Vo výrobnom priemysle sú inžinieri zodpovední za tesnenie zvyčajne najnáročnejšími členmi projektového tímu.
Keď stroj funguje normálne, nikto na vás nemyslí; ale akonáhle zo zariadenia uniká (voda, olej alebo plyn) u zákazníka, prvou osobou, ktorá sa bude zodpovedať, je nepochybne tesniaci technik.
Stavebný inžinier najprv preskúma rozmery výkopu a potvrdí, že sú presne nakreslené podľa tolerančných špecifikácií. Oddelenie IQC potom overí správu továrne a overí, či produkty dodávané hlavnými výrobcami spĺňajú všetky požadované normy. V konečnom dôsledku zodpovednosť za analýzu porúch padá priamo na tesniaceho technika.
Odstránili ste chybný O-krúžok; jeho povrch bol neporušený, bez trhlín alebo známok chemickej korózie. Jedinou zmenou bolo, že bol sploštený a nebolo možné ho vrátiť do pôvodného tvaru.
V tejto fáze, zameranie sa výlučne na hodnoty pevnosti v ťahu a tvrdosti Shore uvedené v materiálových špecifikáciách dodávateľa, nemusí zlyhať pri identifikácii skutočnej príčiny poruchy.
V oblasti utesnených polymérnych materiálov nie je dlhodobá{0}}tesnosť často určená tvrdosťou materiálu alebo pevnosťou v ťahu, ale často podceňovaným parametrom: kompresným nastavením (CS).
Pozrime sa na tento parameter do hĺbky z troch uhlov pohľadu.
0 1
Pečatenie – čo presne sa pečatí?
Pred diskusiou o tlakovej trvalej deformácii je nevyhnutné opraviť bežnú mechanickú mylnú predstavu: tesnenie sa nespolieha na „blokovanie“, ale na „podporu“.
obrázok
Keď vložíte silikónový O-krúžok do kovovej drážky a utiahnete prírubu, silikón sa stlačí (zvyčajne v pomere 15 % – 30 %).
Silikón je vysoko elastický materiál. Pri stlačení sa jeho molekulárne reťazce násilne zdeformujú, čím sa vytvorí silná odrazová sila (kontaktné napätie), ktorá sa snaží vrátiť do pôvodného stavu.
Táto odrazová sila pevne pôsobí proti kovovej stene; teoreticky, pokiaľ prekročí tlak vnútornej tekutiny, médium nebude unikať vôbec.
Preto podstata tesnenia spočíva v nepretržitom poskytovaní elastickej sily silikónovými molekulovými reťazcami pod tlakom, čo im umožňuje pevne priľnúť ku kovovým povrchom.
0 2
Čo spôsobuje zlyhanie tesnenia?
Keďže tesnenie závisí od vratnej sily, čo sa stane, ak táto sila zmizne?
Čo je to tlaková trvalá deformácia?
Silikónový gél sme sploštili o 25%, piekli v rúre na 120 stupňov 70 hodín, potom sme ho vybrali a nechali vychladnúť a vrátili sa do pôvodného tvaru.
Ak dokáže úplne obnoviť svoju pôvodnú hrúbku, CS=0 % (dokonalý elastomér, ktorý v skutočnosti neexistuje).
Ak sa úplne vyrovná a vôbec sa neobnoví, CS=100 % (čo znamená, že sa stal tuhým plastom).
Prečo sa molekulárne reťazce nemôžu „vrátiť do pôvodného stavu“? Problém je na mikroskopickej úrovni:
Fyzická úroveň – Uvoľnenie stresu a reorganizácia segmentácie reťazca
Silikón vzniká spojením dlhých molekulárnych reťazcov. Pri dlhodobom stláčaní pri vysokých teplotách
Postupným posúvaním a reorganizáciou znižuje svoje vnútorné napätie.
Je to ako rok stláčať nadýchané klbko priadze na spodok škatule-, kým ho vyberiete, už je prispôsobené svojmu sploštenému tvaru a len ťažko môže získať späť svoju pôvodnú nadýchanosť.
Tento fyzický „kompromis“ má za následok postupný pokles odrazovej sily.
Chemická úroveň – Prerušenie a reorganizácia krížových{0}}väzieb
Toto je najkritickejší aspekt. Elasticita silikónu závisí od krížových-väzieb medzi molekulovými reťazcami (ako sú sírne-sirné väzby).
Pri vysokých teplotách a dlhšom stláčaní sa pôvodné krížové{0}}väzby prerušia, čo vedie k strate elastickej trakčnej sily.
Ešte dôležitejšie je, že voľné radikály generované lomom pretvoria{0}}nové krížové{1}}väzby v stlačených podmienkach materiálu-efektívne uzamknú molekulárne reťazce v „plochom stave“. Dokonca aj po odstránení vonkajšej sily tieto nové chemické väzby bránia materiálu vrátiť sa do pôvodnej konfigurácie.
