A feldolgozóiparban a tömítésért felelős mérnökök jellemzően a projektcsapat legigényesebb tagjai.
Amikor a gép normálisan működik, senki sem gondol rád; de ha a berendezés szivárgást észlel (víz, olaj vagy gáz) az ügyfél telephelyén, az első felelős személy kétségtelenül a tömítésmérnök.
A szerkezetmérnök először megvizsgálja az árok méreteit, és megerősíti, hogy azok pontosan a tűréshatároknak megfelelően vannak megrajzolva. Az IQC osztály ezt követően ellenőrzi a gyári jelentést, és ellenőrzi, hogy a nagyobb gyártók által szállított termékek megfelelnek-e az összes előírt szabványnak. Végső soron a hibaelemzés felelőssége egyértelműen a tömítésmérnökre hárul.
Ön eltávolította a hibás O-gyűrűt; felülete sértetlen volt, repedéstől és vegyi korrózió nyomától mentes. Az egyetlen változás az volt, hogy lelapították, és nem lehetett visszaállítani eredeti formáját.
Ebben a szakaszban, ha kizárólag a szállító anyagspecifikációiban felsorolt szakítószilárdsági és Shore-keménységi értékekre összpontosítunk, előfordulhat, hogy nem sikerül azonosítani a meghibásodás tényleges okát.
A tömített polimer anyagok területén a hosszú távú tömítési teljesítményt gyakran nem az anyag keménysége vagy szakítószilárdsága határozza meg, hanem egy gyakran alábecsült paraméter: a kompressziós készlet (CS).
Vizsgáljuk meg ezt a paramétert három szempontból.
0 1
Lezárás – pontosan mit is zárnak le?
Mielőtt a nyomós maradandó alakváltozásról beszélnénk, elengedhetetlen egy általános mechanikai tévhit kijavítása: a tömítés nem a „blokkoláson”, hanem a „megtámasztáson” alapul.
kép
Amikor behelyez egy szilikon O-gyűrűt a fémhoronyba, és meghúzza a karimát, a szilikon összenyomódik (általában 15–30%-os arányban).
A szilikon rendkívül rugalmas anyag. Összenyomásakor molekuláris láncai erőszakosan eltorzulnak, erős visszapattanó erőt (érintkezési feszültséget) generálva, amely igyekszik visszatérni eredeti állapotába.
Ez a visszapattanó erő határozottan szembeszáll a fémfallal; elméletileg, amíg meghaladja a belső folyadék nyomását, addig a közeg egyáltalán nem szivárog.
Ezért a tömítés lényege abban rejlik, hogy a szilikon molekulaláncok folyamatosan biztosítják a rugalmas erőt az összenyomás alatt, lehetővé téve, hogy szilárdan tapadjanak a fémfelületekhez.
0 2
Mi okozza a tömítés meghibásodását?
Mivel a tömítés a helyreállító erőtől függ, mi történik, ha ez az erő eltűnik?
Mi az a nyomós maradandó deformáció?
A szilikongélt 25%-kal elsimítottuk, 120 fokos sütőben 70 órán át sütöttük, majd kiszedve hagytuk kihűlni és visszanyerni eredeti formáját.
Ha teljesen vissza tudja állítani eredeti vastagságát, CS=0% (a valóságban nem létező tökéletes elasztomer).
Ha teljesen lelapul, és egyáltalán nem tér vissza, CS=100% (ami azt jelzi, hogy merev műanyag lett).
Miért nem tudnak "visszatérni eredeti állapotukba" a molekulaláncok? A probléma mikroszkopikus szinten van:
Fizikai szint – stresszoldás és a láncszegmentáció átszervezése
A szilikon hosszú molekulaláncok összekapcsolódásával jön létre. Ha magas hőmérsékleten hosszan tartó kompressziónak van kitéve,
Csökkenti belső feszültségét fokozatos csúsztatással és átszervezéssel.
Mintha egy bolyhos fonalgolyót nyomnánk egy doboz alján egy évig-mire kiveszed, már alkalmazkodott lapított formájához, és alig kapja vissza eredeti pelyhességét.
Ez a fizikai „kompromisszum” a visszapattanó erő fokozatos csökkenését eredményezi.
Kémiai szint – A keresztkötő kötések-szakadása és átszervezése
Ez a legkritikusabb szempont. A szilikon rugalmassága a molekulaláncok közötti térhálós{1}}kötéseken (például kén-kötéseken) múlik.
Magas hőmérséklet és hosszan tartó összenyomás hatására az eredeti keresztkötések{0}}elszakadnak, ami a rugalmas vonóerő elvesztését eredményezi.
Ami még kritikusabb, a törés során keletkező szabad gyökök újra-új térhálós{1}}kötéseket hoznak létre az anyag összenyomott körülményei között-, ami hatékonyan „lapos” állapotba zárja a molekulaláncokat. Még a külső erő eltávolítása után is ezek az új kémiai kötések megakadályozzák, hogy az anyag visszatérjen eredeti konfigurációjába.
