ISO 23936-2:2011
(Main)Petroleum, petrochemical and natural gas industries — Non-metallic materials in contact with media related to oil and gas production — Part 2: Elastomers
Petroleum, petrochemical and natural gas industries — Non-metallic materials in contact with media related to oil and gas production — Part 2: Elastomers
ISO 23936 describes general principles and gives requirements and recommendations for the selection and qualification of non-metallic materials for service in equipment used in oil and gas production environments, where the failure of such equipment could pose a risk to the health and safety of the public and personnel, or to the environment. It can be applied to help avoid failures of the equipment itself. It supplements, but does not replace, the material requirements given in the appropriate design codes, standards or regulations. ISO 23936-2:2011 describes the requirements and procedures for qualification of elastomeric material used in equipment for oil and gas production.
Industries du pétrole, de la pétrochimie et du gaz naturel — Matériaux non métalliques en contact avec les fluides relatifs à la production de pétrole et de gaz — Partie 2: Élastomères
L'ISO 23936 décrit des principes généraux et spécifie des exigences et des recommandations concernant la sélection et la qualification des matériaux non métalliques pour des équipements utilisés en production de pétrole et de gaz, lorsque la rupture d'un tel équipement pourrait présenter un risque pour la santé et la sécurité du public et du personnel ou pour l'environnement. Elle peut également contribuer à éviter des défaillances des équipements eux-mêmes. Elle complète, sans toutefois s'y substituer, les exigences concernant les matériaux dans les codes de conception, normes ou réglementations appropriés. L'ISO 23936-2:2011 décrit les exigences et les modes opératoires de qualification des matériaux élastomères utilisés dans les équipements de production de pétrole et de gaz.
General Information
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 23936-2
First edition
2011-12-15
Petroleum, petrochemical and natural gas
industries — Non-metallic materials in
contact with media related to oil and gas
production —
Part 2:
Elastomers
Industries du pétrole, de la pétrochimie et du gaz naturel — Matériaux
non métalliques en contact avec les fluides relatifs à la production de
pétrole et de gaz —
Partie 2: Élastomères
Reference number
ISO 23936-2:2011(E)
©
ISO 2011
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ISO 23936-2:2011(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
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Published in Switzerland
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ISO 23936-2:2011(E)
Contents Page
Foreword . iv
Introduction . v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms, definitions and abbreviated terms . 2
3.1 Terms and definitions . 2
3.2 Abbreviated terms . 4
4 Technical requirements . 4
5 Documentation requirements . 5
6 Requirements for manufacturers . 6
6.1 General requirements . 6
6.2 Validation of compliance . 7
7 Qualification of elastomer materials (ageing and RGD) . 8
7.1 General . 8
7.2 Requirements for ageing tests . 8
7.3 Requirements for rapid gas decompression testing . 9
8 Qualification of elastomeric materials in bonded flexible hose . 9
8.1 General . 9
8.2 Qualification of bonded flexible hose liner material . 10
8.3 Qualification of bonded flexible hose – Layers outside the liner . 14
9 Qualification of elastomeric materials in other large components . 15
9.1 General . 15
9.2 Qualification of elastomeric materials in flexible joints . 15
9.3 Qualification of elastomeric materials in blow-out preventers . 15
9.4 Qualification of elastomeric materials for packers . 16
Annex A (normative) Test media, conditions, equipment and procedures for ageing of
elastomeric materials . 17
Annex B (normative) Test media, conditions, equipment and procedures for rapid gas
decompression testing of elastomeric materials . 26
Annex C (informative) Most commonly used elastomeric materials . 40
Annex D (normative) Procedure for estimation of material service life using the Arrhenius
relationship . 42
Annex E (informative) Physical and chemical ageing . 47
Annex F (informative) Rapid gas decompression (RGD) . 62
Bibliography . 66
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ISO 23936-2:2011(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 23936-2 was prepared by Technical Committee ISO/TC 67, Materials, equipment and offshore structures
for petroleum, petrochemical and natural gas industries.
ISO 23936 consists of the following parts, under the general title Petroleum, petrochemical and natural gas
industries — Non-metallic materials in contact with media related to oil and gas production:
Part 1: Thermoplastics
Part 2: Elastomers
The following parts are planned:
Part 3: Thermosets
Part 4: Fibre-reinforced composite
Part 5: Other non-metallic materials
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ISO 23936-2:2011(E)
Introduction
ISO 23936 is intended to be of benefit to a broad industry group, ranging from operators and suppliers to
engineering companies and authorities. ISO 23936 covers relevant generic types of non-metallic material
(thermoplastics, elastomers, thermosetting plastics, fibre-reinforced plastics, etc.) and draws upon a wide
range of existing technical experience, which has never before been summarized in a technical standard.
ISO 23936 does not cover polymeric coatings such as thermal insulation and paint that are applied to the
outside of components but that are not in contact with oilfield fluids.
The evaluation and qualification process described in this part of ISO 23936 is intended to ensure that the
user of non-metallic materials has sufficient understanding and knowledge of the applicable materials to
obtain acceptable performance in the specified environment, and that the user can rely on stable quality to
meet given specifications. A quality system is useful to ensure compliance with the requirements of this part of
ISO 23936.
Successful qualification of a manufacturer and a specific material is intended to be valid for other projects and
different operators. The consideration of qualification of a manufacturer is at the discretion and determination
of the purchaser, normally on the basis of documentation provided by the manufacturer, as required in this
part of ISO 23936 or any specific additional documentation.
The purchaser is responsible for ensuring (if necessary, with external competence) that the manufacturers
selected are qualified.
