U proizvodnoj industriji, inženjeri odgovorni za brtvljenje su obično najzahtjevniji članovi projektnog tima.
Kada mašina radi normalno, niko ne razmišlja o vama; ali kada dođe do curenja opreme (vode, nafte ili plina) na lokaciji kupca, prva osoba koja se smatra odgovornom je nesumnjivo inženjer za zaptivanje.
Građevinski inženjer prvo ispituje dimenzije rova, potvrđujući da su tačno nacrtane u skladu sa specifikacijama tolerancije. IQC odjel zatim provjerava tvornički izvještaj, potvrđujući da proizvodi koje isporučuju glavni proizvođači ispunjavaju sve tražene standarde. Konačno, odgovornost za analizu kvarova direktno pada na inženjera zaptivanja.
Uklonili ste neispravan O-prsten; njegova površina je bila netaknuta, bez pukotina ili znakova hemijske korozije. Jedina izmjena bila je ta što je bio spljošten i nije se mogao vratiti u prvobitni oblik.
U ovoj fazi, fokusiranje isključivo na vlačnu čvrstoću i vrijednosti tvrdoće po Shoreu navedene u specifikacijama materijala dobavljača možda neće uspjeti identificirati stvarni uzrok kvara.
U području zapečaćenih polimernih materijala, dugotrajna{0}}performansa zaptivanja često nije određena tvrdoćom materijala ili zateznom čvrstoćom, već često podcijenjenim parametrom: kompresijskim skupom (CS).
Istražimo ovaj parametar dublje iz tri perspektive.
0 1
Pečaćenje – šta se tačno zatvara?
Prije diskusije o trajnoj deformaciji na pritisak, bitno je ispraviti uobičajenu mehaničku zabludu: brtvljenje se ne oslanja na "blokiranje" već na "podupiranje".
slika
Kada umetnete silikonski O-prsten u metalni žljeb i zategnete prirubnicu, silikon se komprimira (obično u omjeru od 15%–30%).
Silikon je vrlo elastičan materijal. Kada se komprimiraju, njegovi molekularni lanci se nasilno izobličuju, stvarajući snažnu povratnu silu (kontaktni stres) koja se želi vratiti u prvobitno stanje.
Ova sila odbijanja se čvrsto suprotstavlja metalnom zidu; teoretski, sve dok premašuje pritisak unutrašnjeg fluida, medij uopšte neće curiti.
Stoga, suština zaptivanja leži u kontinuiranom pružanju elastične sile silikonskim molekularnim lancima pod kompresijom, omogućavajući im da čvrsto prianjaju na metalne površine.
0 2
Šta uzrokuje kvar zaptivača?
Pošto se zaptivanje oslanja na obnavljajuću silu, šta se dešava ako ta sila nestane?
Šta je tlačna trajna deformacija?
Silikonski gel smo izravnali za 25%, pekli u rerni zagrijanoj na 120 stepeni 70 sati, zatim ga izvadili i pustili da se ohladi i vrati u prvobitni oblik.
Ako može u potpunosti vratiti svoju prvobitnu debljinu, CS=0% (savršen elastomer koji u stvarnosti ne postoji).
Ako se potpuno spljošti i uopće se ne oporavi, CS=100% (što ukazuje da je postala kruta plastika).
Zašto se molekularni lanci ne mogu "vratiti u prvobitno stanje"? Problem je na mikroskopskom nivou:
Fizički nivo – relaksacija stresa i reorganizacija segmentacije lanca
Silikon nastaje spajanjem dugih molekularnih lanaca. Kada su izloženi dugotrajnoj kompresiji na visokim temperaturama,
Smanjuje svoj unutrašnji stres postupnim klizanjem i reorganizacijom.
To je kao da pritisnete pahuljastu klupku pređe na dnu kutije godinu dana-u trenutku kada je izvadite, ona je već prilagođena svom spljoštenom obliku i teško može povratiti svoju prvobitnu pahuljastost.
Ovaj fizički "kompromis" rezultira postepenim opadanjem sile odbijanja.
Hemijski nivo – kidanje i reorganizacija unakrsnih{0}}veza
Ovo je najkritičniji aspekt. Elastičnost silikona se oslanja na unakrsne-veze između molekularnih lanaca (kao što su sumpor-sumporne veze).
Pod visokim temperaturama i produženom kompresijom, originalne poprečne{0}}veze pucaju, što rezultira gubitkom elastične vučne sile.