Fyzikálny sklz + chemická rekombinácia=tlaková trvalá deformácia.
Vyššia hodnota CS má za následok plochejší silikónový gél a slabšie kontaktné napätie. Nakoniec, keď sa odrazová sila stane nedostatočnou v porovnaní s tlakom tekutiny, dôjde k úniku.
0 3
Ako by sa to malo riešiť z inžinierskeho hľadiska?
Teraz, keď rozumieme základným mechanizmom, ako sa môžeme vyhnúť tomuto riziku pri navrhovaní tesnení a výbere materiálov?
1. Pri interpretácii údajov CS si vždy ujasnite podmienky testovania.
Tabuľka fyzikálnych vlastností poskytnutá dodávateľom často uvádza „trvalá deformácia pri stlačení: 25 %.Pri akej teplote, pri akom kompresnom pomere a ako dlho však tieto merania prebiehali?
Ak je hodnota CS nameraná pri 25 % pri 100 stupňoch, môže sa v skutočných prevádzkových podmienkach 150 stupňov zvýšiť o viac ako 50 % v dôsledku zrýchleného tepelného a oxidačného starnutia.
Kľúčovou požiadavkou je, že pri vyhodnocovaní hodnoty CS nesmie byť testovacia teplota nižšia ako maximálna prevádzková teplota produktu a test musí trvať minimálne 70 hodín alebo 168 hodín. Iba takéto údaje môžu slúžiť ako platná referencia pre výber.
2. Namiesto slepého zvyšovania tvrdosti sa zamerajte na systém krížových{1}}väzieb
Ak hodnota CS nespĺňa požiadavky, nepokúšajte sa to kompenzovať zvýšením tvrdosti silikónového gélu-tvrdosť nemôže zvrátiť trvalú deformáciu. Namiesto toho by mal byť zásah zameraný na systém chemických krížových-spojení materiálu.
Ako príklad uvedieme NBR alebo EPDM: tradičné systémy vulkanizácie síry vytvárajú sírne-sirné väzby s nízkou energiou väzby, ktoré sú náchylné na zlomenie a pretvorenie pri vysokých teplotách, čo vedie k nízkym hodnotám CS.
Prijatím systému peroxidovej vulkanizácie sa vytvárajú uhlíkové-uhlíkové jednoduché väzby, ktoré vykazujú vysokú energiu väzby a sú odolné voči štiepeniu a rekombinácii pri vysoko{1}}teplotnej kompresii, čím sa výrazne znižuje trvalá deformácia stlačením.
Kompromisom-je zníženie odolnosti proti roztrhnutiu peroxidových-vulkanizovaných materiálov. Predstavuje to typickú rovnováhu medzi dosiahnutím „ne-trhateľnosti“ a zachovaním „odrazových vlastností“.
3. Kompenzácia útlmu materiálu CS prostredníctvom konštrukčného návrhu
Ak bola hodnota CS materiálu optimalizovaná na jeho fyzikálny limit (napr. 30 %), ako môžeme zabezpečiť nepretržitý tesniaci výkon počas-dlhodobého používania?
Keďže vieme, že stratí určitú pružnosť, mali by sme túto stratu zahrnúť do kompresného príspevku pri navrhovaní rozmerov drážky.
Kompresný pomer však nemožno zvyšovať donekonečna. Keď je rýchlosť kompresie príliš vysoká (presahujúca 40 %), vnútorné napätie v polyméri exponenciálne narastá, čo vedie k predčasnému mechanickému zlomeniu molekulových reťazcov a následne k urýchleniu zhoršovania CS.
Najefektívnejším prístupom pre stavebných inžinierov a materiálových inžinierov je spoločne odvodiť toleranciu drážky na základe krivky uvoľnenia napätia-takú, ktorá neohrozuje integritu silikónu ani nedokáže po desiatich rokoch udržať dostatočný pomer tesniaceho tlaku.
Vytvorenie pečate v podstate znamená stať sa priateľom aj nepriateľom času.
Skutočný tesniaci technik sa nezameriava len na zabezpečenie vodotesného tesnenia v momente dokončenia montáže.
Ich obava spočíva v tom, či po troch, piatich alebo dokonca desiatich rokoch-pri opakovanom vystavení vysokým teplotám a intenzívnemu tlaku-zostane molekulárny reťazec stále pevne spojený s kovovým povrchom.
Ak máte tesnenie, ktoré opakovane presakuje, ale nedokážete identifikovať príčinu, alebo sa vám tabuľky vlastností dodávateľa zdajú mätúce,-kľudne sa obráťte na nášho predajcu so svojimi výkresmi a neúspešnými vzorkami.