ISO 11114-2:2013
(Main)Gas cylinders — Compatibility of cylinder and valve materials with gas contents — Part 2: Non-metallic materials
Gas cylinders — Compatibility of cylinder and valve materials with gas contents — Part 2: Non-metallic materials
ISO 11114-2:2013 gives guidance in the selection and evaluation of compatibility between non-metallic materials for gas cylinders and valves and the gas contents. It also covers bundles, tubes and pressure drums. ISO 11114-2:2013 can be helpful for composite and laminated materials used for gas cylinders. It does not cover the subject completely and is intended to give guidance only in evaluating the compatibility of gas/material combinations. Only the influence of the gas in changing the material and mechanical properties is considered (for example chemical reaction or change in physical state). The basic properties of the materials, such as mechanical properties, required for design purposes are normally available from the materials' supplier and are not considered. The compatibility data given are related to single component gases but can be used to some extent for gas mixtures. Ceramics, glasses, and adhesives are not covered. Other aspects such as quality of delivered gas are not considered. ISO 11114-2:2013 is not intended to be used for cryogenic fluids (see ISO 21010).
Bouteilles à gaz — Compatibilité des matériaux des bouteilles et des robinets avec les contenus gazeux — Partie 2: Matériaux non métalliques
L'ISO 11114-2:2013 donne des lignes directrices pour la sélection et l'évaluation de la compatibilité entre les matériaux non métalliques des bouteilles à gaz/robinets avec le gaz. Elle couvre également les cadres, tubes et fûts sous pression. L'ISO 11114-2:2013 peut se révéler utile pour les matériaux composites et les matériaux stratifiés utilisés pour les bouteilles à gaz. Elle ne couvre pas la totalité du sujet et n'a pour but que de donner une orientation pour l'évaluation de la compatibilité des combinaisons gaz/matériau. Seule l'influence du gaz sur la transformation du matériau ou sur la modification de ses propriétés mécaniques est considérée (par exemple une réaction chimique ou une modification de l'état physique). Les propriétés fondamentales des matériaux, telles que les propriétés mécaniques, requises pour la conception d'un produit sont en général fournies par le fabricant du matériau et ne sont donc pas abordées dans l'ISO 11114-2:2013. Les données de compatibilité indiquées se rapportent à des gaz à un composant unique, mais elles peuvent être utilisées dans une certaine mesure pour des mélanges gazeux. Les céramiques, les verres et les adhésifs ne sont pas traités dans l'ISO 11114-2:2013. D'autres aspects, tels que la qualité du gaz fourni, ne sont pas pris en compte. L'ISO 11114-2:2013. n'est pas destinée à être utilisée pour les fluides cryogéniques (voir l'ISO 21010).
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 11114-2
Second edition
2013-04-01
Gas cylinders — Compatibility of cylinder
and valve materials with gas contents —
Part 2:
Non-metallic materials
Bouteilles à gaz — Compatibilité des matériaux des bouteilles et
des robinets avec les contenus gazeux —
Partie 2: Matériaux non métalliques
Reference number
ISO 11114-2:2013(E)
©
ISO 2013
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ISO 11114-2:2013(E)
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Published in Switzerland
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ISO 11114-2:2013(E)
Contents Page
Foreword . iv
Introduction . v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Materials . 2
4.1 General . 2
4.2 Types of material . 2
5 General considerations. 3
6 Specific considerations . 4
6.1 General . 4
6.2 Non-compatibility risks . 4
6.2.1 Violent reaction (oxidation/burning) (F) . 4
6.2.2 Weight loss (W) . 5
6.2.3 Swelling of material (S) . 6
6.2.4 Change in mechanical properties (M) . 6
6.2.5 Other compatibility considerations . 6
7 Compatibility data . 7
7.1 Table of compatibility . 7
7.2 Symbols and abbreviations . 8
7.2.1 Symbols for compatibility . 8
7.2.2 Abbreviations for materials . 8
7.2.3 Abbreviations for non-compatibility risks . 9
7.2.4 Examples . 9
Bibliography . 14
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ISO 11114-2:2013(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 11114-2 was prepared by Technical Committee ISO/TC 58, Gas cylinders, in collaboration with
Technical Committee CEN/TC 23, Transportable Gas cylinders in accordance with the Agreement on
technical cooperation between ISO and CEN (Vienna Agreement).
This second edition cancels and replaces the first edition, Clauses 4 and 6, and Table 1 of which have been
technically revised. Annex A has been deleted.
ISO 11114 consists of the following parts, under the general title Gas cylinders — Compatibility of cylinder and
valve materials with gas contents:
— Part 1: Metallic materials;
— Part 2: Non-metallic materials;
— Part 3: Autogenous ignition test for non-metallic materials in oxygen atmosphere;
— Part 4: Test methods for selecting metallic materials resistant to hydrogen embrittlement.
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ISO 11114-2:2013(E)
Introduction
This part of ISO 11114 deals with the compatibility of non-metallic materials used for gas cylinders and gas
cylinder valves with the gas contents of the cylinder. Compatibility of metallic materials is treated in
ISO 11114-1.
Non-metallic materials are very often used for the construction of gas cylinder valves as seals, e.g. o-ring,
gland packing, seats, or as lubrication products to avoid friction. They are also commonly used to ensure
sealing of the valve/cylinder connection. For gas cylinders, they are sometimes used as an internal coating or
as a liner for composite materials.
Non-metallic materials not in contact with the gas are not covered by this part of ISO 11114.
This part of ISO 11114 is based on current international experience and knowledge. Some data are derived
from experience involving a mixture of the gas concerned with a dilutant, where no data for single component
gases were available.
This part of ISO 11114 has been written to be in conformity with the UN Recommendations on the Transport
of Dangerous Goods: Model Regulations. When published it will be submitted to the UN Sub Committee of
Experts on the Transport of Dangerous Goods with a request that it be included in the Model Regulations.
