Brevet FR2659123A1 — publié le 19910906

JOINT D'ETANCHEITE L'invention concerne un joint d'étanchéité, notamment un joint destiné à être utilisé pour résoudre les problèmes d'étanchéité dans les installations chimiques. Le joint d'étanchéité, objet de l'invention, est particulièrement destiné à résoudre les problèmes d'étanchéité entre deux surfaces difficilement réalisables avec une grande précision, telles que des surfaces de verre, ou entre deux surfaces déformables, telles que des surfaces en acier vitrifié. Il existe de nombreux joints d'étanchéité qui doivent répondre à des exigences variées souvent incompatibles entre elles. Les joints d'étanchéité doivent, par exemple, répondre à des exigences telles que - assurer l'étanchéité en milieu gazeux, milieu qui est souvent corrosif à température élevée et sous pression élevée, - présenter une grande fiabilité notamment par leur résistance aux variations de température et de pression lors de leur utilisation, - présenter une bonne stabilité dans le temps, donc bien résister au vieillissement, - être de mise en oeuvre simple et nécessiter un faible couple de serrage, afin d'éviter des déformations intempestives des brides de serrage, - pouvoir pallier, pour certaines utilisations, aux déformations des surfaces entre lesquelles l'étanchéité doit être assurée. Les solutions préconisées sont compliquées et onéreuses. Ainsi, le brevet US 4 540 183 propose un joint comportant des inserts annulaires métalliques et une garniture placés dans une enveloppe, un matériau de remplissage pâteux est injecté dans l'enveloppe après mise en place de l'ensemble entre les surfaces entre lesquelles l'étanchéité est à assurer. Un tel joint n'est pas aisé à réaliser et ne répond que partiellement aux exigences ci-avant énoncées. Un but de l'invention est un joint d'étanchéité qui permet d'assurer une étanchéité satisfaisante même en milieu gazeux tout en étant de mise en oeuvre simple et aisée. Un autre but de l'invention est un joint d'étanchéité qui présente une bonne fiabilité, soit stable dans le temps et résiste bien au vieillissement. Un but essentiel de l'invention est un joint d'étanchéité qui permet d'assurer l'étanchéité entre des surfaces, même lorsque celles-ci ne sont pas d'un état parfait. Il a maintenant été trouvé un joint d'étanchéité caractérisé en ce qu'il est constitué par au moins - une bague intérieure et une bague extérieure en matériau rigide et indéformable, - un matériau de remplissage placé entre les deux bagues et présentant une dureté Shore D comprise entre 20 et 60, les faces du matériau de remplissage constituant les surfaces de contact dudit joint. La dureté Shore D est mesurée selon la norme ASTM D 14-84. La bague intérieure et la bague extérieure sont réalisées en matériau rigide et indéformable. Les bagues peuvent être réalisées toutes deux dans le même matériau ou dans des matériaux différents, tout matériau rigide et indéformable peut convenir. Le choix du matériau est imposé par les conditions de mise en oeuvre du joint, notamment telles que la nature du milieu, corrosif ou non, et la température. Les bagues peuvent être notamment réalisées en matériau plastique, renforcé ou non, ou métallique, tel que l'acier inoxydable, ou encore en céramique. De préférence, le matériau de remplissage présente une dureté Shore D comprise entre 30 et 50. Divers matériaux de remplissage présentant une telle dureté peuvent convenir. Pour réaliser le matériau de remplissage, on peut utiliser des matières plastiques telles que, par exemple le polyamide, le polyester, chargés ou non. Les joints d'étanchéité, objets de l'invention, sont réalisés de préférence avec un matériau de remplissage constitué par du graphite expansé. Comme graphite expansé on peut, par exemple, utiliser du graphite expansé tel que celui décrit dans le brevet US 3 404 061. Le graphite expansé est mis en oeuvre dans le joint d'étanchéité sous forme comprimée. Le graphite expansé est comprimé jusqu'à présenter une densité comprise entre 1,5 et 2,5, et de préférence pour présenter une densité comprise entre 1,7 et 2,3. La surface des bagues en contact avec le matériau de remplissage peut être une surface perpendiculaire aux surfaces du matériau de remplissage constituant les surfaces de contact du joint