Comment les progrès des matériaux ont amélioré les joints et augmenté leur durée de vie

Apr 03, 2024

Aaron Larson

La plupart des gens ne pensent probablement pas très souvent aux joints. Pourtant, ils profitent des avantages apportés par les joints chaque jour de leur vie. De l’électricité qu’ils utilisent – ​​produite par des centrales électriques qui ont littéralement des milliers de joints installés – aux voitures qu’ils conduisent et à l’eau courante qu’ils boivent et dans laquelle ils se baignent, les joints soutiennent presque tous les aspects de la vie moderne.

Le terme joint peut être défini comme un matériau ou une combinaison de matériaux serrés entre deux pièces séparables d'un joint mécanique, tel qu'une vanne ou une bride de tuyau. Sa fonction est de créer un joint entre les pièces et de maintenir le joint pendant une période prolongée. Franchement, sans joints, la plupart des équipements ne pourraient pas fonctionner, du moins pas longtemps. Chaque système contenant un liquide ou un gaz nécessite des joints, et les joints sont l'un des principaux produits utilisés pour empêcher les fluides d'entrer et d'empêcher les contaminants d'entrer.

Dans le livre Gaskets and Gasketed Joints, édité par John H. Bickford et publié en 1998 par CRC Press (une marque de Taylor & Francis Group), Daniel E. Czernik a fourni un bref historique des joints. Il a écrit : « Les joints ont été utilisés depuis l’avènement de la révolution industrielle jusqu’à l’époque des machines à vapeur et depuis le début de l’évolution du moteur à combustion interne. Depuis l’avènement du moteur à combustion interne, presque tous les matériaux imaginables, d’extrêmement durs à extrêmement mous, ont été (et sont toujours) utilisés pour les joints, notamment le cuir, le papier, le métal, le liège, le caoutchouc, l’éponge et le plastique.

Au milieu des années 1800, le développement de la vulcanisation a permis au caoutchouc de devenir un matériau courant pour les joints. Au début des années 1900 (Figure 1), la prolifération de l'utilisation de l'amiante dans les produits de tous types s'est étendue aux joints, car le matériau était très résistant à la chaleur, à l'usure, aux alcalis et aux acides, tout en étant très flexible. propriétés souhaitables pour des systèmes d’étanchéité durables.

Czernik a raconté une anecdote intéressante sur son histoire des joints. Il a expliqué que la défaillance des joints, en particulier des joints de culasse du moteur, était souvent la cause du fait que les voitures de course ne terminaient pas les 500 miles d'Indianapolis dans les années 1920 et 1930. "Après quelques centaines de kilomètres, la piste est devenue si glissante à cause des fuites d'huile que les conducteurs avaient l'impression de rouler sur la glace", a-t-il écrit.

Aujourd'hui, les joints moteur sont extrêmement fiables. De nombreux propriétaires d’automobiles n’ont jamais connu de défaillance du joint de culasse, certains après des décennies de conduite. En fait, il n'est pas rare qu'un moteur diesel lourd d'un semi-tracteur parcoure plus d'un million de kilomètres avant de nécessiter le remplacement du joint de culasse. Sur la base d'un fonctionnement aussi impressionnant, il est évident que des années de recherche et de développement ont porté leurs fruits avec de bien meilleurs joints.

Czernik a souligné que le liège était l'un des premiers matériaux utilisés dans la fabrication des joints. Au fil des années, le liège a été combiné à des polymères pour créer des composites offrant une meilleure étanchéité. Le papier est un autre matériau couramment utilisé dans les joints. Les fibres utilisées dans les joints en papier sont généralement de la cellulose. Au fil du temps, les fabricants ont amélioré les joints en papier en saturant les fibres de glycérine et de colle animale, en traitant le mélange avec du formaldéhyde et en le séchant au four. Le produit, connu sous le nom de « fibre traitée », est encore largement utilisé aujourd’hui.

Jörg Latte, un autre contributeur à Gaskets and Gasketed Joints, a écrit dans le livre : « Les joints plats pour l'industrie au sens moderne du terme ont été inventés par l'ingénieur autrichien Richard Klinger il y a environ 100 ans [voir l'encadré], à base d'amiante et de caoutchouc. En raison de leur succès, ces premiers produits ont attiré de nombreux imitateurs et bientôt de nombreux matériaux de différentes qualités ont été disponibles.

Latte a suggéré que le grand nombre d'options disponibles créait une confusion, ce qui a conduit certains inventeurs à rechercher « un joint universel adapté à toutes les applications ». Cependant, Latte a expliqué : « De tels joints n’existent pas et ne peuvent pas exister. » Il suggère plutôt que l'objectif de développer un joint universel ne peut être atteint que de manière marginale en augmentant les plages d'application des matériaux de joint.