I fremstillingsindustrien er ingeniører, der er ansvarlige for tætning, typisk de mest krævende medlemmer af et projektteam.
Når maskinen fungerer normalt, er der ingen, der tænker på dig; men når først udstyret udvikler utætheder (af vand, olie eller gas) på kundens sted, er den første person, der holdes ansvarlig, utvivlsomt tætningsingeniøren.
Konstruktionsingeniøren undersøger først grøftens dimensioner og bekræfter, at de er nøjagtigt tegnet i henhold til tolerancespecifikationerne. IQC-afdelingen verificerer derefter fabriksrapporten og verificerer, at produkter leveret af større producenter opfylder alle krævede standarder. I sidste ende falder ansvaret for fejlanalysen helt og holdent på tætningsingeniøren.
Du fjernede den defekte O-ring; dens overflade var intakt, fri for revner eller tegn på kemisk korrosion. Den eneste ændring var, at den var blevet fladtrykt og ikke kunne genoprettes til sin oprindelige form.
På dette stadium kan det muligvis ikke identificere den faktiske årsag til fejlen, hvis man udelukkende fokuserer på trækstyrke- og Shore-hårdhedsværdierne, der er anført i leverandørens materialespecifikationer.
I området for forseglede polymermaterialer bestemmes den langsigtede forseglingsydelse ofte ikke af materialets hårdhed eller trækstyrke, men af en ofte undervurderet parameter: kompressionssæt (CS).
Lad os udforske denne parameter i dybden fra tre perspektiver.
0 1
Forsegling – hvad er det egentlig, der forsegles?
Før man diskuterer kompressions permanent deformation, er det vigtigt at rette en almindelig mekanisk misforståelse: tætning er ikke afhængig af "blokering", men på "understøttelse".
billede
Når du indsætter en silikone O-ring i metalrillen og strammer flangen, komprimeres silikonen (typisk til et forhold på 15 %–30 %).
Silikone er et meget elastisk materiale. Når de komprimeres, bliver dens molekylære kæder tvangsforvrænget, hvilket genererer en stærk rebound-kraft (kontaktspænding), der søger at vende tilbage til sin oprindelige tilstand.
Denne tilbageslagskraft modarbejder metalvæggen; teoretisk set, så længe det overstiger trykket af den indre væske, vil mediet slet ikke lække.
Derfor ligger essensen af forsegling i den kontinuerlige tilvejebringelse af elastisk kraft af silikonemolekylære kæder under kompression, hvilket gør dem i stand til at klæbe fast til metaloverflader.
0 2
Hvad forårsager tætningsfejl?
Da forsegling er afhængig af genoprettelseskraften, hvad sker der så, hvis denne kraft forsvinder?
Hvad er kompressions permanent deformation?
Vi fladgjorde silikonegelen med 25 %, bagte den i en ovn ved 120 grader i 70 timer, fjernede den derefter og lod den køle af og vende tilbage til sin oprindelige form.
Hvis det fuldt ud kan genoprette sin oprindelige tykkelse, CS=0% (en perfekt elastomer, der ikke eksisterer i virkeligheden).
Hvis det bliver fuldstændigt fladt og slet ikke kommer sig, vil CS=100% (hvilket indikerer, at det er blevet stift plastik).
Hvorfor kan molekylære kæder ikke "vende tilbage til deres oprindelige tilstand"? Problemet ligger på det mikroskopiske niveau:
Fysisk niveau – Stressafspænding og kædesegmenteringsreorganisering
Silikone dannes ved sammenlåsning af lange molekylære kæder. Når det udsættes for langvarig kompression ved høje temperaturer,
Det reducerer dets indre stress gennem gradvis glidning og omorganisering.
Det er som at trykke en luftig garnnøgle i bunden af en æske i et år-når du tager den ud, den er allerede tilpasset sin fladtrykte form og kan næsten ikke genvinde sin oprindelige luftighed.
Dette fysiske "kompromis" resulterer i et gradvist fald i rebound-kraften.
Kemisk niveau – Brud og reorganisering af tværbindinger-
Dette er det mest kritiske aspekt. Elasticiteten af silikone er afhængig af tværbindinger mellem molekylære kæder (såsom svovl-svovlbindinger).
Under høje temperaturer og langvarig kompression brydes de oprindelige krydsbindinger-, hvilket resulterer i tab af elastisk trækkraft.
