В обрабатывающей промышленности инженеры, отвечающие за герметизацию, обычно являются наиболее требовательными членами проектной группы.
Когда машина работает нормально, о вас никто не думает; но как только в оборудовании возникают утечки (воды, масла или газа) на площадке заказчика, первым, кто несет ответственность, несомненно, является инженер по герметизации.
Инженер-строитель сначала проверяет размеры траншеи, подтверждая, что они точно нарисованы в соответствии со спецификациями допусков. Затем отдел IQC проверяет заводской отчет, проверяя, соответствует ли продукция, поставляемая крупными производителями, всем необходимым стандартам. В конечном итоге ответственность за анализ неисправностей ложится исключительно на инженера по герметизации.
Вы удалили дефектное уплотнительное-кольцо; его поверхность была неповрежденной, без трещин и признаков химической коррозии. Единственное изменение заключалось в том, что он был сплющен и не мог быть восстановлен в первоначальной форме.
На этом этапе, сосредоточив внимание исключительно на значениях прочности на разрыв и твердости по Шору, указанных в спецификациях материалов поставщика, можно не выявить фактическую причину неисправности.
В области герметичных полимерных материалов долгосрочные-герметизирующие характеристики часто определяются не твердостью материала или прочностью на растяжение, а часто недооцениваемым параметром: остаточной деформацией при сжатии (CS).
Давайте рассмотрим этот параметр более подробно с трех точек зрения.
0 1
Герметизация – что именно герметизируется?
Прежде чем обсуждать остаточную деформацию сжатия, важно исправить распространенное механическое заблуждение: герметизация основана не на «блокировке», а на «поддержке».
картина
Когда вы вставляете силиконовое уплотнительное-кольцо в металлическую канавку и затягиваете фланец, силикон сжимается (обычно в соотношении 15–30%).
Силикон – очень эластичный материал. При сжатии его молекулярные цепи принудительно деформируются, создавая сильную силу отскока (контактное напряжение), которая стремится вернуться в исходное состояние.
Эта сила отскока твердо противостоит металлической стенке; теоретически, пока оно превышает давление внутренней жидкости, среда вообще не будет протекать.
Таким образом, суть герметизации заключается в непрерывном обеспечении упругой силы силиконовыми молекулярными цепочками при сжатии, что позволяет им прочно прилипать к металлическим поверхностям.
0 2
Что является причиной нарушения герметичности?
Поскольку уплотнение основано на восстанавливающей силе, что произойдет, если эта сила исчезнет?
Что такое остаточная деформация сжатия?
Мы расплющили силиконовый гель на 25%, запекали его в духовке при температуре 120 градусов в течение 70 часов, затем вынули и дали ему остыть и вернуться в первоначальную форму.
Если он сможет полностью восстановить свою первоначальную толщину, CS=0% (идеальный эластомер, которого в реальности не существует).
Если он полностью сплющивается и вообще не восстанавливается, CS=100% (что указывает на то, что он стал твердым пластиком).
Почему молекулярные цепи не могут «вернуться в исходное состояние»? Проблема лежит на микроскопическом уровне:
Физический уровень – релаксация напряжений и реорганизация сегментации цепи.
Силикон образуется путем переплетения длинных молекулярных цепей. При длительном сжатии при высоких температурах
Оно снижает свое внутреннее напряжение за счет постепенного скольжения и реорганизации.
Это все равно, что целый год прижимать пушистый клубок пряжи на дне коробки.-К тому времени, как вы его достанете, он уже примет свою сплющенную форму и с трудом сможет вернуть себе первоначальную пушистость.
Этот физический «компромисс» приводит к постепенному снижению силы отскока.
Химический уровень – разрыв и реорганизация поперечных-сшивающих связей.
Это наиболее критический аспект. Эластичность силикона зависит от поперечных-связывающих связей между молекулярными цепями (например, связей серы-серы).
При высоких температурах и длительном сжатии первоначальные поперечные-сшивающие связи разрываются, что приводит к потере упругой силы тяги.
