Une gamme complète de vannes en PPS pour la gestion des fluides alimentaires et plus encore.
Index :
- 2012 : réduction de la teneur en plomb dans les produits en laiton
- Une nouvelle aventure pour les vannes solénoïdes ODE
- Exigences industrielles
- Sélection du technopolymère pour les nouvelles vannes solénoïdes
- Conception et développement
- Une gamme complète de vannes en technopolymère
2012 : Réduction de la teneur en plomb dans les produits en laiton
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Les préoccupations croissantes concernant la lixiviation de substances toxiques dans les aliments et l’eau potable ont conduit au fil du temps à une série de restrictions concernant la nature de nombreux matériaux utilisés dans le secteur alimentaire et des boissons.
Parmi ceux-ci figure le laiton, qui en 2012 a été examiné par les organismes de surveillance en raison de la présence de plomb dans certaines de ses formulations standard. L’
Le principal problème est le relargage progressif de ce métal lourd dans l’eau en raison de l’action de lavage continue, en particulier pendant la phase initiale d’utilisation des produits en laiton. Ce phénomène, qui peut provoquer une contamination par le plomb à des niveaux bien supérieurs aux limites recommandées par l’OMS, a été étudié par plusieurs instituts internationaux et soumis à des restrictions explicites (voir par exemple la Proposition 65 de l’OEHHA).
L’alternative la plus immédiate à l’OT58 implique l’adoption d’alliages à très faible ou zéro teneur en plomb, spécifiquement pour prévenir toute altération des caractéristiques organoleptiques de l’eau et, surtout, les risques pour la santé. Les alliages de laiton à faible teneur en plomb deviennent ainsi la nouvelle référence pour les applications généralement réservées à l’OT58 dans le secteur de la plomberie et du thermos sanitaire. C’est le bon moment pour explorer des solutions innovantes.
Une nouvelle aventure pour les vannes solénoïdes ODE
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La nécessité de prévenir le relargage de plomb et de nickel dans les applications alimentaires conduit de nombreux utilisateurs traditionnels d’OT58 à envisager de nouveaux choix de matériaux pour la fabrication de composants et d’accessoires.
Parmi les entreprises qui n’hésitent pas à explorer de nouvelles solutions figure l’entreprise italienne ODE (www.ode.it), basée à Colico (LC) et active dans la conception et la fabrication de vannes solénoïdes, de bobines et de systèmes fluidiques utilisés notamment dans la distribution automatique de boissons (vending) et les machines à café.
Pour ODE, fondée dans les années 1960 et traditionnellement fidèle au laiton, la transition vers de nouveaux matériaux représente bien plus qu’un défi technique et d’ingénierie. C’est avant tout un saut culturel et pratique dans un secteur de niche où la fiabilité et la réputation sont très importantes, car la relation avec les clients est directe et les attentes en matière de qualité et de support technique sont extrêmement élevées.
Exigences industrielles
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Les exigences de conception typiques imposées aux vannes sont en effet très rigoureuses, sans aucune possibilité de dérogation.
Tout d’abord, le contact continu avec l’eau potable et d’autres fluides alimentaires. Le matériau doit être compatible avec cette utilisation et certifié par des organismes internationaux accrédités. Il ne peut libérer aucune substance présentant une menace pour la santé humaine ou susceptible d’altérer les caractéristiques organoleptiques et la nature de la boisson.
La deuxième spécification importante concerne la température des fluides présents dans les chambres internes des vannes. Les distributeurs automatiques traitent généralement de l’eau à 95 °C pour la préparation de boissons chaudes. À ces températures, la robustesse et l’intégrité du corps de vanne doivent être garanties. Toute fuite de fluide à travers les joints ou toute perte de pression due à des déformations locales doit absolument être prévenue et évitée.
D’un point de vue mécanique, les contraintes sont considérables en raison de la pression imposée aux liquides. Bien que le processus d’infusion nécessite généralement 16 bars, ODE teste ses dispositifs à plus de 80 bars. La contrainte est appliquée à la fois statiquement et en mode pulsé pendant une période prolongée, simulant les conditions de fonctionnement réelles des vannes solénoïdes.
En tant qu’élément appartenant à un dispositif électromécanique, le corps de vanne doit être résistant aux flammes avec la certification UL de résistance au feu pertinente.
Enfin, la durée de vie et la fréquence d’entretien sont fondamentales, et dans les deux cas, elles devraient être comparables ou supérieures à celles des éléments classiques en laiton.
Sélection du technopolymère pour les nouvelles vannes solénoïdes
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Face à une combinaison aussi complexe d’exigences techniques et au scénario de risque inhérent à toute opération pionnière, l’équipe de conception d’ODE a opté pour un compound thermoplastique de sulfure de polyphénylène (PPS) renforcé de fibres de verre, le LARTON G/40 de LATI.
La décision d’adopter le PPS pour cette génération innovante de vannes en technopolymère a été prise en accord avec les techniciens de LATI après une analyse minutieuse des alternatives possibles, toutes rejetées pour diverses raisons : le PP et le POM pour leurs limites thermiques, le PA pour l’hygroscopicité de la résine, le polyester pour des problèmes d’hydrolyse, le PPA pour des contraintes dimensionnelles et le PEEK pour des contraintes économiques.