Where there is any conflict between this part of ISO 11114 and any applicable regulation, the regulation
always takes precedence.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 11114-2:2013(E)
Gas cylinders — Compatibility of cylinder and valve materials
with gas contents —
Part 2:
Non-metallic materials
1 Scope
This part of ISO 11114 gives guidance in the selection and evaluation of compatibility between non-metallic
materials for gas cylinders and valves and the gas contents. It also covers bundles, tubes and pressure
drums.
This part of ISO 11114 can be helpful for composite and laminated materials used for gas cylinders.
It does not cover the subject completely and is intended to give guidance only in evaluating the compatibility of
gas/material combinations.
Only the influence of the gas in changing the material and mechanical properties is considered (for example
chemical reaction or change in physical state). The basic properties of the materials, such as mechanical
properties, required for design purposes are normally available from the materials supplier and are not
considered in this part of ISO 11114.
The compatibility data given are related to single component gases but can be used to some extent for gas
mixtures. Ceramics, glasses, and adhesives are not covered by this part of ISO 11114.
Other aspects such as quality of delivered gas are not considered.
This part of ISO 11114 is not intended to be used for cryogenic fluids (see ISO 21010).
2 Normative references
The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document and are
indispensable for its application. For dated references, only the edition cited applies. For undated references,
the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 11114-3, Transportable gas cylinders — Compatibility of cylinder and valve materials with gas
contents — Part 3: Autogenous ignition test for non-metallic materials in oxygen atmosphere
ISO 10297, Gas cylinders — Refillable gas cylinder valves — Specification and type testing
ISO 15001, Anaesthetic and respiratory equipment — Compatibility with oxygen
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
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ISO 11114-2:2013(E)
3.1
competent person
person who has the necessary technical knowledge, qualification, experience and authority to assess and
approve materials for use with gases and to define any special conditions of use that are necessary
3.2
acceptable
material/gas combination that is satisfactory under normal conditions of use (as defined in Clause 5), provided
that any indicated non-compatibility risks, as given in Table 1, are taken into account
3.3
not acceptable
material/single gas combination that is not safe under normal conditions of use (as defined in Clause 5)
NOTE For gas mixtures special conditions can apply.
3.4
dynamic sealing
where in normal operation the non-metallic material is used to provide a pressure seal between two surfaces
that have relative motion to each other
3.5
static sealing
where in normal operation the non-metallic material is used to provide a pressure seal between two surfaces
that have not relative motion to each other
4 Materials
4.1 General
Non-metallic materials shall be suitable for the intended service. They are suitable if their compatibility is
stated as acceptable in Table 1, or the necessary properties have been proved by tests or long and safe
experience to the satisfaction of a competent person.
If coated materials are used the suitability of the combination shall be assessed and approved if all technical
aspects have been considered and validated by a competent person. These technical aspects include but are
not limited to compatibility of the coating material with the intended gas, durability of the coating during all its
intended use and gas permeability through it.
4.2 Types of material
The most commonly used non-metallic materials for gas cylinders and cylinder valves can be grouped as
follows:
plastics;
elastomers;
— fluid lubricants.
NOTE Solid lubricants are sometimes used, e.g. MoS2.
Materials considered in this part of ISO 11114 are as follows:
a) Plastics:
Polytetrafluoroethylene (PTFE);
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ISO 11114-2:2013(E)
Polychlorotrifluoroethylene (PCTFE);
Polyvinylidenefluoride (PVDF);
Polyamide (PA);
Polypropylene (PP);
Polyetheretherketone (PEEK);
Polypropylene sulphide (PPS);
Polyvinyl chloride (PVC)
Polyimide (PI);
Polyoxymethylene (POM).
b) Elastomers:
Butyl rubber (IIR);
Nitrile rubber (NBR);
Chloroprene rubber (CR);
Fluorocarbon rubber (FKM);
Methyl-vinyl-silicone rubber (VMQ);
Ethylene propylene diene monomer (EPDM);
Polyacrylate rubber (ACM);
Polyurethane rubber (PUR);
Methyl-fluoro-silicone rubber (FVMQ).
c) Fluid lubricants:
Hydrocarbon (HC);
Fluorocarbon (FC).
5 General considerations
It is important to note that these materials are generic types. Within each material type there are variations in
the properties of the materials due to polymer differences and formulations used by manufacturers to modify
physical and chemical properties of the material. The user of the material should therefore consult the
manufacturer and if necessary carry out tests before using the material (for example for critical services such
as oxygen and other oxidizing gases).
Lubricants are often used in valves to reduce friction and wear in the moving parts. For valves used for
oxidizing gases or for gases supporting combustion, if lubrication is required, it shall be ensured that the
lubricant is compatible for the intended application when the lubricated components are in contact with the
oxidizing gas or the gas supporting combustion.
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ISO 11114-2:2013(E)
Where the lubricant is listed as "not acceptable" in Table 1 for reasons other than violent reaction (F), it may
be used safely and usually satisfactorily in applications which do not involve contact in normal operation with
the gas. An example of such an application is the lubrication of the valve actuating mechanism not in contact
with the gas.
Where the lubricant is listed as "not acceptable" for the reason of violent reaction (F), it should not be used in
any part of the system that can be contacted by the gas, even under abnormal conditions such as in the event
of a failure of the gas sealing system. If there is a risk of violent reaction, appropriate safety and suitability
tests shall have been carried out for the lubricant application before it is used either on the lubricant itself, as
specified in ISO 11114-3, or on the lubricated equipment in which it will be used, as specified in ISO 10297.
The properties of plastics and elastomers including compatibility are dependent on temperature. Low
temperature can cause hardening and the possibility of embrittlement, whereas high temperature can cause
softening and the possibility of material flow. Users of such materials shall check to ensure their suitability
over the entire operating temperature range specified by the cylinder and valve manufacturing standards.