This part of ISO 23936 is based on NORSOK standard M-710.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 23936-2:2011(E)
Petroleum, petrochemical and natural gas industries — Non-
metallic materials in contact with media related to oil and gas
production —
Part 2:
Elastomers
1 Scope
ISO 23936 describes general principles and gives requirements and recommendations for the selection and
qualification of non-metallic materials for service in equipment used in oil and gas production environments,
where the failure of such equipment could pose a risk to the health and safety of the public and personnel, or
to the environment. It can be applied to help avoid failures of the equipment itself. It supplements, but does
not replace, the material requirements given in the appropriate design codes, standards or regulations.
This part of ISO 23936 describes the requirements and procedures for qualification of elastomeric material
used in equipment for oil and gas production.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 34-1:2010, Rubber, vulcanized or thermoplastic — Determination of tear strength — Part 1: Trouser,
angle and crescent test pieces
ISO 37, Rubber, vulcanized or thermoplastic — Determination of tensile stress-strain properties
ISO 48, Rubber, vulcanized or thermoplastic — Determination of hardness (hardness between 10 IRHD and
100 IRHD)
ISO 815-1, Rubber, vulcanized or thermoplastic — Determination of compression set — Part 1: At ambient or
elevated temperatures
ISO 2781, Rubber, vulcanized or thermoplastic — Determination of density
ISO 2921, Rubber, vulcanized — Determination of low-temperature retraction (TR test)
ISO 3601-3:2005, Fluid power systems — O-rings — Part 3: Quality acceptance criteria
ISO 7619-1, Rubber, vulcanized or thermoplastic — Determination of indentation hardness — Part 1:
Durometer method (Shore hardness)
ISO 13628-10:2005, Petroleum and natural gas industries — Design and operation of subsea production
systems — Part 10: Specification for bonded flexible pipe
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ISO 23936-2:2011(E)
ASTM D297, Standard Test Methods for Rubber Products — Chemical Analysis
ASTM D395, Standard Test Methods for Rubber Property — Compression Set
ASTM D412, Standard Test Methods for Vulcanized Rubber and Thermoplastic Elastomers — Tension
ASTM D624, Standard Test Method for Tear Strength of Conventional Vulcanized Rubber and Thermoplastic
Elastomers
ASTM D1414, Standard Test Methods for Rubber O-Rings
ASTM D1415, Standard Test Method for Rubber Property — International Hardness
ASTM D2240, Standard Test Method for Rubber Property — Durometer Hardness
API 17K, Specification for Bonded Flexible Pipe
3 Terms, definitions and abbreviated terms
For the purposes of this document, the following terms, definitions and abbreviated terms apply.
3.1 Terms and definitions
3.1.1
accelerated test
test undertaken under conditions designed to speed material deterioration
NOTE This is usually accomplished by increasing temperature, in order to raise chemical reaction rates, but fluid
concentration and stress are variables which can also be manipulated.
3.1.2
asset operator
person who operates an asset, who has knowledge of well parameters and who transmits this information to
the user (3.1.15)
NOTE 1 An asset can be a well, a production train, a plant, etc.
NOTE 2 Well parameters can be fluid exposure, temperatures, pressures, duration, etc.
3.1.3
compression set
difference between the original sample height and the post-test height, divided by the interference, expressed
as a percentage
3.1.4
elastomer
rubber
amorphous material mechanically mixed with other constituents to form a rubber compound, which is then
shaped by flow into articles by means of the manufacturing processes of moulding or extrusion, and then
(invariably) chemically cured at elevated temperature to form an elastic insoluble material
3.1.5
fluid
medium such as a gas, liquid, supercritical gas, or a mixture of these
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ISO 23936-2:2011(E)
3.1.6
interference
difference between the original sample height and the height of spacer bar, each measured in the same
direction as the direction of compression
3.1.7
compound manufacturer
manufacturer
producer of the elastomer material or of semi-finished products made from elastomer materials
3.1.8
modulus
tensile stress at a given elongation
NOTE In the rubber industry, the modulus at 50 % elongation is often chosen.
3.1.9
polymer
high molecular weight molecule, natural or synthetic, whose chemical structure can be represented by
repeated small units which collectively form molecular chains
NOTE This material class has three main sub-groups: elastomers, thermoplastics and thermosets.
3.1.10
rapid gas decompression
RGD
depressurization
explosive decompression
rapid pressure-drop in a high pressure gas-containing system which disrupts the equilibrium between external
gas pressure and the concentration of gas dissolved inside any polymer, with the result that excess gas tries
to escape from the solution at points throughout the material, causing expansion
NOTE If large enough, and if the pressure-drop rate is faster than the natural gas diffusion rate, blistering or rupturing
can occur.
3.1.11
room temperature
temperature of (23 2) °C
3.1.12
seal cross-section
cross-section diameter
CSD
free height of a seal at room temperature, measured normal to seal diameter in the direction of compression in
the test
NOTE The measurement is taken at three circumferentially equidistributed positions.
3.1.13
seal type
seal design of specified geometry, size and orientation
EXAMPLE An O-ring.
3.1.14
thermoplastic
material capable of being repeatedly softened by heating and hardened by cooling through a temperature
range characteristic of the plastic and, in the softened state, of being repeatedly shaped by flow into articles
by moulding, extrusion or forming
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ISO 23936-2:2011(E)
3.1.15
user
person responsible for the selection of suitable materials for a service operation based on information
received from the asset operator (3.1.2)
3.1.16
purchaser
party responsible for procuring the elastomer material or component
3.2 Abbreviated terms
BOP blow-out preventer
BRE base resistant elastomers
COC certificate of conformance
CSD cross-section diameter
DMA dynamic mechanical analysis
DMTA dynamic mechanical thermal analysis
DSC differential scanning calorimetry
GMPHOM Guide to Manufacturing and Purchasing Hoses for Offshore Moorings
HNBR hydrogenated nitrile butadiene rubber
HP high pressure
LNG liquefied natural gas
NBR nitrile butadiene rubber
OCIMF Oil Companies International Marine Forum
PBR polished bore receptacle
RGD rapid gas decompression (rapid gas depressurization)
SPS solubility parameter spectroscopy
TMA thermo mechanical analysis
4 Technical requirements
Technical requirements depend on material property characteristics and specific functional tests for an
application.
