Teollisuudessa tiivistämisestä vastaavat insinöörit ovat tyypillisesti projektitiimin vaativimpia jäseniä.
Kun kone toimii normaalisti, kukaan ei ajattele sinua; mutta kun laitteistoon tulee vuotoja (vesi-, öljy- tai kaasuvuotoja) asiakkaan työmaalla, ensimmäinen vastuussa oleva henkilö on epäilemättä tiivistysinsinööri.
Rakennusinsinööri tutkii ensin kaivannon mitat ja varmistaa, että ne on piirretty tarkasti toleranssimäärittelyjen mukaisesti. IQC-osasto tarkistaa sitten tehdasraportin ja varmistaa, että suurten valmistajien toimittamat tuotteet täyttävät kaikki vaaditut standardit. Viime kädessä vastuu vikojen analysoinnista kuuluu suoraan tiivistysinsinöörille.
Poistit viallisen O-renkaan; sen pinta oli ehjä, eikä siinä ollut halkeamia tai kemiallisen korroosion merkkejä. Ainoa muutos oli, että se oli litistetty eikä sitä voitu palauttaa alkuperäiseen muotoonsa.
Tässä vaiheessa keskittyminen pelkästään toimittajan materiaalitiedoissa lueteltuihin vetolujuus- ja Shore-kovuusarvoihin saattaa epäonnistua vian todellisen syyn tunnistamisessa.
Suljettujen polymeerimateriaalien alalla pitkäaikaista{0}}tiivistyskykyä ei usein määritä materiaalin kovuus tai vetolujuus, vaan usein aliarvioitu parametri: puristussarja (CS).
Tutkitaan tätä parametria perusteellisesti kolmesta näkökulmasta.
0 1
Tiivistys – mitä tarkalleen sinetöidään?
Ennen kuin puhutaan puristavasta pysyvästä muodonmuutoksesta, on välttämätöntä korjata yleinen mekaaninen väärinkäsitys: tiivistys ei perustu "tukkoon" vaan "tukeen".
kuva
Kun asetat silikoni-O{0}}-renkaan metalliuraan ja kiristät laippaa, silikoni puristuu kokoon (tyypillisesti suhteessa 15–30 %).
Silikoni on erittäin joustava materiaali. Puristettaessa sen molekyyliketjut vääristyvät väkisin, jolloin syntyy vahva palautusvoima (kosketusjännitys), joka pyrkii palaamaan alkuperäiseen tilaansa.
Tämä palautumisvoima vastustaa tiukasti metalliseinää; teoriassa, niin kauan kuin se ylittää sisäisen nesteen paineen, väliaine ei vuoda ollenkaan.
Siksi tiivistyksen ydin on silikonimolekyyliketjujen jatkuvassa kimmoisuuden tuottamisessa puristettaessa, mikä mahdollistaa niiden kiinnittymisen tiukasti metallipintoihin.
0 2
Mikä aiheuttaa tiivisteen rikkoutumisen?
Koska tiivistys perustuu palautusvoimaan, mitä tapahtuu, jos tämä voima katoaa?
Mikä on puristava pysyvä muodonmuutos?
Tasoittimme silikonigeeliä 25 %, paistoimme uunissa 120 asteessa 70 tuntia, sitten poistimme sen ja annoimme jäähtyä ja palautua alkuperäiseen muotoonsa.
Jos se voi palauttaa alkuperäisen paksuuden täysin, CS=0% (täydellinen elastomeeri, jota ei todellisuudessa ole).
Jos se litistyy kokonaan eikä palaa ollenkaan, CS=100% (osoittaa siitä, että siitä on tullut jäykkää muovia).
Miksi molekyyliketjut eivät voi "palata alkuperäiseen tilaansa"? Ongelma on mikroskooppisella tasolla:
Fyysinen taso – stressin rentoutuminen ja ketjun segmentoinnin uudelleenjärjestely
Silikoni muodostuu pitkien molekyyliketjujen lukitsemisesta yhteen. Kun siihen kohdistuu pitkäaikainen puristus korkeissa lämpötiloissa,
Se vähentää sisäistä rasitusta asteittaisella liukumalla ja uudelleenjärjestelyllä.
Se on kuin pörröistä lankapalloa painaisi laatikon pohjassa vuoden ajan-kun otat sen pois, se on jo sopeutunut litistettyyn muotoonsa ja tuskin saa takaisin alkuperäistä pörröisyyttään.
Tämä fyysinen "kompromissi" johtaa asteittaiseen palautumisvoiman laskuun.
Kemiallinen taso – ristiin{0}}sidosten rikkoutuminen ja uudelleenjärjestely
Tämä on kriittisin näkökohta. Silikonin kimmoisuus perustuu molekyyliketjujen välisiin ristiin{1}}sidoksiin (kuten rikki-rikkisidoksiin).
Korkeissa lämpötiloissa ja pitkittyneessä puristuksessa alkuperäiset ristiin{0}}sidokset katkeavat, mikä johtaa elastisen vetovoiman menetykseen.