Some materials become brittle at low temperatures, especially at temperatures at the lower end of the normal
operating range (e.g. fluorocarbon rubber). Temperatures in the refrigerant or cryogenic ranges affect many
materials and caution shall be exercised at temperatures below -50° C. This risk shall be considered in
particular when transfilling by thermal siphoning at low temperature or similar procedures, or for cylinders
regularly filled at low temperatures (e.g. CO ).
2
6 Specific considerations
6.1 General
The compatibility of gases with non-metallic materials is affected by chemical reactions and physical
influences, which can be classified as follows.
6.2 Non-compatibility risks
6.2.1 Violent reaction (oxidation/burning) (F)
6.2.1.1 Principle
Historically the majority of serious accidents from rapid oxidation or violent combustion have occurred with
oxidizing gas supporting combustion at high pressure. Thorough investigation of all materials and factors
should be conducted with great care and all data should be considered before designing or using equipment
to handle oxidizing gases or gases supporting combustion.
Compatibility depends mainly on the operating conditions (pressure, temperature, gas velocity, particles,
equipment design, and application). The risk shall particularly be considered with gases such as oxygen,
fluorine, chlorine and nitrogen trifluoride. Most of the non-metallic materials can be ignited relatively easily
when in contact with oxidizing gases (see ISO 10156) and even when in contact with gases not classified as
oxidizing but still supporting combustion.
The selection of a material for use with oxygen and/or an oxygen enriched atmosphere is primarily a matter of
understanding the circumstances that cause the material to react with oxygen. Most materials in contact with
oxygen will not ignite without a source of ignition energy (e.g. friction, heat of compression, particle impacts,
etc.). When an energy input rate, as converted to heat, is greater than the rate of heat dissipation, and the
resulting heat increase is continued for sufficient time, ignition and combustion will occur.
Thus, two general factors shall be considered:
a) the materials compatibility properties (ease of ignition and energy of combustion); and
b) the different energy sources that will produce a sufficient increase in the temperature of the material.
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ISO 11114-2:2013(E)
These general factors should be viewed in the context of the entire system design so that the specific factors
listed below will assume the proper relative significance.
The specific factors to take into consideration are
the properties of the materials, which include the factors affecting ease of ignition and the conditions
affecting potential resulting damage (heat of reaction),
the operating conditions: e.g. pressure, temperature, oxygen and/or oxidizing gas concentrations in a gas
mixture, influence of dilutant (e.g. helium), surface contamination,
the potential sources of ignition (e.g. friction, heat of compression, heat from mass impact, heat from
particle impact, static electricity, electrical arc, resonance, internal flexing),
possible consequence (e.g. effects on the surroundings such as propagation of fire), and
additional factors (e.g. performance requirements, prior experience, availability).
In conclusion the evaluation of compatibility of non-metallic materials is more critical than that of metallic
materials, which generally perform well when in contact with oxygen.
6.2.1.2 Specifications for oxidizing gases
In accordance with 6.2.1.1, it is not possible to make a simple statement concerning the compatibility of non-
metallic materials with oxidizing gases such as oxygen, chlorine, nitric oxide, nitrous oxide, nitrogen dioxide,
nitrogen trifluoride, etc. (see ISO 10156).
For fluorine, which is the most oxidizing gas, all non-metallic materials would historically fall into the
classification "not acceptable".
For fluorine mixtures the gases industry now has evidence of successful testing and safe history of use of
PTFE and PCTFE under controlled conditions (e.g. low concentration and low pressure). Therefore following
an assessment and authorisation by a competent person, these materials are acceptable in similar conditions.
Oxygen and other oxidizing gases can react violently when tested with all non-metallic materials listed in 4.2
a), 4.2 b) and 4.2 c). Some materials such as PTFE and FKM are more resistant to ignition than other plastics
and elastomers. HC lubricants are normally not acceptable. Under certain conditions other plastics and
elastomers listed can be safely used in oxidizing service without presenting some of the disadvantages of
PTFE, i.e. poor mechanical properties, and risk of release of toxic products for breathing gas applications, see
ISO 15001, or FKM, i.e. swelling, poor mechanical properties at low temperature, risk of release of toxic
products in breathing gas applications, etc.
Consequently, non-metallic materials may only be used if it has been proven by tests (or long and safe service
experience), taking into account all the operating conditions and especially the design of the equipment, that
their use is safe. ISO 11114-3 and ISO 21010 give testing methods for polymeric materials and fluid lubricants
that will result in conservative value. Some non-metallic material can be safely used at higher pressure when
they are tested in the final design configuration, e.g. in gas cylinder valves and regulator. Cylinder valves shall
be tested according to ISO 10297 for oxygen service.
6.2.2 Weight loss (W)
6.2.2.1 Extraction
Solvent extraction of plasticizers from elastomers can cause shrinkage, especially in highly plasticized
products.
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ISO 11114-2:2013(E)
1)
Some solvents, e.g. acetone or DMF used for dissolved gases such as acetylene, can damage non-metallic
materials.
Liquefied gases can act as solvents.
6.2.2.2 Chemical attack
Some non-metallic materials can be chemically attacked by gases. This attack can sometimes lead to the
complete destruction of the material, e.g. the chemical attack of silicone elastomer by ammonia.
6.2.3 Swelling of material (S)
Elastomers and plastics may be subject to swelling due to gas (or liquid) absorption. This can lead to an
unacceptable increase of dimensions (especially for O-rings) or the cracking due to sudden out-gassing when
the partial pressure is decreased, e.g. carbon dioxide with fluorocarbon.
Initial swelling can be masked by subsequent extraction of plasticizers and fillers while in service. Other
important effects such as changes in mechanical strength and hardness should also be considered.
Differences in the compounding, formulation and curing of a given elastomer can cause significant differences
in the swelling of the material in service.