Elastomer selection shall be based on evaluation of compatibility with service environment, functionality under
service and the design lifetime. This part of ISO 23936 covers materials tests and not functional tests. The
following should be considered as appropriate to the component requirements and evaluated when selecting
the material:
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ISO 23936-2:2011(E)
a) adequate physical and mechanical properties (density, hardness, tensile strength, elongation at break,
modulus of elasticity, compression set, tear strength, etc.); standard properties from which design
specifications are selected and for quality assurance and control aspects;
b) resistance against RGD events; a property of importance in high pressure gas sealing applications,
covered in depth in this part of ISO 23936;
c) long-term behaviour; resistance to chemical/physical change of the material; an important characteristic
regarding sealing generally in the oil and gas sector, covered in this part of ISO 23936;
d) low temperature flexibility; a property highly relevant to low temperature sealing applications;
e) for large components exposed to gaseous production fluid, high pressure gas permeation; a property
highly relevant to possible gas pressure build-up within the component structure, e.g. for hoses;
f) resistance to high pressure extrusion or creep (functional tests not covered by this part of ISO 23936);
g) resistance to thermal cycling and dynamic movement (functional tests not covered by this part of
ISO 23936).
Clause 2 gives references to relevant standards for elastomeric materials. The standards describe the test
methodology for performing particular materials tests. The test conditions and durations shall be as described
in this part of ISO 23936 and shall take precedence in those cases where this part of ISO 23936 deviates from
the referenced standards.
Long term (ageing) test objectives are described in Clause 7; procedural details are given in Annex A.
RGD test objectives and procedures for elastomer O-ring seals are described in Clause 7 and Annex B.
It is the responsibility of the asset operator to provide all necessary information about service conditions and
environment.
Information on elastomer characteristics is provided in Annex C.
5 Documentation requirements
NOTE The required documentation of material properties of thermoplastic materials is described in ISO 23936-1.
Required documentation of material properties is given in Table 1. Requirements pertaining both to
documentation of properties and quality control are given. Each elastomer material used shall be traceable to
the compound manufacturer and their quality control documentation as required in Table 1. Each batch of
material shall be supplied with, as a minimum, a certificate of conformance (COC) and traceability information.
Table 1 also defines the minimum amount of production and quality control testing required during
manufacturing of the elastomer materials. The final procedures, with respect to key parameters and
tolerances, shall be defined based on results from testing performed according to this part of ISO 23936.
The user shall define the necessary requirements with tolerances in the purchase specification.
Guidelines on selection of standards are given in parentheses. Characteristics, which are not relevant for
expected service conditions and/or material type, may be omitted.
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ISO 23936-2:2011(E)
Table 1 — Required documentation for elastomer material properties
Properties Documentation Quality control tests
a c
Density (ISO 2781 or ASTM D297)
D B
Hardness (IRHD/Shore A) (ISO 48/ISO 7619-1, ASTM D2240/
D B
ASTM D1415)
Tensile and elongation properties (ISO 37, ASTM D1414, D B
ASTM D412)
Compression set (ISO 815-1, ASTM D395/ASTM D1414) D
Low temperature characteristics by DSC, DMA or TMA D
Tear strength (ISO 34-1:2010, Method A, ASTM D624) D
Temperature of retraction (ISO 2921) D
Ageing/RGD characteristics (Annexes A/B) D
b
High pressure gas permeation
DH
a
D: Properties to be documented for each supplier for each type of material. Nominal values with tolerances shall be
given (Data Sheet).
b
DH: As for D, but specifically when using all large components exposed to high pressure gas.
c
B: Properties to be documented on a batch-wise basis, minimum 5 samples per test per batch with all results presented.
The acceptance criteria shall be established prior to the test and based on qualification test results.
Material property tests may also be omitted if users have documented performance-based functional tests that
they use to approve rubber materials.
6 Requirements for manufacturers
6.1 General requirements
It is the requirement of the manufacturer to provide documents attesting that the material has been
manufactured and tested appropriately and that the material has met the relevant quality control requirements
in this part of ISO 23936.
The testing shall be performed on specimens produced from specific rubber formulations and, where possible,
production procedures. The COC should include as a minimum density, batch hardness, tensile properties
(moduli, strength, elongation at break), date of manufacture and (where referenced) the sample curing
process. The COC should be signed by a quality representative. For large rubber components, tests on small
components shall be suitable for the properties of the large component unless otherwise agreed between the
interested parties.
This part of ISO 23936 specifies the required types of tests that shall be performed in order to document the
material suitability and compatibility with test fluids specified in this part of ISO 23936 which are applicable to
the intended application.
The testing shall apply for the elastomer materials and the results shall be valid as long as the requirements
stated in 6.2 are satisfied. For later supplies of identical material from the same manufacturer, a quality control
of each batch of material shall be sufficient. Table 2 lists typical quality assurance and quality control
document templates showing imaginary data.
6 © ISO 2011 – All rights reserved
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ISO 23936-2:2011(E)
Table 2 — Typical quality assurance and quality control information
Material
Manufacturer Acme Seals, Inc.
