Ve zpracovatelském průmyslu jsou inženýři odpovědní za těsnění obvykle nejnáročnějšími členy projektového týmu.
Když stroj normálně funguje, nikdo na vás nemyslí; jakmile však u zařízení dojde k únikům (vody, oleje nebo plynu) v místě zákazníka, první osobou, která se bude zodpovídat, je nepochybně těsnící technik.
Statik nejprve prozkoumá rozměry výkopu a potvrdí, že jsou přesně nakresleny podle specifikací tolerance. Oddělení IQC pak ověří tovární zprávu a ověří, že produkty dodávané hlavními výrobci splňují všechny požadované normy. Odpovědnost za analýzu poruch nakonec leží přímo na těsnícím technikovi.
Odstranili jste vadný O-kroužek; jeho povrch byl neporušený, bez prasklin nebo známek chemické koroze. Jedinou změnou bylo, že byl zploštělý a nebylo možné jej vrátit do původního tvaru.
V této fázi nemusí zaměření pouze na hodnoty pevnosti v tahu a tvrdosti Shore uvedené v materiálových specifikacích dodavatele selhat při identifikaci skutečné příčiny poruchy.
V oblasti utěsněných polymerních materiálů není dlouhodobá-těsnost často určena tvrdostí materiálu nebo pevností v tahu, ale často podceňovaným parametrem: kompresním nastavením (CS).
Pojďme tento parametr prozkoumat do hloubky ze tří pohledů.
0 1
Těsnění – co přesně se pečetí?
Před diskusí o tlakové trvalé deformaci je nezbytné opravit běžnou mechanickou mylnou představu: těsnění nespoléhá na „blokování“, ale na „podepření“.
obrázek
Když vložíte silikonový O-kroužek do kovové drážky a utáhnete přírubu, silikon se stlačí (obvykle v poměru 15 %–30 %).
Silikon je vysoce elastický materiál. Při stlačení jsou jeho molekulární řetězce násilně deformovány, čímž vzniká silná odrazová síla (kontaktní napětí), která se snaží vrátit do původního stavu.
Tato odrazová síla pevně působí proti kovové stěně; teoreticky, dokud překročí tlak vnitřní tekutiny, médium nebude unikat vůbec.
Podstata těsnění proto spočívá v nepřetržitém poskytování elastické síly silikonovými molekulovými řetězci pod tlakem, což jim umožňuje pevně přilnout ke kovovým povrchům.
0 2
Co způsobuje selhání těsnění?
Protože těsnění závisí na vratné síle, co se stane, když tato síla zmizí?
Co je tlaková trvalá deformace?
Silikonový gel jsme zploštili o 25 %, zapékali v troubě na 120 stupňů po dobu 70 hodin, poté vyjmuli a nechali vychladnout a vrátit se do původního tvaru.
Pokud dokáže plně obnovit svou původní tloušťku, CS=0 % (dokonalý elastomer, který ve skutečnosti neexistuje).
Pokud se zcela zploští a vůbec se neobnoví, CS=100 % (což znamená, že se stal tuhým plastem).
Proč se molekulární řetězce nemohou "vrátit do původního stavu"? Problém je na mikroskopické úrovni:
Fyzická úroveň – Uvolnění stresu a reorganizace segmentace řetězce
Silikon vzniká spojením dlouhých molekulárních řetězců. Při dlouhodobém stlačení při vysokých teplotách,
Postupným klouzáním a reorganizací snižuje jeho vnitřní napětí.
Je to jako stlačit nadýchanou kouli příze na dno krabice po dobu jednoho roku,-ve chvíli, kdy ji vyjmete, je již přizpůsobena svému zploštělému tvaru a jen stěží může znovu získat svou původní nadýchanost.
Tento fyzický „kompromis“ má za následek postupný pokles odrazové síly.
Chemická úroveň – Rozbití a reorganizace-spojovacích vazeb
Toto je nejkritičtější aspekt. Elasticita silikonu závisí na křížových-vazbách mezi molekulárními řetězci (jako jsou sirné-sirné vazby).
Při vysokých teplotách a dlouhodobém stlačení se původní zesíťované spoje rozbijí, což vede ke ztrátě elastické tažné síly.
Ještě důležitější je, že volné radikály generované lomem přemění -nové zesíťované-vazby za stlačených podmínek materiálu- a účinně uzamknou molekulární řetězce v „plochém stavu“. I po odstranění vnější síly tyto nové chemické vazby brání materiálu v návratu do původní konfigurace.
