Science des joints : Optimiser la performance par la compatibilité lubrifiant

Un joint fonctionne comme une barrière critique entre des compartiments contenant différents matériaux ou opérant sous pressions variables. L'objectif principal est de prévenir la perte de matériau — comme les lubrifiants — et de bloquer l'entrée de contaminants comme la poussière.

Au-delà de ces fonctions de base, les joints doivent opérer de manière fiable sur une durée de vie spécifiée. Cela peut être difficile car les joints sont exposés à l'usure par le mouvement, aux fluctuations de température et à l'attaque chimique. Un faible frottement — et donc une faible consommation d'énergie — est essentiel, et la conception doit permettre un retrait facile lors de la maintenance.

Les préoccupations clés liées aux lubrifiants incluent le gonflement, le rétrécissement et l'impact de différents types d'huiles — minérale, PAO et silicone — sur les matériaux de joint.

Gonflement et rétrécissement

Le gonflement se produit quand le lubrifiant diffuse dans le matériau du joint jusqu'à saturation. L'ampleur du gonflement dépend de la structure chimique de l'huile et du polymère, ainsi que du degré de réticulation dans le polymère. Le rétrécissement résulte généralement de la perte de plastifiant dans le matériau de joint polymérique.

Huiles minérales

Les lubrifiants basés sur huiles minérales, surtout ceux à forte teneur aromatique, présentent généralement une compatibilité plus faible avec les joints élastomères comparés aux huiles hautement raffinées. Les huiles d'ester tendent aussi à montrer une compatibilité relativement faible. Pour des huiles de structure chimique similaire, la propension au gonflement diminue quand la viscosité augmente.

Polyalphaoléfines (PAO)

Les huiles PAO sont des hydrocarbures synthétiques composés de molécules identiques, contrairement aux mélanges diversifiés des huiles minérales. Leur interaction avec les élastomères miroir celle des huiles minérales, offrant des caractéristiques de compatibilité similaires.

Huiles silicone

Les huiles silicone possèdent une structure chimique différant nettement de la plupart des élastomères, ce qui résulte souvent en une excellente compatibilité avec les matériaux de joint.

Joints élastomères et lubrification

Les joints élastomères sont intrinsèquement souples et élastiques, leur permettant de se conformer aux surfaces d'accouplement. Cette conformité peut causer l'adhérence du joint et de son homologue, rendant un lubrifiant essentiel comme milieu séparateur. Le gonflement ou rétrécissement alterne le module d'élasticité, la résistance à la traction et la dureté des élastomères, compromettant potentiellement la performance mécanique. Par conséquent, il est conseillé de réaliser des tests de compatibilité entre le lubrifiant choisi et le matériau du joint, car les élastomères d'une même classe peuvent présenter des comportements de gonflement variables dus aux différences de plastifiants, teneur en plastifiant ou degré de polymérisation.