Compound grade FabFluoro
Elastomer type ASTM D1418-05 FKM Type 3
Lot/batch no. FF2344rw4r/07
Cure date Q4 2010
Typical Properties Applicable standard Unit Value
3
Density ISO 2781 g/cm 1,8
Hardness ISO 48 IRHD 85
Tensile strength ISO 37 MPa 21
Modulus at 50% elongation ISO 37 MPa 10,1
Modulus at 100% elongation ISO 37 MPa 18,5
Elongation at break ISO 37 % 125
It may not be necessary to perform qualification testing for a particular material, if relevant successful well-
documented in-service experience with traceable production records and quality control documentation is
available to all relevant parties. This shall be agreed between interested parties.
Such documentation shall contain detailed information about service conditions such as time, temperature,
pressure, fluid composition and chemicals added. An asset operator can, for example, provide the
documentation of flawless service. The existing service temperature recorded therein shall be in the same
range as for the new application (it shall be a maximum of 10 °C below), the existing service pressure shall
not be more than 10 % below that for the new application, and the existing service life shall be a minimum of
50 % of design life.
The manufacturer who has tested and qualified his compound(s) can make a statement making this known.
Such a statement shall define which parts of ISO 23936 are complied with. Further, the statement shall
include whether the testing was done according to Annex A and/or Annex B, and define the fluid composition,
conditions and overall duration for the testing.
6.2 Validation of compliance
The elastomer properties shall apply to each specific elastomer compound produced by each specific
manufacturer. The existing elastomer data used by one purchaser may also be accepted by subsequent
purchasers, provided the requirements in this part of ISO 23936 are still complied with.
A compound shall be re-tested if changes are made to the compound or the process. If compound mixing
and/or moulding is carried out at different plants/locations, a separate qualification shall be performed for each
plant.
NOTE All materials previously approved in accordance with NORSOK M-710 are approved in accordance with this
part of ISO 23936.
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ISO 23936-2:2011(E)
7 Qualification of elastomer materials (ageing and RGD)
7.1 General
The technical necessities for the testing of elastomeric materials are divided into two parts:
7.2 defines the chemical ageing test requirements (see Annex A);
7.3 defines the requirements for RGD testing (see Annex B).
The test regimes shall be selected based on an analysis of the service conditions applying to the material in
question, if these are known. Such an assessment shall include the nature and type of all fluids which contact
the elastomer. The service life of the seal material in the relevant service environment shall be evaluated
using appropriate techniques.
7.2 Requirements for ageing tests
7.2.1 General
This part of ISO 23936 defines test procedures for the prediction of the progressive degradation of elastomeric
materials exposed to fluids at elevated temperatures over extended periods of time. It is applicable where it is
necessary to forecast material life in a specific application and for directly comparing the performance of
candidate elastomer materials. Other standards, such as API TR6J1, also provide methods to assess life of
elastomer materials.
The objective is to assess the physical effects of the fluid on the elastomer and to thermally accelerate
chemical reaction (if this occurs) between the fluid and the elastomer, causing tensile and related property
levels to shift systematically towards a pre-defined limit of acceptability. The material is considered to have
“failed” (i.e. reached the end of its useful life) when this limit is attained. These data are then used to quantify
service life and suitability for service.
By running exposure tests with test fluids at three different elevated temperatures above the operating
temperature, three different times to reach the acceptance boundary will result, with the highest test
temperature producing the shortest “time to failure”. Plotting the log of failure times against the reciprocal of
the test temperature should result in a linear trend, enabling an estimate of service life at the operating
temperature.
For accelerated testing, the upper test temperature should be limited to give some confidence that only
service-relevant chemical and/or physical processes will occur.
The preferred test piece geometry is the tensile dumbbell; various standards apply (see Table 1). The ageing
of moulded sheet, for subsequent stamping-out of tensile test pieces, is not allowed. The elastomer shall be
tested in unconstrained mode; that is, free-standing, with fluid able to freely access all surfaces.
When extrapolating data from the present procedures, appropriate statistical techniques shall be applied. For
example, if progressive degradation is apparently dependent on a single chemical ageing process, a method
based on the Arrhenius relationship shall be used as described in Annex D. It is recommended that results
always first be assessed on an Arrhenius basis. If an Arrhenius relationship does not exist or ageing does not
occur, see Annex E for further guidance.
Test media, conditions, equipment, procedures and test report requirements are described in detail in
Annex A.
