FAQ comportement d'étanchéité des élastomères dans les vannes à membrane

Les vannes à membrane jouent un rôle central dans les applications hygiéniques et industrielles en matière d'étanchéité. Ce rôle repose essentiellement sur les propriétés de l'élastomère utilisé. Cependant, sous l'effet de contraintes thermiques et mécaniques continues, par exemple dues à des cycles SIP répétés, les propriétés typiques de ce matériau se modifient.
Ces modifications liées au temps peuvent entraîner à long terme une perte de la fonction d'étanchéité. Les fuites ne sont donc pas nécessairement dues à un montage incorrect, mais peuvent être le résultat d'effets de vieillissement et de relaxation typiques du matériau.

Si un élastomère est soumis à des contraintes mécaniques pendant une période prolongée, sa déformation ne reste pas constante. Au contraire, elle augmente progressivement. Ce comportement est décrit par les effets de fluage et de relaxation des contraintes. La cause réside dans l'interaction entre les influences physiques et chimiques. Le comportement viscoélastique du matériau et sa structure moléculaire sont déterminants à cet égard. Une autre valeur caractéristique pertinente est ce qu'on appelle la déformation rémanente après compression (compression set), qui indique dans quelle mesure un élastomère reprend sa forme initiale après une déformation permanente.

Les élastomères sont fondamentalement viscoélastiques. Cela signifie qu'en cas de déformation, une partie de l'énergie appliquée est stockée dans le Matériau, tandis qu'une autre partie est dissipée.

Les chaînes polymères d'un élastomère sont réticulées entre elles et partiellement entrelacées. Cette structure permet d'une part un comportement élastique, mais limite en même temps la mobilité des chaînes. La vitesse et le type de réorganisation moléculaire dépendent notamment :

• de la structure chimique de l'élastomère
• de la durée de la contrainte
• de la température
• du taux de déformation

Ces facteurs déterminent l'intensité et la rapidité avec lesquelles les propriétés mécaniques changent au fil du temps.

La relaxation des contraintes décrit la diminution dans le temps des contraintes mécaniques stockées dans l'élastomère. Dans une vanne à membrane, cet effet entraîne une diminution continue de la précontrainte initialement appliquée à la membrane. La force d'étanchéité au contact diminue avec la durée de fonctionnement, ce qui peut réduire l'efficacité de l'étanchéité. Des fuites peuvent donc se produire même si la vanne a été correctement montée et déterminée au départ.

Après le premier cycle thermique, un resserrage du raccord peut compenser en partie la perte d'étanchéité. Cela permet de réduire à court terme le risque de fuite externe. Cependant, cela ne résout pas le problème fondamental. La relaxation des contraintes de l'élastomère se poursuit. Avec l'augmentation de la durée de fonctionnement, des forces de resserrage de plus en plus élevées sont donc nécessaires pour maintenir l'étanchéité.

Des serrages répétés ou trop forts augmentent considérablement la contrainte mécanique exercée sur la membrane. Des tensions locales élevées apparaissent notamment au niveau des transitions structurelles et des zones de serrage. Si la limite de charge de l'élastomère est dépassée, la fatigue du matériau commence. Des microfissures se forment d'abord, puis s'étendent avec le temps. Il en résulte des fissures visibles qui peuvent finalement entraîner la défaillance de la membrane.

La déformation rémanente après compression indique dans quelle mesure un élastomère reprend sa forme initiale après une déformation permanente. Une valeur faible signifie une bonne capacité de reprise élastique. Une déformation rémanente après compression faible s'accompagne souvent d'un degré de réticulation plus élevé du matériau. Cependant, cette structure peut réduire la résistance à la fissuration sous une contrainte mécanique élevée. Le Matériau réagit alors moins par un fléchissement élastique que par la formation de fissures.

Un matériau présentant une très bonne résilience peut être à la fois plus rigide et moins amortissant. Cela réduit sa capacité à absorber les pics de tension locaux. Le resserrage génère justement des tensions locales très élevées. Si un élastomère ne peut pas absorber et répartir suffisamment cette énergie, la contrainte se concentre dans le matériau. Cela peut entraîner la formation de fissures. Un faible indice de compression ne signifie donc pas automatiquement une meilleure résistance à long terme dans toutes les conditions de charge.
 

Une étanchéité durable ne peut être garantie uniquement par un resserrage ou par le choix d'une seule valeur caractéristique du matériau. La détermination du système d'étanchéité dans la vanne à membrane, comme la solution brevetée des vannes à membrane GOETZE, est déterminante. C'est le seul moyen d'éviter durablement les fuites et les dommages prématurés de la membrane.