В производствената индустрия инженерите, отговорни за уплътняването, обикновено са най-взискателните членове на екипа по проекта.
Когато машината работи нормално, никой не мисли за вас; но след като оборудването развие течове (на вода, нефт или газ) на мястото на клиента, първият отговорен човек несъмнено е инженерът по уплътненията.
Строителният инженер първо проверява размерите на изкопа, като потвърждава, че те са точно начертани според спецификациите за толеранс. След това отделът IQC проверява фабричния доклад, като проверява дали продуктите, доставени от основните производители, отговарят на всички изисквани стандарти. В крайна сметка отговорността за анализа на повредата пада изцяло върху инженера по уплътненията.
Премахнахте дефектния О-пръстен; повърхността му беше непокътната, без пукнатини или признаци на химическа корозия. Единствената промяна беше, че беше сплескан и не можеше да бъде възстановен в оригиналната си форма.
На този етап съсредоточаването единствено върху стойностите на якостта на опън и твърдостта по Шор, посочени в спецификациите на материала на доставчика, може да не успее да идентифицира действителната причина за повредата.
В сферата на запечатаните полимерни материали дългосрочните-запечатващи характеристики често се определят не от твърдостта на материала или якостта на опън, а от един често подценяван параметър: компресия (CS).
Нека проучим този параметър в дълбочина от три гледни точки.
0 1
Запечатване – какво точно се запечатва?
Преди да обсъдим постоянната деформация на натиск, важно е да коригираме едно често срещано механично погрешно схващане: уплътняването разчита не на „блокиране“, а на „поддържане“.
снимка
Когато поставите силиконов О-пръстен в металния жлеб и затегнете фланеца, силиконът се компресира (обикновено до съотношение 15%–30%).
Силиконът е високоеластичен материал. Когато се компресират, неговите молекулни вериги се изкривяват принудително, генерирайки силна сила на отскок (контактно напрежение), която се стреми да се върне в първоначалното си състояние.
Тази сила на отскок се противопоставя здраво на металната стена; теоретично, докато надвишава налягането на вътрешната течност, средата изобщо няма да изтече.
Следователно, същността на запечатването се крие в непрекъснатото осигуряване на еластична сила от силиконовите молекулярни вериги при компресия, което им позволява да се придържат здраво към метални повърхности.
0 2
Какво причинява повреда на уплътнението?
Тъй като запечатването разчита на възстановяващата сила, какво се случва, ако тази сила изчезне?
Какво е постоянна деформация на натиск?
Сплескахме силиконовия гел с 25%, изпекохме го във фурна на 120 градуса за 70 часа, след което го извадихме и го оставихме да изстине и да върне първоначалната си форма.
Ако може напълно да възстанови първоначалната си дебелина, CS=0% (перфектен еластомер, който не съществува в действителност).
Ако се изравни напълно и изобщо не се възстанови, CS=100% (което показва, че е станало твърда пластмаса).
Защо молекулярните вериги не могат да се „върнат в първоначалното си състояние“? Проблемът е на микроскопично ниво:
Физическо ниво – релаксация на стреса и реорганизация на верижната сегментация
Силиконът се образува от преплитането на дълги молекулни вериги. Когато са подложени на продължителна компресия при високи температури,
Намалява вътрешния си стрес чрез постепенно плъзгане и реорганизация.
Това е като да натискате пухкава топка прежда на дъното на кутия в продължение на една година-докато я извадите, тя вече е адаптирана към сплесканата си форма и трудно може да възвърне първоначалната си пухкавост.
Този физически "компромис" води до постепенно намаляване на силата на отскок.
Химическо ниво – Разкъсване и реорганизиране на-свързващи връзки
Това е най-критичният аспект. Еластичността на силикона разчита на кръстосани -свързващи връзки между молекулни вериги (като сяра-серни връзки).
При високи температури и продължителна компресия първоначалните кръстосани -свързващи връзки се разкъсват, което води до загуба на еластична теглителна сила.