7.2.2 Acceptance criteria for elastomers
The acceptance criteria shall be established prior to commencing the ageing test. The following criteria have
been established as the maximum acceptable ranges for three particular properties; any relaxation of these
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ISO 23936-2:2011(E)
requirements shall be agreed upon by the user. A
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 23936-2
Première édition
2011-12-15
Industries du pétrole, de la pétrochimie et
du gaz naturel — Matériaux non
métalliques en contact avec les fluides
relatifs à la production de pétrole et de
gaz —
Partie 2:
Élastomères
Petroleum, petrochemical and natural gas industries — Non-metallic
materials in contact with media related to oil and gas production —
Part 2: Elastomers
Numéro de référence
ISO 23936-2:2011(F)
©
ISO 2011
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ISO 23936-2:2011(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2011
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée sous
quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l'accord écrit
de l'ISO à l'adresse ci-après ou du comité membre de l'ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
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Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
E-mail copyright@iso.org
Web www.iso.org
Version française parue en 2013
Publié en Suisse
ii © ISO 2011 – Tous droits réservés
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ISO 23936-2:2011(F)
Sommaire Page
Avant-propos . iv
Introduction . v
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes, définitions et abréviations . 2
3.1 Termes et définitions . 2
3.2 Abréviations . 4
4 Exigences techniques . 5
5 Exigences relatives à la documentation . 5
6 Exigences relatives aux fabricants . 7
6.1 Exigences générales . 7
6.2 Validation de la conformité . 8
7 Qualification des matériaux élastomères (vieillissement et RGD) . 8
7.1 Généralités . 8
7.2 Exigences relatives aux essais de vieillissement . 8
7.3 Exigences relatives aux essais de décompression rapide du gaz . 10
8 Qualification des matériaux élastomères dans les flexibles composites . 10
8.1 Généralités . 10
8.2 Qualification du matériau de chemisage des flexibles composites . 11
8.3 Qualification des flexibles composites – Couches externes au chemisage . 16
9 Qualification des matériaux élastomères dans d'autres grands composants . 16
9.1 Généralités . 16
9.2 Qualification des matériaux élastomères dans les joints flexibles . 16
9.3 Qualification des matériaux élastomères dans les blocs d'obturation de puits . 17
9.4 Qualification des matériaux élastomères pour les garnitures d'étanchéité. 17
Annexe A (normative) Milieux, conditions, équipements et modes opératoires des essais de
vieillissement des matériaux élastomères . 19
Annexe B (normative) Milieux, conditions, équipements et modes opératoires des essais de
décompression rapide du gaz des matériaux élastomères . 29
Annexe C (informative) Matériaux élastomères les plus courants . 44
Annexe D (normative) Procédure d'estimation de la durée de vie en service d'un matériau en
utilisant la relation d'Arrhenius . 46
Annexe E (informative) Vieillissement physique et chimique . 52
Annexe F (informative) Décompression rapide du gaz (RGD) . 67
Bibliographie . 71
© ISO 2011 – Tous droits réservés iii
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ISO 23936-2:2011(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 23936-2 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 67, Matériel, équipement et structures en mer
pour les industries pétrolière, pétrochimique et du gaz naturel.
L'ISO 23936 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Industries du pétrole, de la
pétrochimie et du gaz naturel — Matériaux non métalliques en contact avec les fluides relatifs à la production
de pétrole et de gaz:
Partie 1: Matières thermoplastiques
Partie 2: Élastomères
Les parties suivantes sont prévues:
Partie 3: Plastiques thermodurcissables
Partie 4: Composites renforcés par des fibres
Partie 5: Autres matériaux non métalliques
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ISO 23936-2:2011(F)
Introduction
De nombreux acteurs de l'industrie allant des opérateurs et fournisseurs jusqu'aux ingénieurs et aux autorités
doivent tirer profit de l'ISO 23936. L'ISO 23936 couvre les types génériques appropriés de matériaux non
métalliques (matières thermoplastiques, élastomères, plastiques thermodurcissables, plastiques renforcés par
des fibres et autres matériaux) et utilise un large éventail d'expériences techniques existantes qui n'ont
jusqu'à présent jamais été récapitulées dans une norme technique.
L'ISO 23936 ne traite pas des revêtements polymères, tels que l'isolation thermique et la peinture, qui sont
appliqués à l'extérieur des composants, mais n'entrent pas en contact avec les fluides des champs
pétrolifères.
Le processus d'évaluation et de qualification décrit dans la présente partie de l'ISO 23936 vise à garantir que
l'utilisateur de matériaux non métalliques disposera d'informations et de connaissances suffisantes sur les
matériaux applicables pour obtenir des performances acceptables dans l'environnement spécifié et que
l'utilisateur pourra s'appuyer sur une qualité de matériau stable pour satisfaire aux spécifications indiquées.
Un système qualité est utile pour assurer la conformité aux exigences de la présente partie de l'ISO 23936.
Une qualification réussie d'un fabricant et d'un matériau spécifique est destinée à être valable pour d'autres
projets impliquant des opérateurs différents. Il incombe à l'acheteur de décider et de déterminer si la
qualification d'un fabricant doit être prise en compte, en prenant normalement pour base la documentation
transmise par le fabricant et conforme aux exigences de la présente partie de l'ISO 23936, ou toute
documentation complémentaire spécifique.
L'acheteur est tenu de s'assurer de la qualification des fabricants sélectionnés (si nécessaire, en recourant
aux services d'un prestataire externe).
La présente partie de l'ISO 23936 est basée sur la norme NORSOK M-710.
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NORME INTERNATIONALE ISO 23936-2:2011(F)
Industries du pétrole, de la pétrochimie et du gaz naturel —
Matériaux non métalliques en contact avec les fluides relatifs à
la production de pétrole et de gaz —
Partie 2:
Élastomères
1 Domaine d'application
L'ISO 23936 décrit des principes généraux et spécifie des exigences et des recommandations concernant la
sélection et la qualification des matériaux non métalliques pour des équipements utilisés en production de
pétrole et de gaz, lorsque la rupture d'un tel équipement pourrait présenter un risque pour la santé et la
sécurité du public et du personnel ou pour l'environnement. Elle peut également contribuer à éviter des
défaillances des équipements eux-mêmes. Elle complète, sans toutefois s'y substituer, les exigences
concernant les matériaux dans les codes de conception, normes ou réglementations appropriés.