Mere kritisk vil de frie radikaler, der genereres af brud, gen-danne nye tværbundne-bindinger under komprimerede forhold af materialet-og effektivt låse molekylekæderne i en "flad tilstand". Selv efter at den eksterne kraft er fjernet, forhindrer disse nye kemiske bindinger materialet i at vende tilbage til sin oprindelige konfiguration.
Fysisk glidning + kemisk rekombination=kompression permanent deformation.
En højere CS-værdi resulterer i fladere silikonegel og svagere kontaktbelastning. Til sidst, når tilbageslagskraften bliver utilstrækkelig sammenlignet med væsketrykket, opstår der lækage.
0 3
Hvordan skal dette løses fra et ingeniørperspektiv?
Nu hvor vi forstår de underliggende mekanismer, hvordan kan vi så undgå denne risiko, når vi designer tætninger og vælger materialer?
1. Ved fortolkning af CS-data skal testbetingelserne altid afklares.
Den fysiske egenskabstabel leveret af leverandøren angiver ofte "permanent deformation under kompression: 25 %."Men ved hvilken temperatur, under hvilket kompressionsforhold, og hvor længe blev disse målinger taget?
Hvis CS-værdien måles til 25 % ved 100 grader, kan den stige til over 50 % under faktiske driftsforhold på 150 grader på grund af accelereret termisk og oxidativ ældning.
Nøglekravet er, at ved evaluering af CS-værdien, må testtemperaturen ikke være lavere end produktets maksimale driftstemperatur, og testvarigheden skal være mindst 70 timer eller 168 timer. Kun sådanne data kan tjene som en gyldig reference for udvælgelse.
2. Fokuser på kryds-systemet i stedet for blindt at øge hårdheden
Hvis CS-værdien ikke opfylder kravene, skal du ikke forsøge at kompensere ved at øge silikonegelhårdheden-hårdheden kan ikke vende permanent deformation. Indgreb bør i stedet rettes mod materialets kemiske krydsbindingssystem.-
Tager NBR eller EPDM som eksempler: traditionelle svovlvulkaniseringssystemer danner svovl-svovlbindinger med lav bindingsenergi, som er tilbøjelige til at gå i stykker og omdannes ved høje temperaturer, hvilket resulterer i dårlige CS-værdier.
Ved at anvende et peroxidvulkaniseringssystem dannes kul-kulstof-enkeltbindinger, som udviser høj bindingsenergi og er modstandsdygtige over for spaltning og rekombination under høj-temperaturkompression, hvorved den permanente kompressionsdeformation betydeligt reduceres.
Afvejningen- er et fald i rivebestandigheden af peroxid-vulkaniserede materialer. Dette repræsenterer en typisk balance mellem at opnå "ikke-rivbarhed" og opretholdelse af "rebound-egenskaber".
3. Kompensering for materiale CS-dæmpning gennem strukturelt design
Hvis materialets CS-værdi er blevet optimeret til dets fysiske grænse (f.eks. 30 %), hvordan kan vi så sikre fortsat forseglingsydeevne under lang-brug?
Da vi ved, at den vil miste en vis modstandskraft, bør vi inkorporere dette tab i kompressionsgodtgørelsen, når vi designer rilledimensioner.
Kompressionsforholdet kan dog ikke øges i det uendelige. Når kompressionshastigheden er overdrevent høj (over 40%), øges intern spænding i polymeren eksponentielt, hvilket fører til for tidlig mekanisk brud på molekylekæder og som følge heraf accelererende CS-forringelse.
Den mest effektive tilgang er, at konstruktionsingeniører og materialeingeniører i fællesskab udleder en rilletolerance baseret på spændingsafslapningskurven-en, der hverken kompromitterer silikoneintegriteten eller ikke opretholder tilstrækkeligt tætningstrykforhold efter ti år.
At skabe et segl betyder i bund og grund at blive både en ven og en fjende af tiden.
En ægte tætningsingeniør fokuserer ikke udelukkende på at sikre en vandtæt forsegling i det øjeblik, samlingen er færdig.
Deres bekymring ligger i, om molekylkæden efter tre, fem eller endda ti år-under gentagen eksponering for høje temperaturer og intenst tryk- stadig vil forblive solidt fastgjort til metaloverfladen.
Hvis du har en forsegling, der bliver ved med at lække gentagne gange, men ikke kan identificere årsagen, eller finder leverandørens egenskabstabeller forvirrende,-er du velkommen til at kontakte vores salgsingeniør med dine tegninger og fejlbehæftede prøver.