L’avantage du PCTFE dans l’utilisation des joints pour le LNG (gaz naturel liquéfié)

En termes d’étanchéité cryogénique, deux principaux polymères sont maintenant bien connus sur le marché : il s’agit du PCTFE ou PTFCE – polychlorotrifluoroéthylène – et du PTFE – polytétrafluoroéthylène – ou plus spécifiquement du MPTFE, c’est-à-dire, dur PTFE modifié.

Depuis quelque temps, ces polymères sont très sollicités, notamment dans les systèmes d’étanchéité cryogéniques, grâce à leurs propriétés à très basse température. Ils offrent une forte ductilité et aussi d’importantes caractéristiques de portance dans des environnements où tous les matériaux peuvent devenir très fragiles, y compris les métaux.

En termes de choix de matériau d’étanchéité pour les vannes cryogéniques, nombreuses sont les caractéristiques exigées, à savoir :

• des caractéristiques de rigidité adaptées pour obtenir une étanchéité efficace à des températures très basses, ambiantes et élevées,
• récupération rapide après retrait de charge,
• haute résistance à l’usure et faible friction,
• ténacité et force de résistance en fonction des applications,
• faible dilatation thermique pour éviter toute discordance thermique avec les composants métalliques adjacents,
• conductivité thermique élevée pour permettre une égalisation rapide de la température avec tous les composants environnants.
• plage de fonctionnement, la plus large possible, de température et de pression.

Le GNL – gaz naturel liquéfié ou LNG, en anglais – est un mélange d’hydrocarbures composé principalement de méthane, mais avec des taux variables d’éthane, de propane, de butane et d’autres gaz présents dans le gaz naturel. En général, le GNL a une température d’ébullition entre -166 ° C et -57 ° C à la pression atmosphérique. La norme EN / ISO 1690310 stipule que bon nombre de matériaux de construction courants ne résistent pas quand ils sont exposés à ces températures très basses. C’est pourquoi il est recommandé que tous les matériaux devant être en contact avec le GNL soient prouvés résistants à la rupture fragile.

Depuis des années, de nombreux matériaux, dont divers aciers et autres alliages non ferreux, ont été développés pour que leur solidité et toutes leurs propriétés ne se modifient pas et soient conservées dans des températures extrêmement basses. En matière de polymères et d’élastomères, leurs comportements sont dictés par les positions des principales transitions thermiques et les mouvements/rotations moléculaires qui leur sont associés. Parmi les polymères les plus utilisés dans le domaine, on rencontre souvent du PTFE, du FEP, du polyéthylène, du polycarbonate et des polyimides, mais aussi divers élastomères qui ont des formules spécifiques pour qu’ils puissent conserver la ductilité à très basse température. Mais bien que la plupart de ces matériaux aient été spécifiquement formulés pour de telles extrêmes conditions, le PCTFE et le MPTFE sont les matériaux phare les plus utilisés. Pour que les polymères résistent et fonctionnent bien à très basse température, il existe 3 exigences fondamentales, dont la processabilité, les propriétés mécaniques à température ambiante et la flexibilité avec la résistance à basse température.

Une réduction des températures produit une augmentation progressive de la résistance et de la rigidité à la traction et à la flexion, de la résistance au fluage et de la résistance à la fatigue, ainsi que de la rigidité et de la résistance diélectriques. Par ailleurs, il y a également une diminution progressive de l’allongement, de la résistance aux chocs, de la résistance à la rupture, de la résistance à la compression, du CLTE ou coefficient de dilatation thermique linéaire et du facteur de permittivité/perte diélectrique.

Toutefois, dans la pratique, il arrive souvent que, quand les températures chutent, une diminution de la résistance soit toujours observée. La raison en est que les basses températures provoquent une perte de flexibilité pouvant entraîner une rupture fragile avant que le seuil d’élasticité ne soit atteint.

Mais un environnement chimique peut aussi avoir un effet significatif sur les propriétés du polymère exposé à basse température, de la même manière que les solvants peuvent favoriser le craquelage des polymères à température élevée. Quand les gaz sont proches de leur point de condensation, dans un état hautement actif, ils peuvent également entraîner la perte de la limite d’élasticité. Dans ces conditions, il est possible d’observer, à la même température, un allongement très important dans un gaz liquéfié que dans un espace vide. Les gaz absorbés réduisent ainsi l’énergie de surface, favorisant l’apparition de nouvelles surfaces dans les fentes, et peuvent agir comme du plastifiant.

L’aptitude des polymères à être utilisés à de très basses températures dépend beaucoup de la ténacité et de la flexibilité dans de telles conditions. Puis, à leur tour, ces propriétés dépendent des mouvements moléculaires dans les molécules de polymère à l’état vitreux. Ce sont les relaxations « β » et « α » spécifiques pouvant être observées dans la structure et comportement thermomécaniques des matériaux. À ce propos, lors du Symposium ICMC de Munich en 1978 sur les matériaux non métalliques et les composites à basse température, Kreibich a noté que la plupart des polymères résistant à l’état vitreux présentent des relaxations à basse température clairement bien définies.