La présente partie de l'ISO 23936 décrit les exigences et les modes opératoires de qualification des matériaux
élastomères utilisés dans les équipements de production de pétrole et de gaz.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. 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 34-1:2010, Caoutchouc vulcanisé ou thermoplastique — Détermination de la résistance au
déchirement — Partie 1: Éprouvettes pantalon, angulaire et croissant
ISO 37, Caoutchouc vulcanisé ou thermoplastique — Détermination des caractéristiques de contrainte-
déformation en traction
ISO 48, Caoutchouc vulcanisé ou thermoplastique — Détermination de la dureté (dureté comprise entre
10 DIDC et 100 DIDC)
ISO 815-1, Caoutchouc vulcanisé ou thermoplastique — Détermination de la déformation rémanente après
compression — Partie 1: À températures ambiantes ou élevées
ISO 2781, Caoutchouc vulcanisé ou thermoplastique — Détermination de la masse volumique
ISO 2921, Caoutchouc vulcanisé — Détermination du retrait à basse température (essai TR)
ISO 3601-3:2005, Transmissions hydrauliques et pneumatiques — Joints toriques — Partie 3: Critères de
qualité
ISO 7619-1, Caoutchouc vulcanisé ou thermoplastique — Détermination de la dureté par pénétration —
Partie 1: Méthode au duromètre (dureté Shore)
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ISO 23936-2:2011(F)
ISO 13628-10:2005, Industries du pétrole et du gaz naturel — Conception et exploitation des systèmes de
production immergés — Partie 10: Spécification pour canalisations flexibles composites
ASTM D297, Standard Test Methods for Rubber Products — Chemical Analysis.
ASTM D395, Standard Test Methods for Rubber Property — Compression Set.
ASTM D412, Standard Test Methods for Vulcanized Rubber and Thermoplastic Elastomers — Tension.
ASTM D624, Standard Test Method for Tear Strength of Conventional Vulcanized Rubber and Thermoplastic
Elastomers.
ASTM D1414, Standard Test Methods for Rubber O-Rings.
ASTM D1415, Standard Test Method for Rubber Property — International Hardness.
ASTM D2240, Standard Test Method for Rubber Property — Durometer Hardness.
API 17K, Specification for Bonded Flexible Pipe.
3 Termes, définitions et abréviations
Pour les besoins du présent document, les termes, définitions et abréviations suivants s'appliquent.
3.1 Termes et définitions
3.1.1
essai accéléré
essai réalisé dans des conditions conçues pour accélérer la détérioration du matériau
NOTE Ceci est généralement accompli en augmentant la température afin d'accélérer les réactions chimiques, la
concentration et les contraintes exercées sur le fluide étant des variables qu'il est également possible de manipuler.
3.1.2
exploitant
personne assurant l'exploitation d'un site, connaissant les paramètres de forage et communiquant ces
informations à l'utilisateur (3.1.15)
NOTE 1 Un site peut être un puits, une ligne de production, une unité, etc.
NOTE 2 Les paramètres de forage peuvent être l'exposition aux fluides, les températures, les pressions, la durée, etc.
3.1.3
déformation rémanente après compression
différence entre la hauteur initiale de l'échantillon et la hauteur après l'essai, divisée par l'interférence,
exprimée en pourcentage
3.1.4
élastomère
caoutchouc
matériau amorphe mécaniquement mélangé à d'autres composants pour former une composition de
caoutchouc qui est ensuite mise en forme par écoulement dans des articles au moyen de procédés de
fabrication par moulage ou extrusion, puis (invariablement) durcie chimiquement à température élevée pour
former un matériau élastique insoluble
3.1.5
fluide
milieu de type gaz, liquide, gaz supercritique ou mélange de ceux-ci
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3.1.6
interférence
différence entre la hauteur initiale de l'échantillon et la hauteur de l'entretoise d'écartement, chaque hauteur
étant mesurée dans la direction de compression
3.1.7
fabricant de composés
fabricant
producteur du matériau élastomère ou de produits semi-finis fabriqués à partir de matériaux élastomères
3.1.8
module
contrainte de traction à un allongement donné
NOTE Dans l'industrie du caoutchouc, le module à un allongement de 50 % est souvent choisi.
3.1.9
polymère
molécule, naturelle ou synthétique, de masse moléculaire élevée dont la structure chimique peut être
représentée par de petites unités répétitives qui forment collectivement des chaînes moléculaires
NOTE Cette classe de matériau comporte trois sous-groupes principaux: les élastomères, les matières
thermoplastiques et les plastiques thermodurcissables.
3.1.10
décompression rapide des gaz
RGD
dépressurisation
décompression explosive
chute de pression rapide dans un système contenant du gaz sous haute pression, qui rompt l'équilibre entre
la pression de gaz externe et la concentration du gaz dissous à l'intérieur d'un polymère, avec pour
conséquence que le gaz en excès cherche des points de sortie dans tout le matériau en entraînant une
dilatation
NOTE Si le matériau est suffisamment grand et si la chute de pression est plus rapide que la vitesse de diffusion
naturelle du gaz, un cloquage ou une rupture peut se produire.
3.1.11
température ambiante
température de (23 2) °C
3.1.12
section transversale du joint
diamètre de section transversale
CSD
hauteur libre d'un joint à température ambiante, mesurée perpendiculairement au diamètre du joint dans la
direction de compression de l'essai
NOTE Le mesurage est effectué en trois positions équidistantes sur la circonférence du joint.
3.1.13
type de joint
modèle de joint ayant une géométrie, une taille et une orientation spécifiées
EXEMPLE Joint torique.
