În industria de producție, inginerii responsabili cu etanșarea sunt de obicei cei mai pretențioși membri ai unei echipe de proiect.
Când mașina funcționează normal, nimeni nu se gândește la tine; dar odată ce echipamentul dezvoltă scurgeri (de apă, ulei sau gaz) la locul clientului, prima persoană trasă la răspundere este, fără îndoială, inginerul de etanșare.
Inginerul structural examinează mai întâi dimensiunile șanțului, confirmând că acestea sunt desenate cu precizie conform specificațiilor de toleranță. Departamentul IQC verifică apoi raportul fabricii, verificând dacă produsele furnizate de producătorii importanți îndeplinesc toate standardele cerute. În cele din urmă, responsabilitatea analizei defecțiunilor revine în mod direct inginerului de etanșare.
Ați îndepărtat inelul O-defect; suprafața sa era intactă, lipsită de fisuri sau semne de coroziune chimică. Singura modificare a fost că a fost aplatizată și nu a putut fi restaurată la forma sa inițială.
În această etapă, concentrarea exclusiv asupra rezistenței la tracțiune și a valorilor de duritate Shore enumerate în specificațiile materialelor furnizorului poate să nu identifice cauza reală a defecțiunii.
În domeniul materialelor polimerice sigilate, performanța de etanșare-pe termen lung este adesea determinată nu de duritatea materialului sau de rezistența la tracțiune, ci de un parametru adesea subestimat: setul de compresie (CS).
Să explorăm acest parametru în profunzime din trei perspective.
0 1
Sigilarea – ce anume este sigilarea?
Înainte de a discuta despre deformarea permanentă prin compresiune, este esențial să corectăm o concepție greșită mecanică comună: etanșarea se bazează nu pe „blocare”, ci pe „suport”.
imagine
Când introduceți un inel O-de silicon în canelura metalică și strângeți flanșa, siliconul este comprimat (de obicei, la un raport de 15%–30%).
Siliconul este un material foarte elastic. Când sunt comprimate, lanțurile sale moleculare sunt distorsionate forțat, generând o forță puternică de rebound (stres de contact) care încearcă să revină la starea inițială.
Această forță de rebound se opune ferm peretelui metalic; teoretic, atâta timp cât depășește presiunea fluidului intern, mediul nu se va scurge deloc.
Prin urmare, esența etanșării constă în furnizarea continuă de forță elastică de către lanțurile moleculare de silicon sub compresie, permițându-le să adere ferm la suprafețele metalice.
0 2
Ce cauzează defectarea etanșării?
Deoarece etanșarea se bazează pe forța de restabilire, ce se întâmplă dacă această forță dispare?
Ce este deformarea permanentă compresivă?
Am aplatizat gelul de silicon cu 25%, l-am copt la cuptor la 120 de grade timp de 70 de ore, apoi l-am scos si l-am lasat sa se raceasca si sa revina la forma initiala.
Dacă își poate restabili complet grosimea inițială, CS=0% (un elastomer perfect care nu există în realitate).
Dacă se aplatizează complet și nu se recuperează deloc, CS=100% (indicând că a devenit plastic rigid).
De ce lanțurile moleculare nu pot „reveni la starea inițială”? Problema se află la nivel microscopic:
Nivel fizic – relaxarea stresului și reorganizarea segmentării în lanț
Siliconul este format prin interconectarea lanțurilor moleculare lungi. Când este supus unei compresii prelungite la temperaturi ridicate,
Își reduce stresul intern prin alunecare treptată și reorganizare.
Este ca și cum ai apăsa o minge de fire pufoasă pe fundul unei cutii timp de un an-în momentul în care o scoți, este deja adaptată la forma sa turtită și cu greu își poate recăpăta pufoasa inițială.
Acest „compromis” fizic are ca rezultat o scădere treptată a forței de rebound.
Nivel chimic – Ruperea și reorganizarea legăturilor încrucișate-
Acesta este aspectul cel mai critic. Elasticitatea siliconului se bazează pe legăturile-încrucișate dintre lanțurile moleculare (cum ar fi legăturile de sulf-sulf).
La temperaturi ridicate și la compresie prelungită, legăturile inițiale{0}}încrucișate se rup, ducând la pierderea forței elastice de tracțiune.
Mai critic, radicalii liberi generați de fractură vor re-forma noi legături-încrucișate în condiții comprimate ale materialului-blocând eficient lanțurile moleculare într-o „stare plată”. Chiar și după ce forța externă este îndepărtată, aceste noi legături chimice împiedică materialul să revină la configurația inițială.
