Brevet FR2007155A1 — publié le 19700102

La présente invention concerne un dispositif d'étanchéité plus particulièrement du type utilisant une bague de joint de caoutchouc synthétique tel que du Buna-N-carboxylé, défor~ mable de manière élastique D munie d une gorge dans laquelle se pla ce une bague de non extrusion en polyamide ou matériau équivalent. Ls dispositifs d1étanchéité de techniques antérieures ont généralement utilisé des bagues de joint en polyuréthane. Cependant le polyuréthane ne possède pas une large marge de températures de travail et ne résiste pas à certains fluides. En effet, utilisé dans un environnement à haute température, le polyuréthane se déforme rapidement de façon permanente D'autre par le polyéréthane résiste relativement mai à la chaleur. On a constaté dans beaucoup de cas que le "talon" ou la partie d'un joint annulaire, de caoutchouc traditionnel (ayant une résistance à la traction de 105 à 140 kg/cm2 en. contact avec la pièce-mobile du cbté opposé à la direction dans laquelle celle-ci subit la pression, sera grignotée. Lorsqu'une partie suffisante du joint annulaire aura été grignotée il en résul- tera un espace entre ce Joint et la pièce mobile et une fuite inopportune se déclarera. Dès l'apparition de cet espace, le joint annulaire se détériore rapidement et le dispositif d'étanchéité s'écarte de la pièce mobile créant aussi un sérieux. problème de fuite. On a proposé d'utiliser une bague de non extrusion combinée à un joint annulaire. Bien que les Joints annulaires incluant une bague de non extrusion aient généralement per- fectionné le comportement du dispositif d'étanchéité, il se produit toujours, au bout d'un temps relativement court, une déraillance de celui-ci. La présentè invention a pour but de réaliser un dispositif- d'étanchéité uqi surmonte les déficiences des dispositifs d'étanchéités suivant les anciennes techniques connues. Plus particulièrement, la présente invention a pour but de réaliser un dispositif d'étanchéité comportant un joint annulaire en caoutchouc synthétique de type Buna-N-carboxylé et coopérant avec une bague de non extrusion en polyamide ou matériau équivalent qui donne toute sécurité à l'égard des fuites. L'invention a pour objet un dispositif d'étanchéité pour haute pression et haute température, entre deux pièces mobiles relativement à surfaces Juxtaposées du type compre- nant une ,bague de joint annulaire possèdant une,-rainure sur l'une des - faces externes coaxiale à son diamètre intérieur, une bague de soutien logée dans la dite rainure la première bague ayant une paire de pattes à son autre extrémité, joint caractérisé parce qu'il se compose d'une bague faite en un copolymère de buto diène carboxyle et d'acétonitrile, et d'une bague de soutien cons tituée en un matériau polymérisé ayant une résistance à la trac tion de au moins 560 kg/cm2 à température ambiante, une dureté duromètre de 75-90, et un module d'élastieité à la traction com pris entre 21000 et 42000, joint à comportement optimal de longue durée. Le joint d'étanchéité de l'invention fonc tionnera plus longtemps et dans une zone de température élevée, avant qu'.apparaisse une déformation permanente.. La description ci-après se rapporte à des exemples de réalisation représentés aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue éclatée du disposi tif d'étanchéité de la présente invention, - la figure 2 est une vue en coupe du dispo sitif d'étanchéité installé entre deux surfaces, n,e,-po,sition cor respondant à l'absence de pression, -- - la figure 3 est une vue semblable à la figure 2 mais montrant le dispositif d'étanchéité en position d@application de pression. La figure 1 montre un dispositif d'étanchéité10 du type de la présente invention . Le dispositif 10 comprend un joint annulaire 12 et une bague de soutien 14 pouvant être reçue d,yns la rainure 16 prévue sur l'une des faces d'extrémité. L'autre face d'extrémité de la bague de joint 12 est fendue par la rainure 17 de manière à former une