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3.1.14
matière thermoplastique
matière pouvant être ramollie plusieurs fois par la chaleur et durcie par le froid en fonction d'une gamme
caractéristique de températures de la matière plastique et, à l'état de ramollissement, pouvant être mise en
forme de façon répétée pour transformation en objets par moulage, extrusion ou formage
3.1.15
utilisateur
personne chargée de sélectionner les matériaux appropriés pour une opération, en se basant sur les
informations reçues de l'exploitant (3.1.2)
3.1.16
acheteur
partie chargée de se procurer le matériau ou composant élastomère
3.2 Abréviations
BOP bloc d'obturation de puits
BRE élastomères résistant aux bases
COC certificat de conformité
CSD diamètre de section transversale
DMA analyse mécanique dynamique
DMTA analyse thermomécanique dynamique
DSC analyse calorimétrique différentielle
GMPHOM Guide de fabrication et d'achat des flexibles pour amarrage en mer
HNBR caoutchouc nitrile butadiène hydrogéné
HP haute pression
GNL gaz naturel liquéfié
NBR caoutchouc nitrile butadiène
OCIMF Oil Companies International Marine Forum (Forum maritime international des compagnies
pétrolières)
PBR récipient à alésage poli
RGD décompression rapide des gaz (dépressurisation rapide des gaz)
SPS spectroscopie du paramètre de solubilité
TMA analyse thermomécanique
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ISO 23936-2:2011(F)
4 Exigences techniques
Les exigences techniques dépendent des propriétés caractéristiques des matériaux et des essais fonctionnels
spécifiques à une application.
La sélection des élastomères doit être basée sur l'évaluation de leur compatibilité avec le milieu auquel ils
sont exposés, de leur fonctionnalité en service et de la durée de vie théorique. La présente partie de
l'ISO 23936 couvre les essais de matériaux et non les essais fonctionnels. Il convient de considérer les
éléments suivants comme étant appropriés en ce qui concerne les exigences relatives aux composants et de
les évaluer lors de la sélection du matériau:
a) les propriétés physiques et mécaniques adéquates (masse volumique, dureté, résistance à la traction,
allongement à la rupture, module d'élasticité, déformation rémanente après compression, résistance au
déchirement, etc.); propriétés normalisées à partir desquelles les spécifications de conception sont
sélectionnées et pour les aspects d'assurance et de maîtrise de la qualité;
b) la résistance aux événements de RGD; une propriété importante dans les applications d'étanchéité au
gaz à haute pression, couverte en détail dans la présente partie de l'ISO 23936;
c) le comportement à long terme; résistance aux changements chimiques/physiques du matériau; une
caractéristique importante en ce qui concerne l'étanchéité générale dans le secteur du pétrole et du gaz,
couverte dans la présente partie de l'ISO 23936;
d) la flexibilité à basse température; une propriété très importante pour les applications d'étanchéité à basse
température;
e) la perméation du gaz à haute pression pour les grands composants exposés à un fluide de production
gazeux; une propriété très importante pour l'éventuelle montée en pression du gaz dans la structure des
composants (pour les flexibles par exemple);
f) la résistance à une extrusion à haute pression ou à un fluage (essais fonctionnels non couverts par la
présente partie de l'ISO 23936);
g) la résistance à un cycle thermique et un mouvement dynamique (essais fonctionnels non couverts par la
présente partie de l'ISO 23936).
L'Article 2 indique les références des normes pertinentes pour les matériaux élastomères. Les normes
décrivent la méthodologie des essais à réaliser sur des matériaux particuliers. Les conditions et durées des
essais doivent être conformes à celles décrites dans la présente partie de l'ISO 23936 et doivent être
prioritaires lorsque cette dernière s'écarte des normes de référence.
Les objectifs des essais (de vieillissement) à long terme sont décrits dans l'Article 7 et les modes opératoires
détaillés en Annexe A. Les objectifs et les modes opératoires des essais RGD pour les joints toriques
élastomères sont décrits dans l'Article 7 et l'Annexe B.
L'exploitant est tenu de produire toutes les informations nécessaires sur les conditions de service et
l'environnement.
Les informations relatives aux caractéristiques des élastomères sont fournies dans l'Annexe C.
5 Exigences relatives à la documentation
NOTE La documentation requise sur les propriétés des matières thermoplastiques est décrite dans l'ISO 23936-1.
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ISO 23936-2:2011(F)
Le Tableau 1 indique la documentation requise sur les propriétés des matériaux. Il précise également les
exigences relatives à la documentation sur les propriétés et la maîtrise de la qualité. Il doit être possible
d'effectuer un suivi de chaque matériau élastomère jusqu'au fabricant des composés et sa documentation sur
la maîtrise de la qualité telle que prescrite dans le Tableau 1. Chaque lot de matériau doit être au moins
accompagné d'un certificat de conformité (COC) et d'informations de traçabilité.
Le Tableau 1 définit également la quantité de production minimale et les essais de contrôle de la qualité
requis lors de la fabrication des matériaux élastomères. Les modes opératoires finaux, en ce qui concerne les
principaux paramètres et tolérances, doivent être définis à partir des résultats des essais réalisés
conformément à la présente partie de l'ISO 23936.
L'utilisateur doit définir dans la spécification d'achat les exigences nécessaires ainsi que les tolérances.
Les lignes directrices pour la sélection des normes sont indiquées entre parenthèses. Les caractéristiques
non pertinentes au regard des conditions de service attendues et/ou du type de matériau, peuvent être
omises.
Tableau 1 — Documentation requise pour les propriétés des matériaux élastomères
Essais de contrôle
Propriétés Documentation
de la qualité
a c
Masse volumique (ISO 2781 ou ASTM D297)
D B
Dureté (DIDC/Shore A) (ISO 48/ISO 7619-1,
D B
ASTM D2240/ASTM D1415)
Propriétés de traction et d'allongement (ISO 37, ASTM D1414, D B
ASTM D412)
Déformation rémanente après compression (ISO 815-1, D
ASTM D395/ASTM D1414)
Caractéristiques à basse température par DSC, DMA ou TMA D
Résistance au déchirement (ISO 34-1:2010, Méthode A, D
ASTM D624)
Température de retrait (ISO 2921) D
Caractéristiques de vieillissement/RGD (Annexes A/B) D
b
Perméation du gaz à haute pression
DH
a
D: Documentation sur les propriétés à produire pour chaque fournisseur et chaque type de matériau. Les valeurs
nominales doivent être indiquées avec les tolérances (fiche technique).
b
DH: Idem que D, mais spécifiquement en utilisant tous les grands composants exposés à un gaz à haute pression.
c
B: Documentation sur les propriétés à produire pour chaque lot, avec au moins 5 échantillons par essai et par lot et tous
les résultats présentés. Les critères d'acceptation doivent être établis avant l'essai et basés sur les résultats de l'essai de
qualification.
