У виробничій промисловості інженери, відповідальні за герметизацію, зазвичай є найвибагливішими членами проектної групи.
Коли машина працює нормально, про вас ніхто не думає; але як тільки обладнання починає витікати (води, нафти або газу) на місці замовника, першою особою, яка несе відповідальність, безсумнівно, є інженер з ущільнення.
Інженер-конструктор спочатку перевіряє розміри траншеї, підтверджуючи, що вони точно нанесені відповідно до специфікацій допуску. Потім відділ IQC перевіряє заводський звіт, підтверджуючи, що продукція, що поставляється основними виробниками, відповідає всім необхідним стандартам. Зрештою, відповідальність за аналіз несправностей лягає безпосередньо на інженера з ущільнення.
Ви зняли дефектне ущільнювальне кільце; його поверхня була цілою, без тріщин або ознак хімічної корозії. Єдина зміна полягала в тому, що він був сплющений і не міг бути відновлений у своїй первісній формі.
На цьому етапі зосередження лише на значеннях міцності на розрив і твердості за Шором, зазначених у специфікаціях матеріалів постачальника, може не визначити справжню причину несправності.
У царині герметичних полімерних матеріалів довгострокова-ефективність герметизації часто визначається не твердістю матеріалу чи міцністю на розтяг, а часто недооцінюваним параметром: остаточною тривалістю стиску (CS).
Давайте детально дослідимо цей параметр з трьох точок зору.
0 1
Пломбування – що саме пломбується?
Перш ніж обговорювати постійну деформацію при стисненні, важливо виправити поширену механічну помилку: ущільнення залежить не від «блокування», а від «підтримки».
малюнок
Коли ви вставляєте силіконове ущільнювальне -кільце в металеву канавку та затягуєте фланець, силікон стискається (зазвичай на 15–30%).
Силікон - високоеластичний матеріал. При стисненні його молекулярні ланцюги примусово спотворюються, створюючи сильну силу відскоку (контактне напруження), яка прагне повернутися до свого початкового стану.
Ця сила відскоку міцно протистоїть металевій стінці; теоретично, доки він перевищує тиск внутрішньої рідини, середовище взагалі не витікає.
Таким чином, суть герметизації полягає в безперервному забезпеченні сили пружності силіконовими молекулярними ланцюжками під час стиснення, що дозволяє їм міцно прилипати до металевих поверхонь.
0 2
Що викликає поломку ущільнення?
Оскільки запечатування залежить від сили відновлення, що станеться, якщо ця сила зникне?
Що таке остаточна деформація стиснення?
Ми розрівняли силіконовий гель на 25%, випікали його в духовці при 120 градусах протягом 70 годин, потім вийняли та дали йому охолонути та повернутися до початкової форми.
Якщо він може повністю відновити свою початкову товщину, CS=0% (ідеальний еластомер, якого насправді не існує).
Якщо він повністю сплющується і зовсім не відновлюється, CS=100% (вказує на те, що він став твердим пластиком).
Чому молекулярні ланцюги не можуть «повернутися до початкового стану»? Проблема криється на мікроскопічному рівні:
Фізичний рівень – послаблення стресу та реорганізація сегментації ланцюга
Силікон утворюється шляхом зчеплення довгих молекулярних ланцюгів. При тривалому стисненні при високих температурах,
Він зменшує внутрішню напругу шляхом поступового ковзання та реорганізації.
Це схоже на цілий рік тиснути пухнастий клубок пряжі на дно коробки-доки ви його дістаєте, він уже пристосувався до своєї сплющеної форми й навряд чи може відновити свою первісну пухнастість.
Цей фізичний «компроміс» призводить до поступового зниження сили відскоку.
Хімічний рівень – розрив і реорганізація перехресних-зв’язків
Це найбільш критичний аспект. Еластичність силікону залежить від перехресних -зв’язків між молекулярними ланцюгами (таких як сірка-сірка).
Під високими температурами та тривалим стисненням оригінальні перехресні -зв’язки розриваються, що призводить до втрати пружної сили тяги.