По-важното е, че свободните радикали, генерирани от разрушаването, ще -формират нови кръстосано-свързани връзки при компресирани условия на материала-, като ефективно заключват молекулните вериги в „плоско състояние“. Дори след премахване на външната сила, тези нови химически връзки не позволяват на материала да се върне към първоначалната си конфигурация.
Физическо приплъзване + химическа рекомбинация=компресивна постоянна деформация.
По-високата стойност на CS води до по-плосък силиконов гел и по-слабо контактно напрежение. В крайна сметка, когато силата на отскок стане недостатъчна в сравнение с налягането на течността, възниква изтичане.
0 3
Как трябва да се подходи към това от инженерна гледна точка?
Сега, когато разбираме основните механизми, как можем да избегнем този риск при проектирането на уплътнения и избора на материали?
1. Когато интерпретирате CS данни, винаги изяснявайте условията за тестване.
Таблицата с физически свойства, предоставена от доставчика, често гласи „постоянна деформация при натиск: 25%“.Въпреки това, при каква температура, при какво съотношение на компресия и за колко време са направени тези измервания?
Ако стойността на CS е измерена на 25% при 100 градуса, тя може да скочи до над 50% при действителни работни условия от 150 градуса поради ускорено термично и окислително стареене.
Основното изискване е, че когато се оценява стойността на CS, тестовата температура не трябва да е по-ниска от максималната работна температура на продукта и продължителността на теста трябва да бъде най-малко 70 часа или 168 часа. Само такива данни могат да служат като валидна референция за избор.
2. Фокусирайте се върху кръстосаната -система за свързване, вместо сляпо да увеличавате твърдостта
Ако стойността на CS не отговаря на изискванията, не се опитвайте да компенсирате чрез увеличаване на твърдостта на силиконовия гел-твърдостта не може да обърне постоянната деформация. Вместо това намесата трябва да бъде насочена към системата за химическо кръстосано -свързване на материала.
Вземайки NBR или EPDM като примери: традиционните системи за вулканизация на сяра образуват серни -връзки на сяра с ниска енергия на свързване, които са склонни към счупване и реформиране при високи температури, което води до ниски стойности на CS.
Чрез възприемане на система за вулканизация с пероксид се образуват въглерод-въглеродни единични връзки, които показват висока енергия на свързване и са устойчиви на разцепване и рекомбинация при високо-температурно компресиране, като по този начин значително намаляват постоянната деформация на компресията.
Компромисът-е намаляване на устойчивостта на разкъсване на вулканизираните с пероксид-материали. Това представлява типичен баланс между постигане на „не-разкъсваемост“ и поддържане на „свойства на отскок“.
3. Компенсиране на материалното CS затихване чрез структурен дизайн
Ако стойността на CS на материала е оптимизирана до неговата физическа граница (напр. 30%), как можем да осигурим непрекъснато уплътняване при дългосрочна-използване?
Тъй като знаем, че ще загуби известна устойчивост, трябва да включим тази загуба в допустимото сгъстяване, когато проектираме размерите на канала.
Степента на компресия обаче не може да се увеличава безкрайно. Когато степента на компресия е прекалено висока (над 40%), вътрешното напрежение в полимера нараства експоненциално, което води до преждевременно механично счупване на молекулните вериги и следователно ускорява влошаването на CS.
Най-ефективният подход е строителните инженери и инженерите по материали да извлекат съвместно толерантност на канала въз основа на кривата на релаксация на напрежението-такава, която нито компрометира целостта на силикона, нито успява да поддържа достатъчно съотношение на налягането на уплътняване след десет години.
Създаването на печат по същество означава да станете едновременно приятел и враг на времето.
Истинският инженер по уплътняване не се фокусира единствено върху осигуряването на водонепроницаемо уплътнение в момента на завършване на монтажа.
Тяхната загриженост е дали след три, пет или дори десет години-при многократно излагане на високи температури и интензивен натиск-молекулярната верига все още ще остане здраво прикрепена към металната повърхност.
Ако имате уплътнение, което продължава да изтича многократно, но не можете да идентифицирате причината, или намирате таблиците със свойства на доставчика объркващи-не се колебайте да се свържете с нашия инженер по продажбите с вашите чертежи и неуспешни проби.