Što je još važnije, slobodni radikali nastali lomljenjem će ponovo-formirati nove unakrsno-povezane veze pod komprimiranim uvjetima materijala-efikasno zaključavajući molekularne lance u "ravnom stanju". Čak i nakon uklanjanja vanjske sile, ove nove kemijske veze sprječavaju da se materijal vrati u prvobitnu konfiguraciju.
Fizičko klizanje + hemijska rekombinacija=kompresivna trajna deformacija.
Veća CS vrijednost rezultira ravnijim silikonskim gelom i slabijim kontaktnim naprezanjem. Na kraju, kada sila odbijanja postane nedovoljna u poređenju sa pritiskom tečnosti, dolazi do curenja.
0 3
Kako to treba riješiti iz inženjerske perspektive?
Sada kada razumijemo osnovne mehanizme, kako možemo izbjeći ovaj rizik pri dizajniranju brtvi i odabiru materijala?
1. Kada tumačite CS podatke, uvijek pojasnite uslove testiranja.
U tabeli fizičkih svojstava koju je dostavio dobavljač često stoji "trajna deformacija pod kompresijom: 25%."Međutim, na kojoj temperaturi, pod kojim omjerom kompresije i koliko dugo su vršena ova mjerenja?
Ako se CS vrijednost izmjeri na 25% na 100 stepeni, može porasti na preko 50% pod stvarnim radnim uslovima od 150 stepeni zbog ubrzanog termičkog i oksidativnog starenja.
Ključni zahtjev je da pri ocjenjivanju CS vrijednosti temperatura ispitivanja ne smije biti niža od maksimalne radne temperature proizvoda, a trajanje testa mora biti najmanje 70 sati ili 168 sati. Samo takvi podaci mogu poslužiti kao valjana referenca za odabir.
2. Fokusirajte se na sistem unakrsnog-povezivanja radije nego na slijepo povećanje tvrdoće
Ako CS vrijednost ne ispunjava zahtjeve, nemojte pokušavati kompenzirati povećanjem tvrdoće silikonskog gela-tvrdoća ne može poništiti trajnu deformaciju. Umjesto toga, intervencija bi trebala biti usmjerena na sistem hemijskog unakrsnog-povezivanja materijala.
Uzimajući NBR ili EPDM kao primjere: tradicionalni sistemi vulkanizacije sumpora formiraju sumpor-sumporne veze sa niskom energijom veze, koje su sklone lomljenju i reformisanju na visokim temperaturama, što rezultira lošim vrijednostima CS.
Usvajanjem sistema peroksidne vulkanizacije formiraju se jednostruke veze ugljik-ugljik, koje pokazuju visoku energiju veze i otporne su na cijepanje i rekombinaciju pod visoko-temperaturnom kompresijom, čime se značajno smanjuje trajna kompresijska deformacija.
Kompromis-je smanjenje otpornosti na kidanje peroksid-vulkaniziranih materijala. Ovo predstavlja tipičan balans između postizanja "ne-podeljivosti" i održavanja "svojstava odskoka".
3. Kompenzacija materijalnog CS slabljenja kroz konstrukcijski dizajn
Ako je vrijednost CS materijala optimizirana na njegovu fizičku granicu (npr. 30%), kako možemo osigurati kontinuirani učinak brtvljenja tokom-dugotrajne upotrebe?
Budući da znamo da će izgubiti određenu elastičnost, trebali bismo uključiti ovaj gubitak u dodatak kompresiji kada dizajniramo dimenzije utora.
Međutim, omjer kompresije ne može se povećavati beskonačno. Kada je stopa kompresije previsoka (preko 40%), unutrašnji stres unutar polimera raste eksponencijalno, što dovodi do preranog mehaničkog loma molekularnih lanaca i posljedično ubrzava propadanje CS.
Najefikasniji pristup je da konstruktori i inženjeri materijala zajednički izvedu toleranciju žljeba na osnovu krive relaksacije naprezanja-koja ne ugrožava integritet silikona niti ne uspijeva održati dovoljan omjer pritiska zaptivanja nakon deset godina.
Stvaranje pečata u suštini znači postati i prijatelj i neprijatelj vremena.
Pravi inženjer za zaptivanje ne fokusira se samo na osiguravanje vodonepropusne brtve u trenutku završetka montaže.
Njihova briga je da li će, nakon tri, pet ili čak deset godina-pod stalnim izlaganjem visokim temperaturama i intenzivnom pritisku-molekularni lanac i dalje ostati čvrsto vezan za metalnu površinu.
Ako imate pečat koji stalno curi, ali ne možete identificirati uzrok, ili ako vam tabele svojstava dobavljača zbunjuju-slobodno kontaktirajte našeg inženjera prodaje sa svojim crtežima i neuspjelim uzorcima.