Ще важливіше те, що вільні радикали, які утворюються внаслідок розриву, відновлять -нові перехресні-зв’язки в умовах стиснення матеріалу,-ефективно блокуючи молекулярні ланцюги в «плоскому стані». Навіть після усунення зовнішньої сили ці нові хімічні зв’язки перешкоджають поверненню матеріалу до початкової конфігурації.
Фізичне ковзання + хімічна рекомбінація=остаточна деформація стиснення.
Більш високе значення CS призводить до більш плоского силіконового гелю та меншої контактної напруги. Зрештою, коли сила відскоку стає недостатньою порівняно з тиском рідини, виникає витік.
0 3
Як це вирішити з інженерної точки зору?
Тепер, коли ми розуміємо механізми, що лежать в основі, як ми можемо уникнути цього ризику при проектуванні пломб і виборі матеріалів?
1. Інтерпретуючи дані CS, завжди уточнюйте умови тестування.
У таблиці фізичних властивостей, наданій постачальником, часто вказується «постійна деформація під час стиснення: 25%».Однак при якій температурі, за якого ступеня стиснення та як довго проводилися ці вимірювання?
Якщо значення CS виміряно на рівні 25% при 100 градусах, воно може перевищити 50% за фактичних робочих умов 150 градусів через прискорене термічне та окисне старіння.
Ключовою вимогою є те, що під час оцінки значення CS температура випробування не повинна бути нижчою за максимальну робочу температуру виробу, а тривалість випробування має становити не менше 70 годин або 168 годин. Тільки такі дані можуть служити вірним орієнтиром для вибору.
2. Зосередьтеся на системі перехресних{1}}зв’язків, а не на сліпому збільшенні жорсткості
Якщо значення CS не відповідає вимогам, не намагайтеся це компенсувати збільшенням твердості силіконового гелю-твердість не може усунути остаточну деформацію. Натомість втручання має бути спрямоване на систему хімічного перехресного-зшивання матеріалу.
Візьмемо NBR або EPDM як приклад: традиційні системи сірчаної вулканізації утворюють сірчані -зв’язки з низькою енергією зв’язку, які схильні до розриву та перетворення за високих температур, що призводить до низьких значень CS.
Завдяки застосуванню системи пероксидної вулканізації утворюються вуглець-вуглецеві одинарні зв’язки, які виявляють високу енергію зв’язку та є стійкими до розщеплення та рекомбінації під високо-температурним стисненням, таким чином значно зменшуючи постійну деформацію стиснення.
Компроміс-полягає в зниженні стійкості до розриву вулканізованих пероксид{1}}матеріалів. Це являє собою типовий баланс між досягненням "не-розривності" та збереженням "властивостей відскоку".
3. Компенсація загасання CS матеріалу за допомогою структурного дизайну
Якщо значення CS матеріалу було оптимізовано до його фізичної межі (наприклад, 30%), як ми можемо забезпечити постійну ефективність герметизації протягом-тривалого використання?
Оскільки ми знаємо, що він втратить певну пружність, ми повинні включити цю втрату в допуск на стиснення при проектуванні розмірів канавки.
Однак ступінь стиснення не можна нескінченно збільшувати. Коли швидкість стиснення є надмірно високою (перевищує 40%), внутрішня напруга всередині полімеру зростає експоненціально, що призводить до передчасного механічного руйнування молекулярних ланцюгів і, як наслідок, прискорює погіршення CS.
Найефективніший підхід полягає в тому, щоб інженери-конструктори та інженери-матеріали спільно визначали допуск канавки на основі кривої релаксації напруги-такий, який не порушує цілісність силікону та не підтримує достатній коефіцієнт тиску ущільнення через десять років.
Створити печатку, по суті, означає стати одночасно другом і ворогом часу.
Справжній інженер з герметизації не зосереджується лише на забезпеченні водонепроникності на момент завершення складання.
Їхнє занепокоєння полягає в тому, чи залишатиметься молекулярний ланцюг міцно прикріпленим до поверхні металу через три, п’ять або навіть десять років-під повторним впливом високих температур і сильного тиску-.
Якщо у вас постійно протікає пломба, але ви не можете визначити причину, або ви вважаєте, що таблиці властивостей постачальника плутають-, зв’яжіться з нашим інженером із продажу, надавши свої креслення та невдалі зразки.