U proizvodnoj industriji inženjeri odgovorni za brtvljenje obično su najzahtjevniji članovi projektnog tima.
Kad stroj radi normalno, nitko ne misli na vas; ali nakon što oprema počne curiti (vode, ulja ili plina) na mjestu kupca, prva osoba koja se smatra odgovornom nedvojbeno je inženjer za brtvljenje.
Inženjer građevine prvo ispituje dimenzije rova, potvrđujući da su točno iscrtane prema specifikacijama tolerancije. IQC odjel zatim provjerava tvorničko izvješće, provjeravajući zadovoljavaju li proizvodi velikih proizvođača sve potrebne standarde. U konačnici, odgovornost za analizu kvarova pada isključivo na inženjera za brtvljenje.
Uklonili ste neispravan O-prsten; površina mu je bila netaknuta, bez pukotina ili znakova kemijske korozije. Jedina izmjena bila je to što je bila spljoštena i nije se mogla vratiti u izvorni oblik.
U ovoj fazi, fokusiranje samo na vlačnu čvrstoću i Shoreove vrijednosti tvrdoće navedene u dobavljačevim specifikacijama materijala možda neće uspjeti identificirati stvarni uzrok kvara.
U području zabrtvljenih polimernih materijala, dugoročne-učinkovitosti brtvljenja često se ne određuju tvrdoćom materijala ili vlačnom čvrstoćom, već često podcijenjenim parametrom: kompresijskim setom (CS).
Istražimo dublje ovaj parametar iz tri perspektive.
0 1
Pečaćenje – što se točno pečati?
Prije rasprave o tlačnoj trajnoj deformaciji, bitno je ispraviti uobičajenu mehaničku zabludu: brtvljenje se ne oslanja na "blokiranje", već na "podupiranje".
slika
Kada umetnete silikonski O-prsten u metalni utor i zategnete prirubnicu, silikon se stisne (obično u omjeru od 15%–30%).
Silikon je vrlo elastičan materijal. Kada se komprimiraju, njegovi molekularni lanci se nasilno iskrivljuju, generirajući snažnu povratnu silu (kontaktni stres) koja se nastoji vratiti u svoje izvorno stanje.
Ova povratna sila čvrsto se suprotstavlja metalnom zidu; teoretski, sve dok premašuje tlak unutarnje tekućine, medij uopće neće istjecati.
Dakle, bit brtvljenja leži u neprekidnom pružanju elastične sile molekularnih lanaca silikona pod pritiskom, što im omogućuje čvrsto prianjanje na metalne površine.
0 2
Što uzrokuje kvar brtve?
Budući da se pečaćenje oslanja na obnavljajuću silu, što se događa ako ta sila nestane?
Što je kompresijska trajna deformacija?
Silikonski gel smo spljoštili za 25%, pekli ga u pećnici na 120 stupnjeva 70 sati, potom ga izvadili i pustili da se ohladi i vrati u prvobitni oblik.
Ako može u potpunosti vratiti svoju izvornu 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 postao kruti plastičan).
Zašto se molekularni lanci ne mogu "vratiti u prvobitno stanje"? Problem je na mikroskopskoj razini:
Fizička razina – opuštanje stresa i reorganizacija lančane segmentacije
Silikon nastaje isprepletanjem dugih molekularnih lanaca. Kada su izloženi dugotrajnoj kompresiji na visokim temperaturama,
Smanjuje svoj unutarnji stres kroz postupno klizanje i reorganizaciju.
To je kao da pahuljasto klupko pređe godinu dana pritiskate na dnu kutije-dok ga izvadite, ono se već prilagodilo svom spljoštenom obliku i teško može povratiti svoju izvornu pahuljasto.
Ovaj fizički "kompromis" rezultira postupnim smanjenjem povratne sile.
Kemijska razina – prekid i reorganizacija veza-poprečnih veza
Ovo je najkritičniji aspekt. Elastičnost silikona oslanja se na unakrsno-veze između molekularnih lanaca (kao što su sumpor-sumporne veze).
Pod visokim temperaturama i dugotrajnom kompresijom, izvorne-poprečne veze pucaju, što dovodi do gubitka elastične vučne sile.
Što je još kritičnije, slobodni radikali nastali lomom ponovno će-formirati nove unakrsno-povezane veze u komprimiranim uvjetima materijala-učinkovito zaključavajući molekularne lance u "ravnom stanju". Čak i nakon uklanjanja vanjske sile, te nove kemijske veze sprječavaju povratak materijala u njegovu izvornu konfiguraciju.