patte intérieure 18 plus courte et plus épaisse que la patte extérieure 20. La patte 18 comporte deux faces externes convergentes 22 et 24, la seconde étant plus longue que la première. La patte 20 comporte un biseau 26, à l'intersection de son pourtour extérieur et de la face d'extrémité 28. Au repos la rainure du dispositif 10 est en forme de V, l'angle inclus étant de l'ordre de 28 . Lorsque le dispositif 10 est écrasé et instalCO lé dans une rainure 28 dans le carter 30 juxtaposé à la tige 32, il prend la forme montrée figure 2. Lorsqu'il est soumis à une pression venant de la droite, le dispositif 10 prend la position montrée dans la figure 3 et assure une étanchéité supérieure entre la tige 32 et le carter 30. Le dispositif 10 fournit, à haute température, une étanchéité à haute pression entre deux organes relativement mobiles, ayant des surfaces de travail cylindriques et com plémentaires, ajustéesentre elles de manière à pouvoir coulisser et comportant entre elles une latitude de jeu, par exemple le carter 30 et la tige 32. La bague d'étanchéité 12 est faite de Buna-N carboxylé. Le Buna-N-carboxylé est un copolymère carboxylé d'acry- lonitrile-butadiène. la bague de soutien 14 est en polyamide qui est un polyhexaméthylène adipamide, ayant une teneur en poids de 0,5 à 6,5 % de bisulfure de molybdène. Un type de Buna N carboxylé utilisable pour le Joint 12 est vendu commercialement et possède les propriétés suivantes lorsqu'il est convenablement composé. A Propriétés originales Résultats tunes 1 Dureté, Duro "A" 90 2 Résistance à la traction 260 kg/cm2 3 Allongement % 200 4 Module d'extension CO 100 %, psi 190 kg/cm2 5 Résistance au déchirement (filière C) 260- kg/cm 6 Fragilité à basse température néant 7 Déformation à la compression (Méthode B) 70 heures 121 C - disques plaques 34,7 B-Traitement au four à air - 70 heures à 12000 Résultats types 1 Variation de dureté O 2 Variation de résistance à la traction % + 6p7 3 Variation d'allongement % - 35,9 4 Variation de surface Pas de craquelures C-Immers@ion dans l'huile 70 heures à 120 C t Variation de dureté + 3 2 Variation de traction S'o 7,7 3 Variation de l'allongement % - 25,6 4 Variation de volume - 0,81 Non résistant à s Phénol, acide formique, acides minéraux concentrés. Absorption d'eau en immersion (24 h) 0,5-1,4 Saturation (dans l'eau bouillante (Jusqu'N poids constant) @ 6-8 Equilibre 50 % RH 22 C % 2,5 Densité 1,14-1,15 On neexplique pas complètement pourquoi le dispositif d'étanchéité 10 construit en Buna N carboxylé et en polyamide se comporte aussi bien. On suppose que le module et la résistance à la traction du Buna N carboxylé sont des facteurs importants. Il est évident que lorsqu'il y a Jeu entre les deux sparties-rendues étanches, une extrusion n:apparait pas au point défaillant si la résistance à la traction du joint d'étanchéité 12 excède la pression du fluide et s'il n'y a pas de mouvement relatif.Lorsqu'il y a mouvement, la résistance à la traction du joint d'étanchéité doit entre beaucoup plus élevée que la pression du fluide (approximativement le double) afin de supporter la trac tison due au mouvement. Ceci jusqu'au moment où on utilise,confor mément à l'invention,la bague de soutien 14 qui compense évidem ment l'effet de la traction. La bague de.soutien en polyamide n'em- pas pas complètement l'extrusion. lorsqu'elle est utilisée avec un Joint annulaire de résistance à la traction inférieure à la pres sion du fluide. Il est a supposer qu'il en est ainsi parce que la bague en polyamide n'élimine pas le jeu entre les pièces rendues étanches.Afin d'éliminer-un--tel jeu, la bague de polyamide doit travailler à sa limite de résistance, ou on doit alors employer un matériau à limite de résistance plus faible. On a fait une expérience en utilisant des joints annulaires 12 en Buna N carboxylé, d'une part sans bague de non extrusion 14 et d autre part avec bague de non extrusion 14, le Joint annulaire sans bague de soutien de non extrusion commença à fuir à