Caractéristiques mécaniques

Les élastomères que nous utilisons sont en général le résultat d'un compromis de l'ensemble des caractéristiques mécaniques.

 

En effet, certaines caractéristiques pourraient être améliorées mais il faut avoir conscience que ce serait au détriment d'une ou des autres caractéristiques de ce même mélange.

 

La seule façon de savoir si le choix (forme, qualité, matière) proposé ou choisi est le bon est de réaliser un essai sur l'application elle-même.

  • Allongement à la rupture 
  • Densité 
  • DRC ou Compression Set
  • Dureté 
  • Modules 
  • TR10 (Tenue au froid)

Allongement à la rupture

En laboratoire, on étire une éprouvette, en forme d'haltère découpée dans une plaque, jusqu'à obtenir sa rupture.

 

Elle peut être un problème si elle ne permet pas le montage du joint dans son logement.

 

Le résultat s'exprime en %

 

L'allongement dépend principalement : 

- du type de la gomme de base,

- du type de charge,

- de la quantité de charge utile.

 

Les résultats indiqués sur les fiches techniques sont obtenus en laboratoire sur des éprouvettes dans des conditions particulières.

 

Les valeurs peuvent varier sur un même matériau suivant les conditions d'essai.

La densité

La densité est le poids spécifique; pour le cas des mélanges élastomères, elle est dépendante principalement :

- du type de la gomme de base,

- du type de charge,

- de la quantité de charge utile.

 

Les résultats indiqués sur les fiches techniques sont obtenus en laboratoire sur des éprouvettes dans des conditions particuliéres.

 

Les valeurs peuvent varier sur un même matériau suivant les conditions d'essai.

DRC ou Compression Set

La D.R.C.:

Petit rappel en préambule, un élastomère n'est pas "compressible" mais déformable par écrasement.
Par commodité, nous utiliserons malgré tout, le terme de compression dans cet article.
Le "compression set", ou déformation rémanente après compression (DRC), est l'une des caractéristiques permettant d'orienter le concepteur lors du choix d'un matériau élastique adapté à l'étanchéité.

 

Comment mesurer la DRC?
Deux normes équivalentes, ASTM D325 méthode B et ISO 815 méthode A définissent la procédure pour mesurer la DRC.
L'éprouvette normalisée préférée est un disque de Ø 29 et hauteur 12,5 (éprouvette N°1).
Une éprouvette (N°2) plus petite Ø 13, hauteur 6 est également utilisée mais donne des résultats moins précis.
Il est également admis d'utiliser un joint torique Ø 24,99 x 3,53 (OR 214) comme éprouvette, dans ce cas les valeurs de DRC sont sensiblement supérieures à celles obtenues grâce à l'éprouvette N°1.


1 L'éprouvette normalisée de hauteur H est écrasée de 25% (valeur généralement admise) pour obtenir la hauteur H1.


2 Elle est ensuite placée dans une étuve à une température déterminée, pendant un temps donné. Les paramètres température et temps sont précisés par la norme ASTM D1349, les plus courants sont:
Températures: 23, 70, 100,150, 175 (177), 200 (204), 225 (232), 250, 275, 300°C.
Durées: 24 (22), 72 (70), 168, 336 heures.
D'autres valeurs peuvent être utilisées à la demande du client.


3 L'éprouvette est sortie de l'étuve et libérée de sa contrainte.


4 Après 30 minutes à température ambiante (temps généralement admis), la hauteur résiduelle de l'éprouvette est mesurée (H2).