Regardless of the above compatibility evaluation, the design configuration (e.g. static or dynamic sealing)
shall be taken into account before deciding to use elastomers or plastics. In this part of ISO 11114, a swelling
of more than approximately 15 % in normal service conditions is marked N (not acceptable for dynamic
sealing); a swelling less than this is marked A (acceptable) provided other risks are also acceptable.
NOTE There is also a risk of cross bonding between sulphur vulcanised rubbers and copper alloys.
6.2.4 Change in mechanical properties (M)
Gases can lead to an unacceptable change of mechanical properties in some non-metallic materials. This can
result, for example, in an increase in hardness or a decrease in elasticity. ISO 1817 gives testing methods to
check the influence of the gas on the mechanical properties.
6.2.5 Other compatibility considerations
6.2.5.1 Impurities in the gas (I)
Some gases contain typical impurities which may not be compatible with the intended materials (e.g. acetone
in acetylene, hydrogen sulphide in methane).
6.2.5.2 Contamination of the material (C)
Some materials become contaminated in toxic gas use by the toxic gas and become hazardous themselves
(e.g. during maintenance of equipment).
6.2.5.3 Release of dangerous products (D)
Many materials when subjected to extreme conditions (such as elevated temperature) can release dangerous
products (e.g. toxic products). This risk shall be considered in particular for breathing gases as specified in
ISO 15001.
1) Dimethylformamide.
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ISO 11114-2:2013(E)
6.2.5.4 Ageing (G)
Ageing is a gradual change in the mechanical and physical properties of the material due to the environment
in which it is used or stored. Many elastomer and plastic materials are particularly subject to ageing; some
gases like oxygen and in general exposure to high temperatures may accelerate the ageing process, leading
to degradation such as cracking, brittleness, etc.
6.2.5.5 Permeation (P)
Permeation is a slow process by which gas passes through materials.
The permeation of some gases (e.g. helium, hydrogen, carbon dioxide) through non-metallic material can be
significant. For a given material, the permeation rate mainly depends on temperature, pressure, thickness,
and surface area of the material in contact with the gas. The molecular radius of the gas and the specific
formulation of plasticizers and other additives can cause a wide range of permeation rates for a particular type
of plastic or elastomer.
This risk shall be considered for effects to the surroundings (e.g. toxicity, fire potential).
7 Compatibility data
7.1 Table of compatibility
Table 1 lists the gases in alphabetic order with the UN number in bracket. In this table, the compatibility data
is given using the symbols and abbreviations defined in 7.2.1 and 7.2.2. When a gas/material combination is
not acceptable, the main reason is given, using the appropriate abbreviation for the non-compatibility risk (see
6.2). The abbreviations are also sometimes used for acceptable combinations to show a limited risk.
If no UN number is listed in the table for a gas (or a liquid), this means that this gas has no official UN number
but it may be transported using a generic NOS (Not Otherwise Specified) number (e.g. compressed gas,
flammable, NOS, UN 1954).
Compatibility evaluations are based on the following documents:
— literature data;
— operational experiences; and
— laboratory tests.
The resistance to gases can be estimated by simple immersion tests in the respective gas with approximately
the same or intensified exposure conditions (increase of temperature, pressure or flow rate). Time- and
equipment-consuming test methods to evaluate the permeation, the absorption as well as the resistance to
stress cracking are required in many cases.
Apart from the visual evaluation of detectable changes, changes in weight and dimension as well as the
course of mechanical and other physical characteristics, depending on the immersion time are the parameters
of immersion tests. They are consulted as classification characteristics.
In literature and company leaflets frequently used classifications are “resistant”, "conditionally resistant" and
"not resistant".
Test procedures are described in ISO 1817 and in ISO 9539.
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ISO 11114-2:2013(E)
7.2 Symbols and abbreviations
7.2.1 Symbols for compatibility
A = acceptable (see 3.2)
NOTE There can be a secondary risk associated (see 7.2.4).
N = not acceptable for use under normal service conditions (see 3.3)
a = No reliable recommendation can be made due to a lack of definitive information
u = The compatibility depends on the conditions of use (e.g. oxygen). The material may be used where it has
been assessed and authorised by a competent person who specifies the conditions of use.
7.2.2 Abbreviations for materials
Abbreviation Material
PTFE Polytetrafluoroethylene
PCTFE Polychlorotrifluoroethylene
PVDF Polyvinylidenefluoride
PA Polyamide
PI Polyimide
PP Polypropylene
POM Polyoxymethylene
PEEK Polyetheretherketone
PPS Polypropylene sulphide
PVC Polyvinyl chloride
IIR Butyl rubber
NBR Nitrile rubber
CR Chloroprene rubber
FKM Fluorocarbon rubber
VMQ Methyl-vinyl-silicone rubber
EPDM Ethylene propylene diene monomer
FVMQ Methyl-fluoro-silicone rubber
ACM Polyacrylate rubber
PUR Polyurethane rubber
HC Hydrocarbon
FC Fluorocarbon
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7.2.3 Abbreviations for non-compatibility risks
Symbols Risk
a No reliable recommendation can be made due to a lack of definitive
information
A Acceptable
C Contamination of material
u The compatibility depends on the conditions of use
D Dangerous product release
F Flammable (Violent reaction)
G Ageing
I Impurities in the gas
M Change of mechanical properties
N Not acceptable for use under all normal service conditions
P Permeation
S Swelling
W Weight loss
7.2.4 Examples
EXAMPLE 1
A
P
Symbol for compatibility = A
Abbreviation for non-compatibility risk = P
This example shows an acceptable material/gas combination, suitable for use in normal service conditions,
provided the risk of permeation has been evaluated and found negligible.
EXAMPLE 2
N
F,C
Symbol for compatibility = N
Abbreviation for no
...