d'étanchéité. Selon un mode de réalisation, au moins une bague peut être conformée de façon telle que sa surface en contact avec le matériau de remplissage soit convexe ou concave. Selon un autre mode de réalisation des deux bagues sont conformées de façon telle que leurs surfaces respectives en contact avec le matériau de remplissage soient convexe et/ou concave. La convexité ou la concavité de la surface d'une bague en contact avec le matériau de remplissage est appréciée en se plaçant dans le matériau de remplissage et en regardant vers la bague. Un joint d'étanchéité comportant des bagues ainsi conformées présente une meilleure cohésion entre les bagues et le matériau de remplissage. Afin d'améliorer encore cette cohésion la surface des bagues en contact avec le matériau de remplissage peut ne pas être lisse et présenter des aspérités. Le joint d'étanchéité objet de l'invention peut, selon un mode de réalisation, comporter au moins un moyen de renfort noyé dans le matériau de remplissage. Le moyen de renfort peut par exemple être constitué par un ou plusieurs fils métalliques noyés dans le matériau de remplissage, c'est-à-dire n'affleurant pas et ne dépassant pas des surfaces du matériau de remplissage constituant les surfaces de contact du joint d'étanchéité. Selon la nature du matériau des bagues et du matériau de remplissage et selon le milieu en contact avec le joint d'étanchéité, en particulier pour une utilisation du joint au voisinage d'un milieu corrosif, il est avantageux que le joint comporte une enveloppe en matériau chimiquement inerte. Une telle enveloppe peut par exemple être réalisée en polytétrafluoroéthylène. Le joint d'étanchéité objet de l'invention est particulièrement destiné à être utilisé dans l'industrie chimique, notamment pour réaliser l'étanchéité dans des installations comportant des appareils en acier émaillé. L'invention sera mieux comprise par la description des figures ci-jointes qui illustrent schématiquement, à titre d'exemple et sans échelle déterminée, divers modes de réalisation du joint d'étanchéité, objet de l'invention. La figure 1 est une section droite d'un mode de réalisation d'un joint d'étanchéité objet de l'invention. Les figures 2, 3 et 4 sont des coupes par un plan perpendiculaire aux surfaces de contact de trois autres modes de réalisation d'un joint d'étanchéité, selon l'invention, mis en place entre deux pièces. La figure 5 est une section droite d'un autre mode de réalisation d'un joint d'étanchéité, objet de l'invention. La figure 1 représente une section droite d'un mode de réalisation d'un joint d'étanchéité (1) formé d'une bague intérieure (2) et d'une bague extérieure (3) et d'un matériau de remplissage (4) placé entre les deux bagues (2) et (3). La section est réalisée par un plan perpendiculaire aux faces (5, 6) du matériau de remplissage (4), qui sont les surfaces de contact (5, 6) du joint d'étanchéité (1). Les bagues intérieures (2) et extérieures (3) sont réalisées en un matériau rigide, pratiquement indéformables. Elles sont, par exemple, réalisées en acier inoxydable. Selon le présent mode de réalisation, les bagues intérieures (2) et extérieures (3) ont toutes deux des sections circulaires, ainsi leurs surfaces (7, 8) en contact avec le matériau de remplissage (4) sont convexes, en se plaçant dans le matériau de remplissage (4) et en regardant vers les bagues (2, 3). Selon ce mode de réalisation les bagues (2, 3) ont des allures générales de tores. Le matériau de remplissage (4) placé entre les bagues (2, 3) est constitué de graphite expansé tel que du Lattygraph E commercialisé par LATTY. Le graphite expansé est comprimé jusqu'à ce qu'il présente une densité comprise entre 1,5 et 2,5 et, de préférence comprise entre 1,7 et 2,3. Le graphite expansé ainsi comprimé à une dureté Shore D comprise entre 30 et 50. La figure 2 représente une coupe d'un autre mode de réalisation d'un joint d'étanchéité (1) objet de l'invention, mis en place entre deux pièces. Le joint d'étanchéité (1) comporte, comme le joint d'étanchéité décrit ci-avant une bague intérieure (2), une bague extérieure (3) et un matériau de remplissage (4). Les faces (5, 6) du matériau de remplissage (4) constituent les surfaces de contact du joint d'étanchéité (1) avec les portées des pièces (9, 10) entre lesquelles le joint d'étanchéité (1) est placé. Selon ce mode de réalisation, les bagues intérieures (2) et extérieures (3) ont leurs surfaces (7, 8) en contact avec le matériau de remplissage (4) qui présentent chacune une rainure (11, 12) en forme de demi cercle. Ainsi, les surfaces (7, 8) des bagues intérieures (2) et extérieures (3) en contact avec le matériau de remplissage sont concaves, en se plaçant dans le matériau de remplissage (4) et en regardant vers les bagues (2, 3). Le joint d'étanchéité (1) mis en place entre deux pièces (9, 10) et représenté en coupe figure 3, comporte également une bague intérieure (2) une bague extérieure (3) et un matériau de remplissage (4) limité par les surfaces de contact (5, 6). Selon ce mode de réalisation, les bagues (2) et (3) ne sont pas situées dans le même plan mais sont décalées. Le joint d'étanchéité (1), dont la section droite est représentée figure (4), est constitué par une bague intérieure (2), une bague extérieure (3) et un matériau de remplissage (4). Les bagues (2, 3) présentent chacune sur leurs surfaces (7, 8) en contact avec le matériau de remplissage (4), une nervure (15, 16) en forme de V, les surfaces (7, 8) sont alors, selon ce mode de réalisation, convexes. Le joint d'étanchéité (1) selon le présent mode de réalisation comporte en outre des moyens de renfort (17) noyés dans le matériau de remplissage (4). Les moyens de renfort (17) peuvent être constitués par des fils métalliques conformés en anneaux. Selon ce mode de réalisation, les bagues intérieures (2) et extérieures (3) ont une épaisseur supérieure à celle du matériau de remplissage. Les pièces (9, 10) viendront en appui sur les surfaces de contact (5, 6) comme représenté. Le joint d'étanchéité (1), dont la section droite est représentée figure 5, est constitué comme le joint d'étanchéité décrit ci-avant, d'une bague intérieure (2), d'une bague extérieure (3) et d'un matériau de remplissage (4) placé entre les deux bagues. Les bagues (2, 3) présentent sur leurs surfaces (7, 8) en contact avec le matériau de remplissage (4), une rainure (11, 12) en forme de V, les surfaces (7, 8) sont aussi, selon ce mode de réalisation, concaves. Le joint d'étanchéité (1), selon le présent mode de réalisation comporte en outre une enveloppe (13) en matériau chimiquement inerte, par exemple en polytétrafluoroéthylène. Afin de ne pas endommager l'enveloppe (13) la bague intérieure (2) est arrondie dans sa partie (14) en contact avec l'enveloppe (13). Les surfaces de contact (5, 6) du joint d'étanchéité (1) sont aussi protégées par l'enveloppe (13). Un joint d'étanchéité selon ce mode de réalisation est particulièrement destiné à être utilisé en ambiance corrosive. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation du joint d'étanchéité décrits spécifiquement ci-avant dans le présent exposé et l'on peut adopter des variantes ou perfectionnements portant sur les divers moyens mis en oeuvre sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Ainsi, même si les joints d'étanchéité décrits ci-avant présentent des bagues intérieures et extérieures qui ont toutes deux leurs surfaces en contact avec le matériau de remplissage concaves ou convexes, on ne sort pas du cadre de l'invention en réalisant un joint d'étanchéité dans lequel une bague présente une surface en contact avec le matériau de remplissage concave et l'autre bague présente une surface en contact avec le matériau de remplissage convexe. La section du joint d'étanchéité est généralement constante selon toute la longueur du joint, mais pour résoudre certains problèmes d'étanchéité, il peut être nécessaire de réaliser des joints d'étanchéité dont la section est variable selon la longueur du joint. La forme générale du joint d'étanchéité n'est pas critique, sa forme générale est bien entendu adaptée à la forme générale des pièces entre lesquelles il doit être placé pour réaliser l'étanchéité. Ainsi, la forme générale du joint d'étanchéité peut adopter toute forme géométrique ou non, le plus souvent cependant la forme générale du joint d'étanchéité est circulaire. De même l'allure générale du joint d'étanchéité peut ne pas être sensiblement plane, son allure générale peut être une surface gauche, ou présenter des décrochements de plans. Cependant