Что еще более важно, свободные радикалы, образующиеся при разрушении, будут -образовывать новые поперечные-сшитые связи в условиях сжатия материала,-эффективно фиксируя молекулярные цепи в "плоском состоянии". Даже после того, как внешняя сила устранена, эти новые химические связи не позволяют материалу вернуться в исходную конфигурацию.
Физическое скольжение + химическая рекомбинация=остаточная деформация сжатия.
Более высокое значение CS приводит к более плоскому силиконовому гелю и снижению контактного напряжения. В конце концов, когда сила отскока становится недостаточной по сравнению с давлением жидкости, происходит утечка.
0 3
Как это решить с инженерной точки зрения?
Теперь, когда мы понимаем основные механизмы, как мы можем избежать этого риска при разработке уплотнений и выборе материалов?
1. При интерпретации данных КС всегда уточняйте условия тестирования.
В таблице физических свойств, предоставленной поставщиком, часто указывается «остаточная деформация при сжатии: 25 %».Однако при какой температуре, при какой степени сжатия и в течение какого времени проводились эти измерения?
Если значение CS измерено на уровне 25% при 100 градусах, оно может вырасти до более чем 50% в реальных условиях эксплуатации при 150 градусах из-за ускоренного термического и окислительного старения.
Ключевым требованием является то, что при оценке значения CS температура испытания не должна быть ниже максимальной рабочей температуры изделия, а продолжительность испытания должна составлять не менее 70 часов или 168 часов. Только такие данные могут служить действительным ориентиром для выбора.
2. Сосредоточьтесь на системе перекрестных-сшивок, а не на слепом повышении жесткости.
Если значение CS не соответствует требованиям, не пытайтесь компенсировать это увеличением твердости силиконового геля.-твердость не может обратить вспять остаточную деформацию. Вместо этого вмешательство должно быть направлено на химическую систему поперечных-сшивок материала.
Возьмем в качестве примера NBR или EPDM: традиционные системы серной вулканизации образуют серные-серные связи с низкой энергией связи, которые склонны к разрыву и реформированию при высоких температурах, что приводит к плохим значениям CS.
При использовании системы пероксидной вулканизации образуются одинарные углерод-углеродные связи, которые обладают высокой энергией связи и устойчивы к расщеплению и рекомбинации при высоко-температурном сжатии, тем самым значительно уменьшая остаточную деформацию сжатия.
Компромисс-это снижение сопротивления разрыву пероксидных-вулканизированных материалов. Это представляет собой типичный баланс между достижением «не-раздираемости» и сохранением «свойств отскока».
3. Компенсация материального затухания CS посредством конструктивного проектирования.
Если значение CS материала оптимизировано до физического предела (например, 30%), как мы можем обеспечить постоянную эффективность герметизации в течение длительного-временного использования?
Поскольку мы знаем, что он потеряет некоторую упругость, нам следует учесть эту потерю в допуске на сжатие при расчете размеров канавки.
Однако степень сжатия не может увеличиваться бесконечно. Когда степень сжатия чрезмерно высока (более 40%), внутреннее напряжение внутри полимера возрастает экспоненциально, что приводит к преждевременному механическому разрушению молекулярных цепей и, как следствие, к ускорению разрушения CS.
Самый эффективный подход – совместное определение допуска инженерами-строителями и инженерами-материалистами на основе кривой релаксации напряжений-, которая не нарушает целостность силикона и не обеспечивает сохранение достаточного коэффициента давления уплотнения через десять лет.
Создать печать, по сути, означает стать одновременно другом и врагом времени.
Настоящий инженер по герметизации не фокусируется исключительно на обеспечении водонепроницаемости в момент завершения сборки.
Их беспокоит вопрос, останется ли после трех, пяти или даже десяти лет-повторного воздействия высоких температур и сильного давления-молекулярная цепь прочно прикрепленной к поверхности металла.
Если у вас есть уплотнение, которое постоянно протекает, но вы не можете определить причину, или если таблицы свойств поставщика вас сбивают с толку,-не стесняйтесь обращаться к нашему инженеру по продажам, предоставив свои чертежи и неисправные образцы.