NORME ISOS
INTERNATIONALE 11114-2
Deuxième édition
2013-04-01
Bouteilles à gaz — Compatibilité des
matériaux des bouteilles et des robinets
avec les contenus gazeux —
Partie 2:
Matériaux non métalliques
Gas cylinders — Compatibility of cylinder and valve materials with gas
contents —
Part 2: Non-metallic materials
Numéro de référence
ISO 11114-2:2013(F)
©
ISO 2013
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ISO 11114-2:2013(F)
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Publié en Suisse
ii © ISO 2013 – Tous droits réservés
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ISO 11114-2:2013(F)
Sommaire Page
Avant-propos . iv
Introduction . v
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 2
4 Matériaux . 2
4.1 Généralités . 2
4.2 Types de matériaux . 2
5 Critères généraux . 3
6 Critères spécifiques . 4
6.1 Généralités . 4
6.2 Risques liés à la non-compatibilité . 5
6.2.1 Réaction violente (oxydation/combustion) (F) . 5
6.2.2 Perte de masse (W) . 6
6.2.3 Gonflement des matériaux (S) . 6
6.2.4 Modification des propriétés mécaniques (M) . 7
6.2.5 Autres critères de compatibilité . 7
7 Données de compatibilité . 8
7.1 Tableau de compatibilité. 8
7.2 Symboles et abréviations . 8
7.2.1 Symboles de compatibilité . 8
7.2.2 Abréviations des matériaux . 9
7.2.3 Abréviations pour les risques liés à la non-compatibilité . 9
7.2.4 Exemples . 10
Bibliographie . 15
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ISO 11114-2:2013(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 11114-2 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 58, Bouteilles à gaz, en collaboration avec le
Comité technique CEN/TC 23, Bouteilles à gaz transportables, du Comité européen de normalisation,
conformément à l'Accord de coopération technique entre l'ISO et le CEN (Accord de Vienne).
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 11114-2:2000), dont les Articles 4 et 6 et
le Tableau 1 ont fait l'objet d'une révision technique. L’Annexe A a été supprimée.
L'ISO 11114 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Bouteilles à gaz —
Compatibilité des matériaux des bouteilles et des robinets avec les contenus gazeux:
Partie 1: Matériaux métalliques
Partie 2: Matériaux non métalliques
Partie 3: Essai d’auto-inflammation des matériaux non métalliques sous atmosphère d’oxygène
Partie 4: Méthodes d’essais pour le choix de matériaux métalliques résistants à la fragilisation par
l’hydrogène
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ISO 11114-2:2013(F)
Introduction
La présente partie de l’ISO 11114 traite de la compatibilité des matériaux non métalliques utilisés pour les
bouteilles à gaz et les robinets de bouteilles à gaz avec le gaz de la bouteille. La compatibilité des matériaux
métalliques fait l’objet de la norme ISO 11114-1.
Des matériaux non métalliques sont souvent utilisés pour la construction des robinets des bouteilles à gaz
comme joints d’étanchéité, par exemple joints toriques, presse-étoupes, sièges, ou comme lubrifiants pour
éviter les frottements. Ils sont aussi fréquemment utilisés pour assurer l’étanchéité de la connexion
robinet/bouteille. Pour les bouteilles à gaz, ils sont parfois utilisés comme revêtement interne ou comme liner
pour des matériaux composites.
Les matériaux non métalliques qui ne sont pas en contact avec le gaz ne sont pas couverts par la présente
partie de l’ISO 11114.
La présente partie de l’ISO 11114 repose sur l’expérience et les connaissances internationales actuelles. En
l’absence d’informations concernant les gaz à un composant unique, certaines données sont déduites de
l’expérience acquise sur un mélange du gaz concerné avec un diluant.
La présente partie de l’ISO 11114 a été rédigée en conformité avec les Recommandations relatives au
transport des marchandises dangereuses: Règlement type de l'ONU. Une fois publiée elle sera soumise au
sous-comité d’experts de l’ONU sur le Transport des marchandises dangereuses avec demande de l’inclure
dans le Règlement type. En cas de conflit entre la présente partie de l’ISO 11114 et une réglementation
applicable, la réglementation prévaut toujours.
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NORME INTERNATIONALE ISO 11114-2:2013(F)
Bouteilles à gaz — Compatibilité des matériaux des bouteilles
et des robinets avec les contenus gazeux —
Partie 2:
Matériaux non métalliques
1 Domaine d'application
La présente partie de l’ISO 11114 donne des lignes directrices pour la sélection et l’évaluation de la
compatibilité entre les matériaux non métalliques des bouteilles à gaz/robinets avec le gaz. Elle couvre
également les cadres, tubes et fûts sous pression.
La présente partie de l’ISO 11114 peut se révéler utile pour les matériaux composites et les matériaux
stratifiés utilisés pour les bouteilles à gaz.
Elle ne couvre pas la totalité du sujet et n’a pour but que de donner une orientation pour l’évaluation de la
compatibilité des combinaisons gaz/matériau.
Seule l’influence du gaz sur la transformation du matériau ou sur la modification de ses propriétés
mécaniques est considérée (par exemple une réaction chimique ou une modification de l’état physique). Les
propriétés fondamentales des matériaux, telles que les propriétés mécaniques, requises pour la conception
d’un produit sont en général fournies par le fabricant du matériau et ne sont donc pas abordées dans la
présente partie de l’ISO 11114.
Les données de compatibilité indiquées se rapportent à des gaz à un composant unique, mais elles peuvent
être utilisées dans une certaine mesure pour des mélanges gazeux. Les céramiques, les verres et les
adhésifs ne sont pas traités dans la présente partie de l’ISO 11114.
D’autres aspects, tels que la qualité du gaz fourni, ne sont pas pris en compte.
La présente partie de l’ISO 11114 n’est pas destinée à être utilisée pour les fluides cryogéniques (voir
l’ISO 21010).