le plus souvent l'allure générale du joint d'étanchéité est sensiblement plane. Les joints d'étanchéité, objets de l'invention, présentent de nombreux avantages. Ils présentent en particulier l'avantage de permettre une certaine déformation et de tolérer des inégalités de surface des pièces entre lesquelles ils sont placés, cet avantage est particulièrement important lorsqu'il est nécessaire de réaliser l'étanchéité entre des surfaces en acier émaillé. De plus, les joints d'étanchéité selon l'invention ne nécessitent, lors de la mise en place, qu'un faible couple de serrage et n'imposent pas, d'une manière générale, de procéder à des resserrages périodiques du joint, car celui-ci conserve ses propriétés même dans des conditions sévères d'utilisation. Les joints d'étanchéité, selon l'invenion, dont le matériau de remplissage est constitué par du graphite expansé, ont en outre l'avantage de pouvoir être utilisés dans des conditions de température sévères de - 60"C à 400"C et même plus, et dans des conditions de pression allant d'une pression inférieure à la pression atmosphérique jusqu'à 45.105 Pa et même plus. Exemple On a réalisé un joint d'étanchéité circulaire selon le mode de réalisation représenté figure 2 dont le matériau de remplissage est constitué par du graphite expansé pur (contenant de 99,8 à 99,9 % de carbone) du type Lattygraph E commercialisé par LATTY. Le graphite expansé a été comprimé jusqu'à présenter une dureté Shore D de 40 pour une densité de 2,3. Le joint d'étanchéité d'un diamètre interne de 150 mm a été monté entre les surfaces en acier émaillé de deux brides avec un couple de serrage de 8 daN.m. Un contrôle d'étanchéité a été effectué à une température de 20"C avec une pression intérieure de 25.105 Pa d'azote. L'ensemble a été ensuite chauffé à la vapeur détendue jusqu'à une température de 140"C. Un contrôle d'étanchéité a été effectué à cette température avec une pression intérieure de 25.105 Pa d'azote. L'étanchéité a été conservée. Le couple de serrage mesuré était toujours de 8 daN.m. La température a été maintenue 5 h, puis, l'ensemble a été refroidi jusqu'à 20OC. Un nouveau contrôle d'étanchéité avec une pression intérieure de 25.105 Pa montre que l'étanchéité a été conservée. Ces essais ont été renouvelés et on a constaté qu'au bout de 30 cycles l'étanchéité était toujours satisfaisante. Nous avons testé avec succès, suivant le même processus des joints d'étanchéité selon l'invention, de diamètre interne compris entre 25 mm et 500 mm. REVENDICATIONS 1 - Joint d'étanchéité (1) caractérisé en ce qu'il est constitué par au moins - une bague intérieure (2) et une bague extérieure (3) en matériau rigide et indéformable, - un matériau de remplissage (4) placé entre les deux bagues (2, 3) et présentant une dureté Shore D comprise entre 20 et 60, les faces (5, 6) du matériau de remplissage constituant les surfaces de contact dudit joint. 2 - Joint d'étanchéité selon la revendication 1 caractérisé en ce que le matériau de remplissage (4) présente une dureté Shore D comprise entre 30 et 50. 3 - Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que le matériau de remplissage (4) est du graphite expansé. 4 - Joint d'étanchéité selon la revendication 3 caractérisé en ce que le graphite expansé est comprimé jusqu'à présenter une densité comprise entre 1,5 et 2,5. 5 - Joint d'étanchéité selon la revendication 4 caractérisé en ce que le graphite expansé est comprimé jusqu'à présenter une densité comprise entre 1,7 et 2,3. 6 - Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'au moins une bague (2, 3) est conformée de façon telle que sa surface en contact (7, 8) avec le matériau de remplissage (4) soit convexe ou concave. 7 - Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les bagues (2, 3) sont conformées de façon telle que leurs surfaces respectives (7, 8) en contact avec le matériau de remplissage (4) soient convexe et/ou concave. 8 - Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte au moins un moyen de renfort (17) noyé dans le matériau de remplissage (4). 9 - Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte une enveloppe (13) en matériau chimiquement inerte. 10 - Joint d'étanchéité selon la revendication 9 caractérisé en ce que l'enveloppe (13) est en polytétrafluoroéthylène.