Fyzikální skluz + chemická rekombinace=tlaková trvalá deformace.
Vyšší hodnota CS má za následek plošší silikonový gel a slabší kontaktní napětí. Nakonec, když se odrazová síla stane ve srovnání s tlakem tekutiny nedostatečná, dojde k úniku.
0 3
Jak by se to mělo řešit z inženýrského hlediska?
Nyní, když rozumíme základním mechanismům, jak se můžeme tomuto riziku vyhnout při navrhování těsnění a výběru materiálů?
1. Při interpretaci dat CS vždy ujasněte podmínky testování.
Tabulka fyzikálních vlastností poskytnutá dodavatelem často uvádí „trvalá deformace pod tlakem: 25 %.Při jaké teplotě, při jakém kompresním poměru a jak dlouho byla tato měření provedena?
Pokud je hodnota CS naměřena na 25 % při 100 stupních, může za skutečných provozních podmínek 150 stupňů překročit 50 % v důsledku zrychleného tepelného a oxidačního stárnutí.
Klíčovým požadavkem je, že při vyhodnocování hodnoty CS nesmí být zkušební teplota nižší než maximální provozní teplota výrobku a doba trvání zkoušky musí být alespoň 70 hodin nebo 168 hodin. Pouze taková data mohou sloužit jako platná reference pro výběr.
2. Místo slepého zvyšování tvrdosti se zaměřte na systém-křížových vazeb
Pokud hodnota CS nesplňuje požadavky, nepokoušejte se to kompenzovat zvýšením tvrdosti silikonového gelu-tvrdost nemůže zvrátit trvalou deformaci. Místo toho by měl být zásah zaměřen na systém chemického křížového-síťování materiálu.
Vezměme si jako příklady NBR nebo EPDM: tradiční systémy vulkanizace sírou vytvářejí sirné-sirné vazby s nízkou energií vazby, které jsou náchylné k rozbití a přetvoření při vysokých teplotách, což vede ke špatným hodnotám CS.
Přijetím peroxidového vulkanizačního systému se vytvářejí uhlíkové-uhlíkové jednoduché vazby, které vykazují vysokou vazebnou energii a jsou odolné vůči štěpení a rekombinaci při vysokoteplotní kompresi, čímž se výrazně snižuje trvalá deformace stlačením.
Kompromisem-je snížení odolnosti proti roztržení u peroxidových-vulkanizovaných materiálů. To představuje typickou rovnováhu mezi dosažením „netrhatelnosti“ a zachováním „odrazových vlastností“.
3. Kompenzace útlumu materiálu CS prostřednictvím konstrukčního návrhu
Pokud byla hodnota CS materiálu optimalizována na jeho fyzikální limit (např. 30 %), jak můžeme zajistit nepřetržitý těsnicí výkon při-dlouhodobém používání?
Protože víme, že ztratí určitou pružnost, měli bychom tuto ztrátu zahrnout do přídavku na stlačení při navrhování rozměrů drážky.
Kompresní poměr však nelze zvyšovat donekonečna. Když je rychlost komprese příliš vysoká (přesahující 40 %), vnitřní napětí v polymeru exponenciálně narůstá, což vede k předčasnému mechanickému lomu molekulárních řetězců a následně k urychlení zhoršování CS.
Nejúčinnějším přístupem je, aby stavební inženýři a materiáloví inženýři společně odvodili toleranci drážky na základě křivky relaxace napětí,-která nenarušuje integritu silikonu ani nedokáže po deseti letech udržet dostatečný těsnící tlakový poměr.
Vytvořit pečeť v podstatě znamená stát se přítelem i nepřítelem času.
Skutečný těsnící technik se nezaměřuje pouze na zajištění vodotěsného těsnění v okamžiku dokončení montáže.
Jejich starost spočívá v tom, zda po třech, pěti nebo dokonce deseti letech-při opakovaném vystavení vysokým teplotám a intenzivnímu tlaku- zůstane molekulární řetězec stále pevně připojen ke kovovému povrchu.
Pokud máte těsnění, které opakovaně prosakuje, ale nedokážete určit příčinu nebo vám tabulky vlastností dodavatele připadají matoucí-, obraťte se s vašimi výkresy a neúspěšnými vzorky na našeho prodejního technika.