environ 5000 cycles dans une expérience effectuée de O à 210 kg/cm2 à 88OC. La fuite augmenta rapidement et l'intensité de la fuite constituant un défaut fut atteinte pour 20000 cycles.Dans l'expérience suivante, la fuite commença à nouveau vers 5000 cycles et l'intensité de la fuite constituant un défaut a été atteinte à D-Immersion dans l'huile 70 heures à 120 C 1 Variation de dureté - 4 2 Variation de traction % - 14p6 3 Variation d'allongement % - - 1,8 4 Variation de volume % + 14,3 E-Résistance à l'usure Excellente La bague de polyamide se trouve dans le commerce et a les propriétés suivantes : Propriété Unités Polyamide Résistance à la trac- tion à 1000 kg/cm2 700 à 980 Allongement 10 C % 5 - 150 Module d'élasticité kg/cm2 31500 à 42000 Résistance à la flexion kg/cm2 1120 à 1330 Dureté :Rockwell R.110 - 125 Duromètre D. 80- 90 Choc de tension 3,5 à 12,6 Coefficient d'allongement thermique 3.5 x 10=5 Déformation en sous charge,90 C-140 kg/cm % 0,5 - 2,5 Température de distorsion # 18 kg/cm2 C 94 à 245 à la chaleur 4,6 kg/cm2 C 190 à 250 Point de fusion C 260 # Résistance diélectrique pour des temps courts # Volt/mil 300- 400 (épaisseur 2 mm) Résistivité Ohm.Cin 2,5-1013 Constante diélectrique a 60 cycles 10-3 cycles 10-6 cycles 10-8 cycles Angle de perte diélectrique at 60 cycles în-3 cycles 10-6- cycles 10-8 cycles Résistant aux : Solvants usuels, hydrocarbures, esters, Cetones, bases, acides dilués. 40000 cycles. Le défaut était dû au fait que le talon du joint annulaire était mordillé au point que la lèvre s'affaisse. On a fait des tests semblables avec des Joints annulaires de Buna N carboxylé, utilisant des bagues de soutien de non extrusion en polyamidesconformément à l'invention. Les échantillons ont alors fonctionné jusqu'à 640 000 et 448 000 cycles, respectivement, sans fuite.Les résultats étonnants obtenus gracie à l'usage d'une combinaison du Joint d'étanchéité 12 en Buna N carboxylé et de la bague de soutien en polyamide furent totalement inattendus et surpassent de beaucoup ceux des dispositifs d'étanchéité de technique ancienne En remplacement du polyamide pour la bague 14S il existe un autre matériau, donnant des résultats satisfai- sants, à savoir une multicouche de résine phénolyque et de.tis- su de coton. De tellesmulticouches peuvent être fournies commercialement et ont les propriétés suivantes à température ambiante. Résistance à la traction kg/cm2 567 Allongement % 10,8 Dureté échelle D 75 Module d'élasticité en tension kg/em2 17590 en flexion kg/cm2 6895 Résistance à la flexion kg/cm2 630 Résistance à la compression kg/cm2 378 Choc sur le plat 7 sur la tranche 4 Densité 1,27 Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés à partir desquels on pourra prévoir d'autres formes et d'autres modes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 10/ Dispositif d'étanchéité pour haute pres sion et haute température, entre deux pièces mobiles relativement à eurfaces Juxtaposées du type comprenant une bague de Joint annulaire pessèdant une rainure sur l'une des faces externes coaxiale à son diamètre intérieur, une bague de soutien logée dans la dite rainure, Va première bague ayant une paire de pattes à son autre extrémité, oint caractérisé parce qutil se compose d'une bague faite en un copolymère de butadiène carboxylé et d'acétonitrile, et d'une bague de soutien constituée en un matériau polymérisé ayant-une résistance à la traction de au moins 560 kg/cm2 à tem pérature ambiante, une dureté duromètre de 75-90, et un module d'élasticité à à la traction compris entre 21 000 et 42 000, joint à comportement optimal de longue durée. te enp@@@ 2 / Dispositif d'étanchéité conforme à la revendication 1, caractérisé parce que la bague de soutien est faite en polyhexaméthylène-adipamide contenant 0,5 a 6,5 % en poids de bisulfure de molybdène. 30/ Dispositif d'étanchéité conforme à la revendication I, caractérisé parte que la bague de soutien est constituée par des couches assemblées de résine phénolique et de tissu.