 

                                                                                    H                             H1                              H2

                                                               Section Initiale        Section Comprimée        Section Résultante

 

5 → Le calcul de la DRC est le suivant:                             

 

                                                                                                                  H - H2

                                                                                        DRC en % = -------------- X 100

                                                                                                                  H - H1

 

 

Exemple de test sur O-ring N°214 (24,99 x 3,53) Matière: FKM dureté 70 Shore A.
Température de test: 200°C
Durée d'exposition à la chaleur: 70 heures

H = 3,53 mm, H1 = 2,65 mm (3,53 - 25%), H2 = 3,40 mm (hauteur résiduelle après test) 

 

                   3.53 - 3.4              0.13

DRC % = ----------------   =   -----------  = 0,147 X 100 = 14.7 %

                  3.53 - 2.65            0.88

 

Remarques:
On estime qu'une valeur de DRC inférieure à 25% traduit une bonne capacité du matériau à remplir une fonction d'étanchéité. Cependant quelques remarques s'imposent:
Une DRC nettement supérieure à 25%, voire même proche de 100% n'est pas obligatoirement critique surtout si en utilisation réelle, le joint reste sous pression constante et/ou gonfle légèrement au contact du fluide à étancher.


Pour certains matériaux, la valeur de la DRC sera très dépendante du niveau de température. Pour d'autres, la durée d'exposition sera l'élément principal.
Les tests de DRC sont effectués sous air chaud. Des tests réalisés en conditions réelles d'utilisation et au contact de fluides plus ou moins agressifs donneraient des résultats très différents.

 

Conclusions:
La DRC n'est pas un critère suffisant pour motiver le choix d'un matériau destiné à l'étanchéité.
Les tests de laboratoire servent uniquement d'aide aux choix du matériau mais ne doivent pas être considérés comme une spécification technique. Des essais en conditions réelles d'utilisation restent indispensables. 

La dureté

La dureté, s'exprime en règle générale, en SHORE souvent sur l'échelle A ou IRHD pour les élastomères ou D pour les plastiques.

 

Le principe de contrôle est d'enfoncer avec une certaine force, pendant un certain temps, un pénétrateur d'une certaine taille et d'une certaine forme et ce, à une température donnée.

 

Plus le pénétrateur s'enfonce, plus la dureté est faible.

 

La dureté dépend principalement : 

 

- du type de la gomme de base,

- du type de charge,

- de la quantité de charge utile.

 

Les résultats indiqués sur les fiches techniques sont obtenus en laboratoire sur des éprouvettes dans des conditions particuliéres.

 

Les valeurs peuvent varier sur un même matériau suivant les conditions d'essai.

Modules

En laboratoire, on étire une éprouvette en forme d'altère découpée dans une plaque de 50, 100, 200 ou 300% afin de mesurer la force nécessaire pour obtenir cet allongement.

 

Le résultat est souvent exprimé en Mpa.

 

C'est peut-être l'une des caractéristiques mécaniques des élastomères les plus importantes.

 

Les résultats indiqués sur les fiches techniques sont obtenus en laboratoire sur des éprouvettes dans des conditions particulières.

 

Les valeurs peuvent varier sur un même matériau suivant les conditions d'essai.

 

TR10 (Tenue au froid)

Ce procédé de retractation à la température est actuellement le test le plus fiable pour les performances d'étanchéité à basse température. Un joint d'étanchéité en caoutchouc est étiré de 50%, en position serrée, et congelé. Les pinces sont ensuite relâchées et on laisse la température augmenter lentement. La température à laquelle le matériau retrouve assez de résilience quand il récupére 10% de l'étirement initial est le TR-10. Ce test évalue directement quand un matériau cesse d'être élastique et commence à se comporter plus comme un plastique. En conséquence, il prédit avec précision le comportement à basse température.

En général, les matériaux d'étanchéité en élastomère fonctionnent de manière fiable jusqu'à leur TR-10 points dans les applications dynamiques. Dans les applications statiques, les matériaux en caoutchouc maintiennent généralement un joint d'étanchéité 15 ° C en dessous de leur température TR-10.

 

→ Les tests de laboratoire servent uniquement d'aide aux choix du matériau mais ne doivent pas être considérés comme une spécification technique. Des essais en conditions réelles d'utilisation restent indispensables.


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