Alunecare fizică + recombinare chimică=deformare permanentă compresivă.
O valoare CS mai mare are ca rezultat un gel de silicon mai plat și un stres de contact mai slab. În cele din urmă, atunci când forța de rebound devine insuficientă în comparație cu presiunea fluidului, apare o scurgere.
0 3
Cum ar trebui abordat acest lucru din perspectivă inginerească?
Acum că înțelegem mecanismele care stau la baza, cum putem evita acest risc atunci când proiectăm sigiliile și selectăm materialele?
1. Când interpretați datele CS, clarificați întotdeauna condițiile de testare.
Tabelul de proprietăți fizice furnizat de furnizor precizează adesea „deformare permanentă sub compresie: 25%.Totuși, la ce temperatură, sub ce raport de compresie și pentru cât timp au fost efectuate aceste măsurători?
Dacă valoarea CS este măsurată la 25% la 100 de grade, aceasta poate crește la peste 50% în condiții reale de funcționare de 150 de grade din cauza îmbătrânirii termice și oxidative accelerate.
Cerința cheie este ca atunci când se evaluează valoarea CS, temperatura de testare nu trebuie să fie mai mică decât temperatura maximă de funcționare a produsului, iar durata testului trebuie să fie de cel puțin 70 de ore sau 168 de ore. Doar astfel de date pot servi ca referință validă pentru selecție.
2. Concentrați-vă pe sistemul de-cross-linking, mai degrabă decât pe creșterea orbește a durității
Dacă valoarea CS nu îndeplinește cerințele, nu încercați să compensați prin creșterea durității gelului de silicon-duritatea nu poate inversa deformarea permanentă. În schimb, intervenția ar trebui să fie îndreptată către sistemul de reticulare chimică-materialului.
Luând ca exemple NBR sau EPDM: sistemele tradiționale de vulcanizare a sulfului formează legături de sulf-sulf cu energie de legătură scăzută, care sunt predispuse la rupere și reformare la temperaturi ridicate, ceea ce duce la valori scăzute ale CS.
Prin adoptarea unui sistem de vulcanizare cu peroxid, se formează legături simple carbon-carbon, care prezintă o energie mare de legătură și sunt rezistente la scindare și recombinare la compresie la temperatură-înaltă, reducând astfel semnificativ deformarea prin compresie permanentă.
Compartimentul-este o scădere a rezistenței la rupere a materialelor vulcanizate-peroxid. Acesta reprezintă un echilibru tipic între atingerea „ne-deformabilitate” și menținerea „proprietăților de rebound”.
3. Compensarea atenuării materialului CS prin proiectare structurală
Dacă valoarea CS a materialului a fost optimizată la limita sa fizică (de exemplu, 30%), cum putem asigura performanța continuă de etanșare pe termen lung-utilizare?
Deoarece știm că își va pierde o anumită rezistență, ar trebui să încorporăm această pierdere în toleranța de compresie atunci când proiectăm dimensiunile canelurii.
Cu toate acestea, raportul de compresie nu poate fi crescut la infinit. Când rata de compresie este excesiv de mare (depășind 40%), stresul intern din polimer crește exponențial, ducând la ruperea mecanică prematură a lanțurilor moleculare și, în consecință, accelerând deteriorarea CS.
Cea mai eficientă abordare este ca inginerii structurali și inginerii de materiale să obțină împreună o toleranță a canelurii bazată pe curba de relaxare a tensiunii-una care nici nu compromite integritatea siliconului și nici nu reușește să mențină un raport suficient de presiune de etanșare după zece ani.
A crea un sigiliu înseamnă, în esență, să devii un prieten și un dușman al timpului.
Un adevărat inginer de etanșare nu se concentrează doar pe asigurarea unei etanșări etanșe în momentul finalizării asamblarii.
Preocuparea lor este dacă, după trei, cinci sau chiar zece ani-sub expunere repetată la temperaturi ridicate și presiune intensă-, lanțul molecular va rămâne în continuare ferm atașat de suprafața metalică.
Dacă aveți un sigiliu care curge în mod repetat, dar nu puteți identifica cauza sau găsiți confuze în tabelele de proprietate ale furnizorului,-nu ezitați să contactați inginerul nostru de vânzări cu desenele și mostrele eșuate.