Fizikai csúszás + kémiai rekombináció=nyomós maradandó alakváltozás.
A magasabb CS érték laposabb szilikongélt és gyengébb érintkezési feszültséget eredményez. Végül, amikor a visszapattanó erő a folyadéknyomáshoz képest elégtelenné válik, szivárgás lép fel.
0 3
Hogyan kell ezt kezelni mérnöki szempontból?
Most, hogy megértjük a mögöttes mechanizmusokat, hogyan kerülhetjük el ezt a kockázatot a tömítések tervezése és az anyagok kiválasztása során?
1. A CS adatok értelmezésekor mindig tisztázza a tesztelési feltételeket.
A szállító által biztosított fizikai tulajdonságok táblázata gyakran azt írja ki, hogy "maradandó alakváltozás összenyomás alatt: 25%.Azonban milyen hőmérsékleten, milyen tömörítési arány mellett és mennyi ideig végezték ezeket a méréseket?
Ha a CS értéket 25%-on mérik 100 fokon, akkor a felgyorsult termikus és oxidatív öregedés miatt 150 fokos tényleges üzemi körülmények között 50% fölé emelkedhet.
A legfontosabb követelmény, hogy a CS érték értékelésekor a vizsgálati hőmérséklet ne legyen alacsonyabb, mint a termék maximális üzemi hőmérséklete, és a vizsgálat időtartama legalább 70 óra vagy 168 óra legyen. Csak az ilyen adatok szolgálhatnak érvényes referenciaként a kiválasztáshoz.
2. A keménység vak növelése helyett a keresztkötő rendszerre összpontosítson
Ha a CS-érték nem felel meg a követelményeknek, ne kísérelje meg a szilikongél keménységének növelésével kompenzálni,{0}}a keménység nem tudja visszafordítani a maradandó alakváltozást. Ehelyett a beavatkozást az anyag kémiai térhálósító rendszerére kell irányítani.
Példaként az NBR-t vagy az EPDM-et tekintve: a hagyományos kén-vulkanizáló rendszerek alacsony kötési energiájú kén--kötéseket hoznak létre, amelyek hajlamosak a magas hőmérsékleten történő törésre és újraképződésre, ami rossz CS-értékeket eredményez.
A peroxid vulkanizálási rendszer alkalmazásával szén{0}}egyes kötések jönnek létre, amelyek nagy kötési energiát mutatnak, és ellenállnak a hasításnak és a magas hőmérsékletű kompressziós rekombinációnak, ezáltal jelentősen csökkentve az állandó kompressziós deformációt.
A kompromisszum a peroxiddal-vulkanizált anyagok szakítószilárdságának csökkenése. Ez tipikus egyensúlyt képvisel a "nem-elszakíthatóság" és a "visszapattanási tulajdonságok" megőrzése között.
3. Az anyag CS csillapításának kompenzálása szerkezeti tervezéssel
Ha az anyag CS-értékét a fizikai határig (pl. 30%) optimalizálták, hogyan biztosíthatjuk a folyamatos tömítési teljesítményt a hosszú távú-használat során?
Mivel tudjuk, hogy veszít némi rugalmasságából, ezt a veszteséget be kell építeni a tömörítési ráhagyásba a horonyméretek tervezésekor.
A tömörítési arányt azonban nem lehet a végtelenségig növelni. Ha a tömörítési sebesség túlságosan magas (40%-ot meghaladó), a polimeren belüli belső feszültség exponenciálisan növekszik, ami a molekulaláncok idő előtti mechanikai töréséhez vezet, és ennek következtében felgyorsul a CS-romlás.
A leghatékonyabb megközelítés az, ha a szerkezetmérnökök és az anyagmérnökök közösen vezetnek le egy horonytűrést a feszültség-lazítási görbe alapján,{0}}amely nem veszélyezteti a szilikon integritását, és nem tartja fenn a megfelelő tömítési nyomásarányt tíz év után.
A pecsét létrehozása lényegében azt jelenti, hogy az idő barátjává és ellenségévé válunk.
Egy igazi tömítésmérnök nem kizárólag a vízzáró tömítés biztosítására összpontosít az összeszerelés befejezésének pillanatában.
Aggodalmukat az jelenti, hogy három, öt vagy akár tíz év után is,{0}}ha ismételten magas hőmérsékletnek és erős nyomásnak vannak kitéve,-a molekulalánc továbbra is szilárdan rögzítve marad-e a fémfelülethez.
Ha olyan plombája van, amely folyamatosan szivárog, de nem tudja azonosítani az okot, vagy a beszállító tulajdonságtáblázatait zavarónak találja,{0}}bátran forduljon értékesítési mérnökünkhöz rajzaival és hibás mintáival.