2 Références normatives
Les documents suivants, en tout ou partie, sont référencés de manière normative dans le présent document
et sont indispensables pour son application. Pour les références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour
les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO 11114-3, Bouteilles à gaz — Compatibilité des matériaux de bouteilles et de robinets avec les contenus
gazeux — Partie 3: Essai d'auto-inflammation des matériaux non métalliques sous atmosphère d'oxygène
ISO 10297, Bouteilles à gaz — Robinets de bouteilles — Spécifications et essais de type
ISO 15001, Matériel d'anesthésie et de réanimation respiratoire — Compatibilité avec l'oxygène
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3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
3.1
personne compétente
personne possédant les connaissances techniques, les qualifications, l’expérience et l’autorité nécessaires
pour évaluer et autoriser l’utilisation de certains matériaux avec certains gaz, ainsi que pour définir les
conditions d’utilisation correspondantes
3.2
acceptable
combinaison de matériau et de gaz jugée satisfaisante dans les conditions normales d’utilisation (telles que
définies à l’Article 5), pourvu que les risques de non-compatibilité exposés au Tableau 1 soient pris en
considération
3.3
inacceptable
combinaison de matériau et d’un gaz pur jugée non sûre dans les conditions normales d’utilisation (telles que
définies à l’Article 5)
NOTE Pour les mélanges de gaz, des conditions particulières peuvent s’appliquer.
3.4
étanchéité dynamique
utilisation en fonctionnement normal du matériau non métallique en vue de fournir un joint d’étanchéité entre
deux surfaces en mouvement relatif l’une par rapport à l’autre
3.5
étanchéité statique
utilisation en fonctionnement normal du matériau non métallique en vue de fournir un joint d’étanchéité entre
deux surfaces qui ne sont pas en mouvement relatif l’une par rapport à l’autre
4 Matériaux
4.1 Généralités
Les matériaux non métalliques doivent être adaptés au service prévu. Ils sont adaptés si leur comptabilité est
indiquée comme acceptable dans le Tableau 1, ou si des essais ou une expérience sur le long terme et en
toute sécurité ont prouvé qu’ils possédaient les propriétés requises selon l’avis d’une personne compétente.
Si des matériaux revêtus sont utilisés, l’adaptabilité de la combinaison doit être évaluée et autorisée si tous
les aspects techniques ont été pris en compte et validés par une personne compétente. Ces aspects
techniques peuvent comprendre, sans s’y limiter, la compatibilité du matériau revêtu avec le gaz prévu, la
durabilité du revêtement pendant son usage prévu et la perméabilité au gaz à travers le revêtement.
4.2 Types de matériaux
Les matériaux non métalliques les plus communément utilisés pour les bouteilles à gaz et les robinets
peuvent être classés dans les différents groupes suivants:
les plastiques;
les élastomères;
les lubrifiants.
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NOTE Des lubrifiants solides sont parfois utilisés, par exemple MoS2.
Les matériaux considérés dans la présente partie de l'ISO 11114 sont les suivants.
a) Les plastiques:
polytétrafluoroéthylène (PTFE);
polychlorotrifluoroéthylène (PCTFE);
polyfluorure de vinylidène (PVDF);
polyamide (PA);
polypropylène (PP);
polyétheréthercétone (PEEK);
polysulfure de propylène (PPS);
polychlorure de vinyle (PVC);
polyimide (PI);
polyoxyméthylène (POM).
b) Les élastomères:
isobutène - isoprène butyl (IIR);
nitrile (NBR);
chloroprène (CR);
fluorocarbure (FKM);
silicone méthyle vinyle (VMQ);
éthylène-propylène-diène monomère (EPDM);
polyacrylate (ACM);
polyuréthane (PUR);
fluorosilicone (FVMQ).
c) Les lubrifiants:
hydrocarbure (HC);
fluorocarbure (FC).
5 Critères généraux
Il est important de noter que ces matériaux désignent des groupes génériques. Il existe à l’intérieur de chacun
de ces groupes des différences dans les caractéristiques des matériaux, dues aux différents polymères et aux
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formules particulières utilisés par les fabricants pour modifier les propriétés physiques et chimiques des
matériaux. Il est donc recommandé à l’utilisateur de se renseigner auprès du fabricant et, si nécessaire, de
procéder à des essais avant d’utiliser le matériau (par exemple pour des applications critiques telles qu’avec
l’oxygène ou autres gaz oxydants).
Les lubrifiants sont souvent utilisés dans les robinets pour diminuer les frottements et l’usure des parties
mobiles. En ce qui concerne les robinets associés à des gaz oxydants ou des gaz supportant la combustion,
s’il doit y avoir lubrification, il doit être garanti que ce lubrifiant est compatible avec l’oxygène pour l’application
prévue, lorsque les composants lubrifiés sont en contact avec un gaz oxydant ou un gaz supportant la
combustion.
Lorsque les lubrifiants sont indiqués comme «inacceptables» dans le Tableau 1 pour des raisons autres que
«réaction violente» (F), ils peuvent être utilisés en toute sécurité, et en général d’une manière satisfaisante,
pour des applications qui n’impliquent pas de contact avec le gaz dans le cadre d’une utilisation normale. Un
exemple de cette application est la lubrification du mécanisme de commande sans contact avec le gaz.
Lorsque les lubrifiants sont indiqués comme «inacceptables» pour cause de «réaction violente» (F), il
convient de ne pas les utiliser dans toute partie du système susceptible d’être en contact avec le gaz, même
dans des conditions anormales comme dans le cas de détérioration du système d’étanchéité du gaz. S’il
existe un risque de réaction violente, des essais de sécurité et de compatibilité appropriés doivent être
réalisés avant d’appliquer le procédé de lubrification, soit sur le lubrifiant lui-même, comme spécifié dans
l’ISO 11114-3, soit sur l’équipement lubrifié dans lequel il sera utilisé, comme spécifié dans l’ISO 10297.