Les essais des propriétés des matériaux peuvent également être omis lorsque les utilisateurs disposent
d'essais fonctionnels documentés basés sur les performances qu'ils utilisent pour approuver les matériaux à
base de caoutchouc.
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6 Exigences relatives aux fabricants
6.1 Exigences générales
Le fabricant est tenu de produire des documents attestant que le matériau a été fabriqué et soumis à essai de
manière appropriée et qu'il a satisfait aux exigences pertinentes de maîtrise de la qualité spécifiées dans la
présente partie de l'ISO 23936.
Les essais doivent être réalisés sur des éprouvettes produites à partir de formulations de caoutchouc
spécifiques et, si possible, suivant des modes opératoires de production. Il convient d'inclure dans le COC au
moins les informations suivantes: masse volumique, dureté du lot, propriétés de traction (modules, résistance,
allongement à la rupture), date de fabrication et procédé de traitement de l'échantillon (lorsque référencé). Il
est également recommandé de faire signer le COC par un représentant du service qualité. Pour des
composants en caoutchouc de grande taille, des essais sur de petits composants doivent convenir pour
établir les propriétés des grands composants, sauf accord contraire entre les parties intéressées.
La présente partie de l'ISO 23936 spécifie les types d'essais qui doivent être exécutés pour documenter
l'adéquation et la compatibilité du matériau avec les fluides d'essai spécifiés dans la présente partie de
l'ISO 23936 et qui sont applicables à l'application prévue.
Les essais doivent s'appliquer aux matériaux élastomères et les résultats doivent être valables tant que les
exigences mentionnées en 6.2 sont satisfaites. Pour les fournitures ultérieures de matériaux identiques
provenant du même fabricant, un contrôle de la qualité de chaque lot de matériau doit être suffisant. Le
Tableau 2 récapitule les modèles de documents d'assurance et de contrôle de la qualité caractéristiques
contenant des données fictives.
Tableau 2 — Informations caractéristiques d'assurance et de contrôle de la qualité
Matériau
Fabricant Acme Seals, Inc
Qualité du composé FabFluoro
Type d'élastomère ASTM D1418-05 FKM Type 3
N° de lot/sous-lot FF2344rw4r/07
Date de traitement Q4 2010
Propriétés caractéristiques Norme applicable Unité Valeur
3
Masse volumique ISO 2781 g/cm 1,8
Dureté ISO 48 DIDC 85
Résistance à la traction ISO 37 MPa 21
Module à 50 % d'allongement ISO 37 MPa 10,1
Module à 100 % d'allongement ISO 37 MPa 18,5
Allongement à la rupture ISO 37 % 125
Il peut ne pas être nécessaire d'exécuter des essais de qualification pour un matériau particulier si une
documentation complète relative à une expérience sur site satisfaisante et pertinente est mise à la disposition
de toutes les parties concernées, ainsi que des enregistrements de production traçables et une
documentation sur la maîtrise de la qualité. Ceci doit faire l'objet d'un accord entre les parties intéressées.
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ISO 23936-2:2011(F)
Une telle documentation doit contenir des informations détaillées sur les conditions sur site telles que le
temps, la température, la pression, la composition du fluide et les produits chimiques ajoutés. Un exploitant
peut, par exemple, fournir de la documentation sur un fonctionnement sans défaut. La température de service
existante enregistrée dans cette documentation doit se situer dans la même plage que pour la nouvelle
application (au maximum 10 °C au-dessous), la pression de service existante ne doit pas être inférieure de
plus de 10 % à celle de la nouvelle application, et la durée de vie actuelle doit représenter au moins 50 % de
la durée de vie théorique.
Le fabricant qui a soumis à essai et qualifié son (des) composé(s) peut faire une déclaration pour le faire
savoir. Une telle déclaration doit stipuler les parties de l'ISO 23936 auxquelles la conformité est revendiquée.
De plus, la déclaration doit spécifier si les essais ont été réalisés conformément à l'Annexe A et/ou l'Annexe B
et définir la composition du fluide, les conditions et la durée totale des essais.
6.2 Validation de la conformité
Les propriétés des élastomères doivent s'appliquer à chaque composé élastomère spécifique produit par
chaque fabricant spécifique. Les données existantes relatives aux élastomères utilisées par un acheteur
peuvent également être acceptées par des acheteurs ultérieurs, sous réserve que les exigences de la
présente partie de l'ISO 23936 restent satisfaites.
Un composé doit être soumis à de nouveaux essais en cas de changement apporté au composé ou au
procédé de fabrication. Si un composé est mélangé et/ou moulé sur différents sites ou dans différentes
usines, une qualification distincte doit être réalisée pour chaque site ou usine.
NOTE Tous les matériaux précédemment approuvés conformément à la norme NORSOK M-710 sont approuvés
conformément à la présente partie de l'ISO 23936.
7 Qualification des matériaux élastomères (vieillissement et RGD)
7.1 Généralités
Les impératifs techniques pour les essais des matériaux élastomères sont scindés en deux parties:
7.2 définit les exige
...
Questions, Comments and Discussion
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