Vielä kriittisemmin, murtuman synnyttämät vapaat radikaalit muodostavat uudelleen-uusia-silloittuneita sidoksia materiaalin puristetuissa olosuhteissa-lukkien molekyyliketjut tehokkaasti "litteään tilaan". Jopa ulkoisen voiman poistamisen jälkeen nämä uudet kemialliset sidokset estävät materiaalia palaamasta alkuperäiseen muotoonsa.
Fyysinen liukuminen + kemiallinen rekombinaatio=puristava pysyvä muodonmuutos.
Korkeampi CS-arvo johtaa tasaisempaan silikonigeeliin ja heikompaan kosketusjännitykseen. Lopulta, kun palautumisvoima tulee riittämättömäksi nestepaineeseen verrattuna, tapahtuu vuotoa.
0 3
Miten tämä pitäisi käsitellä insinöörin näkökulmasta?
Nyt kun ymmärrämme taustalla olevat mekanismit, kuinka voimme välttää tämän riskin suunnitellessamme tiivisteitä ja valittaessa materiaaleja?
1. Kun tulkitset CS-tietoja, selvitä aina testausehdot.
Toimittajan toimittamassa fyysisten ominaisuuksien taulukossa lukee usein "pysyvä muodonmuutos puristuksen aikana: 25 %."Mutta missä lämpötilassa, millä puristussuhteella ja kuinka kauan nämä mittaukset tehtiin?
Jos CS-arvo mitataan 25 %:ksi 100 asteessa, se voi nousta yli 50 %:iin todellisissa 150 asteen käyttöolosuhteissa kiihtyneen lämpö- ja oksidatiivisen ikääntymisen vuoksi.
Keskeinen vaatimus on, että CS-arvoa arvioitaessa testilämpötila ei saa olla tuotteen maksimikäyttölämpötilaa alempi ja testin keston on oltava vähintään 70 tuntia tai 168 tuntia. Vain sellaiset tiedot voivat toimia kelvollisena viitteenä valinnassa.
2. Keskity ristiin-sidosjärjestelmään kovuuden sokean lisäämisen sijaan
Jos CS-arvo ei täytä vaatimuksia, älä yritä kompensoida sitä lisäämällä silikonigeelin kovuutta-kovuus ei voi muuttaa pysyvää muodonmuutosta. Sen sijaan puuttuminen tulisi suunnata materiaalin kemialliseen ristiin-sidosjärjestelmään.
Esimerkkinä NBR tai EPDM: perinteiset rikin vulkanointijärjestelmät muodostavat rikki-rikkisidoksia alhaisella sidosenergialla, jotka ovat alttiita rikkoutumaan ja muodostumaan uudelleen korkeissa lämpötiloissa, mikä johtaa huonoihin CS-arvoihin.
Ottamalla käyttöön peroksidivulkanointijärjestelmä, muodostuu hiili-yksityissidoksia, joilla on korkea sidosenergia ja jotka kestävät halkeamista ja rekombinaatiota korkeassa-lämpötilapuristuksessa, mikä vähentää merkittävästi pysyvää puristusmuodonmuutosta.
Kompromissi-on peroksidi{1}}vulkanoitujen materiaalien repeytyskestävyyden heikkeneminen. Tämä edustaa tyypillistä tasapainoa "ei--revittävyyden" ja "rebound-ominaisuuksien" säilyttämisen välillä.
3. Materiaalin CS-vaimennuksen kompensointi rakennesuunnittelulla
Jos materiaalin CS-arvo on optimoitu sen fyysiseen rajaan asti (esim. 30 %), miten voimme varmistaa jatkuvan tiivistyksen pitkäaikaisessa käytössä?
Koska tiedämme, että se menettää jonkin verran joustavuutta, meidän tulisi sisällyttää tämä häviö puristusvaraan uran mittoja suunniteltaessa.
Puristussuhdetta ei kuitenkaan voi lisätä loputtomiin. Kun puristusnopeus on liian korkea (yli 40 %), polymeerin sisäinen jännitys kasvaa eksponentiaalisesti, mikä johtaa molekyyliketjujen ennenaikaiseen mekaaniseen murtumiseen ja siten kiihdyttävän CS:n huononemista.
Tehokkain lähestymistapa on, että rakennesuunnittelijat ja materiaalisuunnittelijat johtavat yhdessä uratoleranssin jännitysrelaksaatiokäyrän perusteella-joka ei vaaranna silikonin eheyttä eikä säilytä riittävää tiivistyspainesuhdetta kymmenen vuoden jälkeen.
Sinetin luominen tarkoittaa pohjimmiltaan sekä ajan ystäväksi että viholliseksi tulemista.
Todellinen tiivistysinsinööri ei keskity pelkästään varmistamaan vesitiiviin tiiviyden asennuksen valmistumishetkellä.
He ovat huolissaan siitä, pysyykö molekyyliketju tiukasti kiinni metallipintaan kolmen, viiden tai jopa kymmenen vuoden jälkeenkin{0}}toistuvassa korkeissa lämpötiloissa ja voimakkaassa paineessa-.
Jos sinulla on tiiviste, joka vuotaa toistuvasti, mutta et pysty tunnistamaan syytä, tai jos toimittajan ominaisuustaulukot ovat hämmentäviä,{0}}ota rohkeasti yhteyttä myyntiinsinööriimme ja kerro piirustuksistasi ja epäonnistuneista näytteistäsi.