Les propriétés des plastiques et des élastomères, y compris la comptabilité, dépendent de la température.
Des températures basses peuvent provoquer un durcissement et une possibilité de fragilisation, alors que des
températures élevées peuvent donner lieu à un ramollissement du matériau avec possibilité de fluage. Les
utilisateurs de ces matériaux doivent vérifier leur adaptabilité sur toute la plage des températures de
fonctionnement spécifiées par les normes de fabrication des bouteilles et des robinets.
Certains matériaux se fragilisent à basse température, en particulier à des valeurs situées dans l’extrémité
inférieure de la plage de fonctionnement normal (par exemple les fluorocarbures). Les températures
engendrées par les fluides frigorigènes ou les gaz cryogéniques altèrent les propriétés de nombreux
matériaux, et il est donc recommandé d’agir avec grande prudence lorsque la valeur des températures
devient inférieure à –50 °C. Ce risque doit être pris en considération, en particulier lors des transvasements
par thermo-siphonage à basse température ou d’autres opérations similaires ainsi que pour des bouteilles
remplies régulièrement à basse température (par exemple CO ).
2
6 Critères spécifiques
6.1 Généralités
La compatibilité entre des gaz et des matériaux non métalliques est affectée par des réactions chimiques et
des influences physiques, qui peuvent être classées comme indiqué ci-après.
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6.2 Risques liés à la non-compatibilité
6.2.1 Réaction violente (oxydation/combustion) (F)
6.2.1.1 Principe
L’expérience prouve que la majorité des accidents graves dus à une oxydation rapide ou à une combustion
violente se sont produits avec des gaz oxydants supportant la combustion à haute pression. Il est
recommandé de procéder à des recherches approfondies sur tous les matériaux et tous les facteurs pouvant
influer sur leur comportement et il convient d’étudier toutes les données avant de concevoir ou d’utiliser des
équipements destinés à transporter des gaz oxydants ou des gaz supportant la combustion.
La compatibilité dépend principalement des conditions d’utilisation (pression, température, vitesse des gaz,
particules, conception de l’équipement et application). Le risque doit en particulier être pris en compte avec
les gaz tels que l’oxygène, le fluor, le chlore et le trifluorure d’azote. La plupart des matériaux non métalliques
sont facilement inflammables au contact de gaz oxydants (voir l’ISO 10156) et même au contact de gaz non
classés comme oxydants mais néanmoins supportant la combustion.
La sélection d’un matériau pour une utilisation dans une atmosphère d’oxygène, ou enrichie en oxygène,
repose essentiellement sur la connaissance des causes qui provoquent la réaction de ce matériau avec
l’oxygène. La plupart des matériaux en contact avec l’oxygène ne s’enflamme pas en l’absence d’une source
d’inflammation (par exemple frottement, chaleur dégagée par la compression, impacts de particules, etc.).
Lorsque l’apport d’énergie, converti en chaleur, est supérieur au pouvoir de dissipation thermique, et que
l’augmentation de chaleur est poursuivie pendant une durée suffisante, il se produit alors le phénomène
d’inflammation et de combustion.
En conséquence, deux facteurs généraux doivent être pris en considération:
a) les propriétés de compatibilité des matériaux (facilité d’inflammation et énergie de combustion); et
b) les différentes sources d’énergie qui vont provoquer l’élévation suffisante de température du matériau.
Il convient de considérer ces facteurs généraux dans le contexte de l’intégralité du système afin que les
facteurs spécifiques énumérés ci-après prennent leur propre influence relative.
Les facteurs spécifiques à prendre en compte sont:
les propriétés des matériaux, qui incluent les facteurs agissant sur l’inflammabilité et les conditions
agissant sur les dommages potentiels (chaleur de réaction);
les conditions de fonctionnement, par exemple pression, température, concentration d’oxygène et/ou de
gaz oxydants dans un mélange de gaz, influence du diluant (par exemple hélium), contamination de
surface;
les sources potentielles d’inflammation, par exemple frottement, chaleur de compression, chaleur
d’impact de masse ou de particules, électricité statique, arc électrique, phénomène de résonance, flexion
interne;
les conséquences possibles, par exemple effets sur le milieu environnant, tels que la propagation d’un
incendie; et
les facteurs supplémentaires, par exemple exigences de performance, expérience antérieure,
disponibilité.
En conclusion, l’évaluation de la compatibilité des matériaux non métalliques est une démarche plus critique
que celle appliquée aux matériaux métalliques, qui ont généralement un meilleur comportement au contact de
l’oxygène.
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6.2.1.2 Spécifications relatives aux gaz oxydants
Conformément à 6.2.1.1, il est impossible de formuler une déclaration simple concernant la compatibilité des
matériaux non métalliques avec des gaz oxydants comme l’oxygène, le chlore, le monoxyde d’azote, le
protoxyde d’azote, le dioxyde d’azote, etc. (voir l’ISO 10156).
Pour le fluor, qui est le gaz le plus oxydant, l’expérience montre que tous les matériaux non métalliques
seraient classés «inacceptables».
Pour les mélanges de fluor, l’industrie gazière dispose désormais de preuves avec des essais réussis et des
antécédents d’utilisation en toute sécurité du PTFE et du PCTFE en situations contrôlées (par exemple faible
concentration et basse pression). Par conséquent, après évaluation et autorisation par une personne
compétente, ces matériaux sont acceptables dans des conditions similaires. L’oxygène et les autres gaz
oxydants peuvent réagir violemment lors des essais avec tous les matériaux non métalliques énumérés en
4.2 a), 4.2 b) et 4.2 c). Des matériaux tels que le PTFE et le FKM sont davantage résistants à l’inflammation
que les autres plastiques et élastomères. Les lubrifiants HC ne sont pas acceptables. Dans certaines
conditions, tous les autres plastiques et élastomères énumérés peuvent être utilisés en toute sécurité en
service oxydant sans présenter certains des inconvénients du PTFE (mauvaises propriétés mécaniques et
risque de libération de produits toxiques pour les applications avec des gaz respiratoires, voir l’ISO 15001) ou
du FKM (gonflement, mauvaises propriétés mécaniques à basse température, risque de libération de produits
toxiques pour les applications avec gaz respiratoires, etc.).