Ce choix est étayé par d’innombrables applications réussies de compounds thermoplastiques à base de PPS dans divers secteurs industriels et dans des conditions de travail extrêmes.
La caractéristique la plus intéressante du PPS est certainement sa remarquable résistance aux températures élevées, surpassée uniquement par le PEEK et très peu d’autres polymères, qui sont plus performants mais aussi nettement plus coûteux et complexes du point de vue de la transformation.
Sa nature physico-chimique particulière et sa structure macromoléculaire rendent ce polymère particulièrement adapté au moulage par injection de géométries très complexes à parois minces. Le retrait différentiel est minimal, permettant une précision dimensionnelle souvent exclue pour d’autres résines thermoplastiques.
Extrêmement résistant aux attaques chimiques des agents organiques et inorganiques, même à hautes températures, le PPS est également non hygroscopique, de sorte que ses principales propriétés ne sont pas détériorées suite à une exposition prolongée à l’eau ou à la vapeur.
Grâce à sa résistance intrinsèque aux flammes, le PPS ne nécessite pas d’additifs ignifuges qui pourraient compromettre irrémédiablement non seulement ses propriétés mécaniques, mais surtout son aptitude au contact avec l’eau potable.
Le LARTON G/40 est un compound thermoplastique capable de performances structurelles adaptées aux opérations de remplacement de métaux les plus extrêmes grâce à ses 40 % de fibres de verre courtes et fines, une combinaison qui optimise l’interface renfort-matrice permettant une exploitation totale du système de renforcement. Le module d’élasticité du LARTON G/40 dépasse 17 GPa avec une contrainte de rupture proche de 200 MPa, des valeurs nettement supérieures à celles des polymères vierges et plus que satisfaisantes lorsqu’elles sont associées à des géométries de conception appropriée.
Conception et développement
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Les vérifications de faisabilité initiales sont menées par ODE en collaboration avec LATI par le biais d’analyses FEM, afin d’évaluer l’état de contrainte imposé au matériau de chaque corps de vanne lors de l’application de la pression d’essai à température ambiante. Les 80 bars, répartis sur les surfaces internes des modules à deux et trois voies, se traduisent par des pics de contrainte de Von Mises locaux inférieurs à la limite de sécurité, fixée à 95 MPa après l’introduction d’un coefficient de sécurité composite de 1,8. Les déformations résultantes sont soumises à une évaluation minutieuse pour éviter les fuites à travers les joints d’étanchéité ; les calculs indiquent que les déplacements sous charge sont limités à quelques centièmes de mm.
Selon la pratique courante, des tests en laboratoire sont effectués sur les premiers prototypes – y compris jusqu’à 900 heures de fonctionnement consécutives – essentiels pour affiner la géométrie du corps de vanne, les moules et le processus de production. Dès que les tests sont terminés avec succès, l’approbation est donnée pour la construction du moule.
ODE introduit ainsi, en premier sur le marché, son système de vannes en PPS Made in Italy qui conduira rapidement l’entreprise à devenir un leader du marché dans son secteur
Une gamme complète de vannes en technopolymère
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Plusieurs années se sont écoulées depuis les premières propositions 21JP et 31JP, et le catalogue d’ODE pour le marché des vannes solénoïdes alimentaires comprend désormais plusieurs dizaines de solutions différentes en PPS, PSU, POM et autres technopolymères.
Les caractéristiques du PPS renforcé permettent la gestion de l’eau chaude de qualité alimentaire à 95 °C pour les corps de vannes standard et les éléments certifiés NSF61, ces derniers étant utilisés par exemple dans les distributeurs automatiques de boissons autonomes ou dans les machines du secteur OCS.
Les tests de matériaux révèlent plusieurs atouts supplémentaires. Premièrement, une moindre tendance à la formation de calcaire par rapport aux éléments traditionnels, au bénéfice de la fiabilité et de la durée de vie des équipements sur le marché. Les corps de vannes en PPS permettent également une réduction considérable du poids par rapport au métal, puisque la densité du LARTON G/40 est de 1,67 g/cm³ contre 8,73 g/cm³ pour le laiton. Cela permet également une dissipation thermique réduite et une consommation d’énergie moindre grâce à la conductivité thermique plus faible du polymère par rapport au laiton.
Tous ces aspects permettent aux vannes ODE de s’imposer avec succès dans le secteur HoReCa (Hôtellerie Restauration Cafés) où la distribution de boissons doit répondre aux normes de qualité les plus élevées, y compris un contrôle précis du débit, de la pression et de la température de l’eau chaude.
Les vannes ODE modernes en PPS peuvent également transporter en toute sécurité d’autres fluides, tels que la vapeur à 140 °C, les gaz inertes, l’air comprimé et les liquides alimentaires. Les systèmes en technopolymère d’ODE trouvent ainsi une application réussie dans des secteurs au-delà de la distribution automatique, y compris la pneumatique et l’automatisation industrielle , le médical et la stérilisation.
Particulièrement dans le secteur agroalimentaire, le succès des vannes solénoïdes en technopolymère est consolidé par la conformité aux certifications alimentaires internationales.
Une histoire de succès entièrement Made in Italy, fortement portée par la synergie d’entreprises leaders dans leurs secteurs respectifs.
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