ISO 11114-2:2021

NORME ISO
INTERNATIONALE 11114-2
Troisième édition
2021-10
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
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publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
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Publié en Suisse
ii
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives .1
3 Termes et définitions . 1
4 Matériaux . 2
4.1 Généralités . 2
4.2 Type de matériaux . 2
5 Critères généraux . 3
6 Critères spécifiques .4
6.1 Généralités . 4
6.2 Risques liés à la non-compatibilité . 4
6.2.1 Réaction violente (oxydation/combustion) (F) . 4
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 . 8
7.2.3 Symboles pour les risques liés à la compatibilité . 9
7.2.4 Exemples . 10
7.2.5 Tableaux 1 et 2 . 10
Bibliographie .19
iii
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 (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document
a été rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2
(voir www.iso.org/directives).
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. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion
de l’ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www.iso.org/iso/fr/avant-propos.
Le présent document a été élaboré par le comité ISO/TC 58, Bouteilles à gaz, en collaboration avec le
comité technique CEN/TC 23, Bouteilles à gaz transportables, du Comité européen de normalisation
(CEN), conformément à l’Accord de coopération technique entre l’ISO et le CEN (Accord de Vienne).
Cette troisième édition annule et remplace la deuxième édition (ISO 11114-2:2013), qui a fait l’objet d’une
révision technique. Les principales modifications par rapport à l’édition précédente sont les suivantes:
— de nouveaux matériaux ont été ajoutés dans le Tableau 1;
— le Tableau 2, consacré à la compatibilité pour les liners a été ajouté.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 11114 se trouve sur le site web de l’ISO.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www.iso.org/fr/members.html.
iv
Introduction
Le présent document fournit des recommandations relatives à 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 le présent
document.
Le présent document 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.
Le présent document a été rédigé de manière à pouvoir être cité en référence dans le Règlement type de
[7]
l’ONU .
v
NORME INTERNATIONALE ISO 11114-2:2021(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
Le présent document donne des recommandations pour la sélection et l’évaluation de la compatibilité
entre les matériaux non métalliques des bouteilles à gaz/robinets avec le gaz. Il s’applique également
aux tubes, aux fûts sous pression et aux cadres de bouteilles.
Le présent document couvre les matériaux composites et les matériaux stratifiés utilisés pour les
bouteilles à gaz. Il n’inclut pas les céramiques, les verres ni les adhésifs.
Le présent document traite de l’influence du gaz sur la transformation du matériau ou sur la
modification de ses propriétés mécaniques (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 (en général fournies par le fabricant du matériau), ne sont
donc pas abordées. D’autres aspects, tels que la qualité du gaz fourni, ne sont pas pris en compte.
Les données de compatibilité indiquées se rapportent à des gaz à un composant unique, mais elles
peuvent être applicables aux mélanges gazeux.
Le présent document ne s’applique pas aux fluides cryogéniques (qui font l’objet de la norme ISO 21010).
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences 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 10286, Bouteilles à gaz — Vocabulaire
ISO 10297, Bouteilles à gaz — Robinets de bouteilles — Spécifications et essais de type
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 15001, Matériel d’anesthésie et de réanimation respiratoire — Compatibilité avec l’oxygène
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et les définitions de l’ISO 10286 ainsi que les suivants
s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse https:// www .electropedia .org/
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 particulières éventuellement nécessaires
[SOURCE: ISO 11114‑1:2020, 3.1, modifié — «qualifications» a été ajouté à la définition.]
3.2
acceptable
combinaison satisfaisante de matériau et de gaz, dans les conditions normales d’utilisation, pourvu que
les risques de non-compatibilité indiqués soient pris en considération
Note 1 à l'article: Les conditions normales d’utilisation sont définies à l’Article 5.
Note 2 à l'article: Les risques de non-compatibilité sont exposés dans le Tableau 1.
3.3
inacceptable
combinaison de matériau et d’un gaz pur jugée non sûre, dans les conditions normales d’utilisation
Note 1 à l'article: Pour les mélanges de gaz, des conditions particulières peuvent s’appliquer.
Note 2 à l'article: Les conditions normales d’utilisation sont définies à l’Article 5.
3.4
étanchéité dynamique
matériau non métallique utilisé, en fonctionnement normal, en vue de fournir un joint d’étanchéité
entre deux surfaces 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 et le Tableau 2 pour les liners de bouteilles, 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.
NOTE Lorsque des matières plastiques sont utilisées pour les liners, il est nécessaire d’utiliser des embases
métalliques. Pour la compatibilité des embases métalliques, voir l’ISO 11114-1.
Si des matériaux avec un revêtement sont utilisés, l’adéquation 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 Type 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.
NOTE 1 Des lubrifiants solides sont parfois utilisés, par exemple MoS .
Les matériaux considérés dans le présent document sont les suivants:
a) les plastiques:
— polytétrafluoroéthylène (PTFE);
— polychlorotrifluoroéthylène (PCTFE);
— polyfluorure de vinylidène (PVDF);
— polyamide (PA);
— polypropylène (PP);
— polyéthylène (PE);
NOTE 2 Le PE couvre des types tels que le PEHD (polyéthylène haute densité), le PEMD
(polyéthylène moyenne densité), le PEBD (polyéthylène basse densité), le PER (polyéthylène réticulé),
etc.
— polyéthylène téréphtalate (PET);
— polyétheréthercétone (PEEK);
— polysulfure de propylène (PPS);
— polychlorure de vinyle (PVC);
— polyimide (PI);
— polyoxyméthylène (POM);
b) les élastomères (caoutchouc):
— caoutchouc isobutène - isoprène butyl (IIR);
— caoutchouc nitrile butadiène (NBR);
— caoutchouc chloroprène (CR);
— caoutchouc fluorocarbone (FKM);
— caoutchouc silicone méthyle vinyle (VMQ);
— caoutchouc éthylène-propylène-diène (EPDM);
— caoutchouc polyacrylique (ACM);
— caoutchouc polyuréthane (PUR);
— caoutchouc épichlorhydrine (ECO);
— caoutchouc fluorosilicone (FVMQ);
c) les lubrifiants:
— hydrocarbure (HC);
— fluorocarbone (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 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 (oxydation/combustion)» (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
(oxydation/combustion)» (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 est
destiné à être 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 adéquation 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 caoutchoucs
fluorocarbones). 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 le dioxyde de carbone).
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 défini en 6.2.
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,
ou les deux, 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 (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);
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 suivants prennent leur propre influence relative:
— 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 ou
de gaz oxydants dans un mélange de gaz, ou les deux, 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);
— 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.
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 fournissent une valeur prudente. Certains matériaux non métalliques peuvent être
utilisés en toute sécurité à une pression plus élevée s’ils sont soumis à essai de manière satisfaisante
dans la configuration de conception finale, par exemple dans les régulateurs et les robinets de bouteilles
à gaz. Les robinets des bouteilles destinées à être utilisées pour le service de gaz oxydants doivent être
soumis à essai conformément à l’ISO 10297.
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.
Certains solvants, par exemple l’acétone ou le DMF (diméthylformamide), 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, par exemple
l’attaque chimique des élastomères au silicone par l’ammo
...