée par l'action abrasive d'un tampon.
Cryogénique – Le déflashage cryogénique est un processus contrôlé par ordinateur qui utilise de l'azote gazeux pour geler les joints toriques, provoquant le gel du flash et son retrait ultérieur avec du sable. Il s'agit d'un processus de nettoyage sûr qui élimine les bavures du diamètre extérieur (OD) et du diamètre intérieur (ID).
Guérison
Une fois les joints toriques déflancés, ils doivent être durcis. La durée de séjour des joints toriques dans le four de polymérisation dépend du type d'élastomère et peut varier de quelques heures à une journée. Le but de cette étape est de stabiliser les joints toriques finis et d'éliminer tous les contaminants du processus de production.