Par conséquent, les matériaux non métalliques ne peuvent être utilisés que si des essais (ou une expérience
en service sur le long terme et en toute sécurité) ont prouvé que leur utilisation est sûre, en tenant compte de
toutes les conditions de fonctionnement et en particulier de la conception de l’équipement. L’ISO 11114-3 et
l’ISO 21010 indiquent des méthodes d’essai pour les polymères et les lubrifiants qui fourniront une valeur
prudente. Certains matériaux non métalliques peuvent être utilisés en toute sécurité à une pression plus
élevée lorsqu’ils sont soumis à essai dans la configuration de conception finale, par exemple dans le
régulateur et les robinets de bouteilles à gaz. Les robinets des bouteilles doivent être soumis à essai
conformément à l’ISO 10297 pour le service d’oxygène.
6.2.2 Perte de masse (W)
6.2.2.1 Extraction
Dans les élastomères, l’extraction du solvant des plastifiants peut provoquer un retrait, en particulier pour les
produits hautement plastifiés.
1 )
Certains solvants, par exemple l’acétone ou le DMF utilisés pour des gaz dissous comme l’acétylène,
peuvent endommager les matériaux non métalliques.
Les gaz liquéfiés peuvent agir comme des solvants.
6.2.2.2 Attaque chimique
Certains matériaux non métalliques peuvent être attaqués chimiquement par des gaz. Cette attaque peut
parfois conduire à la destruction totale du matériau, par exemple l’attaque chimique d’un élastomère à l
silicone par l’ammoniac.
6.2.3 Gonflement des matériaux (S)
De par leur pouvoir d’absorption des gaz (ou des liquides), les élastomères et les plastiques sont sujets au
gonflement. Cela peut provoquer une augmentation inacceptable des dimensions (en particulier pour les joints
toriques) ou des fissures dues à la soudaine libération du produit gazeux lors d’une diminution de la pression
partielle, par exemple le dioxyde de carbone avec le fluorocarbure.
1) Diméthylformamide.
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Un gonflement initial peut être masqué par l’extraction des plastifiants et des matériaux de charge en service.
Il convient de prendre en compte d’autres effets importants, tels que la modification de la résistance
mécanique et de la dureté.
Des variations de la composition, de la formule et de la cure d’un élastomère donné peuvent provoquer des
différences significatives des capacités de gonflement du matériau en service.
Indépendamment de l’évaluation de la compatibilité ci-dessus, la configuration de conception (par exemple
étanchéité statique ou dynamique) doit être prise en compte avant de décider d’utiliser des élastomères ou
des plastiques. Dans la présente partie de l’ISO 11114, un gonflement supérieur à environ 15 % en utilisation
normale est indiqué par la lettre N (inacceptable pour l’étanchéité dynamique); un gonflement inférieur à cette
valeur est indiqué par la lettre A (acceptable), à condition que les autres risques soient eux aussi acceptables.
NOTE Il existe également un risque de réticulation entre les caoutchoucs vulcanisés au soufre et les alliages de
cuivre.
6.2.4 Modification des propriétés mécaniques (M)
Les gaz peuvent provoquer une modification inacceptable des propriétés mécaniques de certains matériaux
non métalliques. Cela peut, par exemple, augmenter la dureté et diminuer l’élasticité. L’ISO 1817 fournit des
méthodes d’essai permettant de vérifier l’influence du gaz sur les propriétés mécaniques.
6.2.5 Autres critères de compatibilité
6.2.5.1 Impuretés dans le gaz (I)
Certains gaz contiennent des impuretés qui peuvent se révéler incompatibles avec les matériaux prévus (par
exemple l’acétone dans l’acétylène ou l’hydrogène sulfuré dans le méthane).
6.2.5.2 Contamination du matériau (C)
Certains matériaux sont contaminés lors de leur utilisation par le contact de gaz toxiques et deviennent à leur
tour dangereux (par exemple pendant les opérations de maintenance de l’équipement).
6.2.5.3 Dégagement de produits toxiques (D)
De nombreux matériaux, lorsqu’ils sont soumis à des conditions extrêmes (telles que des températures
élevées), peuvent dégager des produits toxiques (par exemple vapeurs toxiques). Ce risque doit être pris en
considération, en particulier pour les gaz respiratoires, comme spécifié dans l’ISO 15001.
6.2.5.4 Vieillissement (G)
Le vieillissement est le changement graduel des propriétés mécaniques et physiques du matériau, dû à
l’environnement dans lequel il est utilisé ou stocké. De nombreux élastomères et plastiques sont
particulièrement sensibles au vieillissement. Certains gaz comme l’oxygène et en général l’exposition à des
températures élevées peuvent accélérer le processus de vieillissement et conduire parfois à des fissures, à la
fragilisation, etc.
6.2.5.5 Perméation (P)
La perméation est un processus lent suivant lequel des gaz passent à travers les matériaux.
La perméation de certains gaz (comme l’hélium, l’hydrogène ou le dioxyde de carbone) à travers des
matériaux non métalliques peut être très importante. Pour un matériau donné, le taux de perméation dépend
principalement de la température et de la pression, ainsi que de l’épaisseur et de la surface du matériau en
contact avec le gaz. Pour un type donné de plastique ou d’élastomère, le rayon moléculaire du gaz et la
formule spécifique du plastifiant et des autres additifs peuvent donner lieu à un large éventail de taux de
perméation.
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Ce risque doit être pris en considération pour les ef
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Questions, Comments and Discussion
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