Bien que le caoutchouc nitrile butadiène (NBR) soit le matériau dominant pour les joints d'étanchéité des éoliennes depuis des décennies, les progrès dans la formulation, le traitement et la conception des joints en polyuréthane érodent rapidement la position du NBR dans l'industrie.Il s’avère que les propriétés les plus utiles incluent la résistance à l’usure, la compatibilité avec les fluides, la résistance à l’ozone, la résistance mécanique et la capacité à conserver toutes ces propriétés à basse température.
Le polyuréthane est devenu un matériau idéal pour sceller les roulements/générateurs principaux, les roulements longitudinaux et transversaux.Cependant, le simple remplacement des matériaux dans une structure existante ne suffit souvent pas.Les joints doivent être conçus en pensant au polyuréthane.
Une façon d’évaluer la résistance à l’usure des polyuréthanes consiste à effectuer un test d’usure standardisé sur tambour tel que ASTM D5963.Cette méthode est généralement utilisée pour évaluer le caoutchouc, mais elle s'applique également au polyuréthane, notamment pour comparer les taux d'usure.Vous trouverez ci-dessous les valeurs de l'indice d'usure pour divers matériaux testés par System Seals à Cleveland.A noter que le NBR et le HNBR ont un ARI d'environ 1,5, tandis que les polyuréthanes ont un ARI de 4 à 8. Il s'agit d'une amélioration pouvant aller jusqu'à six fois.
Le polyuréthane conserve ses valeurs ARI dans le temps et après exposition à divers fluides, notamment à base d'huile.Une façon de déterminer cela consiste à faire vieillir les échantillons d'usure ASTM D5963 dans des fluides à 100 °C pendant 90 jours (80 °C pour les fluides à base d'eau) et à répéter le test tous les 30 jours.Vous trouverez ci-dessous des résultats typiques, mais une confirmation est recommandée pour chaque liquide.
Figure 3. Rétention de l'ARI dans le NBR et le polyuréthane résistant à l'hydrolyse après vieillissement dans de l'huile minérale distillée à 100°C.
Bien que les spécifications indiquent la compatibilité avec les fluides finis, des tests de vieillissement accéléré (ou années de service) devraient déterminer les performances et la stabilité à long terme des matériaux exposés à des fluides spécifiques.System Seals teste la compatibilité des fluides pendant 90 jours au lieu du test standard de 168 heures, car System Seals détecte systématiquement les changements significatifs dans les propriétés clés des matériaux après 168 heures d'exposition aux fluides.
Le polyuréthane personnalisé présente une résistance aux fluides améliorée par rapport au NBR dans les lubrifiants les plus courants de l'industrie de l'énergie éolienne.Vous trouverez ci-dessous un tableau de compatibilité pour ces lubrifiants populaires.
Le NBR est connu pour être sensible à l’ozonolyse, c’est-à-dire lorsque les molécules d’ozone rompent les liaisons chimiques dans le NBR insaturé.La fissuration par l'ozone est courante lorsque le caoutchouc nitrile butadiène (NBR) est soumis à la moindre déformation.Une solution consiste à injecter de la cire dans le NBR, créant ainsi une barrière anti-ozone qui protège le NBR.Malheureusement, la cire ne modifie pas la liaison chimique du NBR.Si le NBR est exposé à des conditions environnementales qui éliminent la cire, il redevient susceptible de se dégrader.Certains polyuréthanes spéciaux utilisés dans les joints d’étanchéité pour l’énergie éolienne sont naturellement résistants à l’ozone.
Le module élastique, la résistance et l'allongement du polyuréthane sont deux à trois fois supérieurs à ceux de la plupart des NBR.En conséquence, les joints en polyuréthane sont capables de résister à des déformations mécaniques plus importantes et à des charges mécaniques plus élevées.
Un NBR typique a un module élastique de 10 à 15 MPa et une résistance à la traction de 20 MPa.La plupart des polyuréthanes ont un module élastique de 45 à 60 MPa et une résistance à la traction de 50 à 60 MPa.Cela signifie que le matériau est moins dur que le NBR, ce qui signifie une meilleure rétention de forme et une plus grande résistance aux charges de pression.
Dans les éoliennes, les températures élevées ne posent généralement pas de problème.Cependant, selon le lieu et l'altitude, des températures minimales de -40°C ne sont pas rares.Le NBR standard a une température de fonctionnement minimale de -20 °C, et une analyse mécanique dynamique a montré que de nombreux polyuréthanes destinés à l'énergie éolienne ne sont pas affectés par des températures allant jusqu'à -40 °C.
Le polyuréthane est un choix naturel pour les joints d’étanchéité des éoliennes en raison de ses propriétés mécaniques supérieures, de sa meilleure résistance à l’ozone, de ses taux d’usure inférieurs et de ses températures de fonctionnement plus basses.Ci-dessous se trouvent deux familles d’applications pour lesquelles le polyuréthane est bien adapté.L'image de gauche montre la déformation simulée et les caractéristiques de contact d'un joint de roulement en polyuréthane.L'image de droite montre le joint tourbillonnaire System Seals, un joint de roulement principal qui pompe continuellement le lubrifiant dans le réservoir pendant que le roulement tourne.
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Heure de publication : 24 décembre 2023