Fizičko klizanje + kemijska rekombinacija=kompresivna trajna deformacija.
Viša CS vrijednost rezultira ravnijim silikonskim gelom i slabijim kontaktnim naprezanjem. Na kraju, kada povratna sila postane nedovoljna u usporedbi s tlakom tekućine, dolazi do curenja.
0 3
Kako bi to trebalo riješiti iz inženjerske perspektive?
Sada kada razumijemo temeljne mehanizme, kako možemo izbjeći ovaj rizik pri dizajniranju pečata i odabiru materijala?
1. Prilikom tumačenja CS podataka, uvijek razjasnite uvjete testiranja.
Tablica fizičkih svojstava koju dostavlja dobavljač često navodi "trajnu deformaciju pod pritiskom: 25%."Međutim, pri kojoj su temperaturi, pod kojim omjerom kompresije i koliko dugo ta mjerenja vršena?
Ako je vrijednost CS izmjerena na 25% na 100 stupnjeva, može narasti na preko 50% u stvarnim radnim uvjetima od 150 stupnjeva zbog ubrzanog toplinskog i oksidativnog starenja.
Ključni zahtjev je da pri procjeni CS vrijednosti temperatura ispitivanja ne smije biti niža od maksimalne radne temperature proizvoda, a trajanje ispitivanja mora biti najmanje 70 sati ili 168 sati. Samo takvi podaci mogu poslužiti kao valjana referenca za odabir.
2. Usredotočite se na-sustav unakrsnog povezivanja umjesto na slijepo povećanje tvrdoće
Ako CS vrijednost ne ispunjava zahtjeve, ne pokušavajte to kompenzirati povećanjem tvrdoće silikonskog gela-tvrdoća ne može poništiti trajnu deformaciju. Umjesto toga, intervencija bi trebala biti usmjerena na sustav kemijskog-vezivanja materijala.
Uzimajući NBR ili EPDM kao primjere: tradicionalni sustavi vulkanizacije sumpora stvaraju sumpor-sumporne veze s niskom energijom veze, koje su sklone lomljenju i reformaciji na visokim temperaturama, što rezultira niskim vrijednostima CS.
Usvajanjem sustava vulkanizacije peroksida stvaraju 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 trganje materijala vulkaniziranih-peroksidom. Ovo predstavlja tipičnu ravnotežu između postizanja "ne-kidanja" i održavanja "svojstava povrata".
3. Kompenzacija prigušenja CS materijala kroz konstrukcijski dizajn
Ako je CS vrijednost materijala optimizirana do njegove fizičke granice (npr. 30%), kako možemo osigurati kontinuiranu izvedbu brtvljenja tijekom dugo-uporabe?
Budući da znamo da će izgubiti nešto elastičnosti, trebali bismo uključiti ovaj gubitak u dopuštenu kompresiju prilikom projektiranja dimenzija utora.
Međutim, omjer kompresije ne može se neograničeno povećavati. Kada je stupanj kompresije pretjerano visok (prelazi 40%), unutarnje naprezanje unutar polimera raste eksponencijalno, što dovodi do preranog mehaničkog loma molekularnih lanaca i posljedično ubrzava propadanje CS-a.
Najučinkovitiji pristup je da građevinski inženjeri i inženjeri materijala zajednički izvedu toleranciju utora na temelju krivulje popuštanja naprezanja-onu koja ne ugrožava integritet silikona niti ne uspijeva održati dovoljan omjer pritiska brtvljenja nakon deset godina.
Stvoriti pečat u biti znači postati i prijatelj i neprijatelj vremena.
Pravi inženjer za brtvljenje ne fokusira se samo na osiguravanje vodonepropusnosti u trenutku završetka montaže.
Njihova je briga hoće li, nakon tri, pet ili čak deset godina-pod opetovanim izlaganjem visokim temperaturama i jakom pritisku-molekularni lanac i dalje ostati čvrsto pričvršćen za metalnu površinu.
Ako imate brtvu koja neprestano curi, ali ne možete identificirati uzrok ili smatrate da su dobavljačeve tablice svojstava zbunjujuće-slobodno se obratite našem prodajnom inženjeru s vašim crtežima i neuspjelim uzorcima.