مقدمة
في التكنولوجيا، يستخدم مصطلح "مانع التسرب" لوصف العناصر أو الهياكل التي لها مهمة منع أو الحد من انتقال المواد غير المرغوب فيها من مكان إلى آخر. على سبيل المثال، إذا كان صنبور الإغلاق لا يزال يقطر، فإن مانع التسرب الخاص به معيب [1]. تُستخدم موانع التسرب الإيلاستومرية في التطبيقات التقنية وتؤدي مجموعة متنوعة من مهام الختم. واعتمادًا على التطبيق، تشمل المجالات ذات الأهمية الأساسية اختيار المواد، وتصميمها، وهندسة الختم المطلوبة أو شكل الختم، وبالطبع، الظروف الفيزيائية والكيميائية التي سيتم استخدام موانع التسرب المصممة خصيصًا في ظلها.
لهذا السبب، فإن المعرفة التفصيلية للظروف الفيزيائية والكيميائية التي يتعرض لها التطبيق - مثل نطاقات درجة الحرارة والضغط، والمقاومة الكيميائية، وبالتالي اختيار المواد الخاملة المناسبة - هي شروط أساسية لنجاح تصميم مانع التسرب.
المقاومة الإعلامية
ومع ذلك، لا يكفي النظر فقط في مقاومة الوسائط للمواد المصدرية (المواد الخام)، على سبيل المثال، ضمن سلسلة الإنتاج الكيميائي التقني. يجب أن يكون مانع التسرب أيضًا مقاومًا كيميائيًا للمنتجات المنتجة في عملية التصنيع. وبالتالي فإن مقاومة الوسائط المطلوبة تتأثر بالوسائط الملامسة للوسائط المراد فصلها أو إحكام غلقها، والوسائط التي تنشأ أثناء التشغيل، والهواء المحيط، والمواد المضافة مثل مواد التشحيم، والمواد الاستهلاكية مثل مواد التنظيف.
استقرار درجة الحرارة
يتم تحديد نطاق درجة حرارة التشغيل لمواد منع التسرب على أساس درجة حرارة التشغيل المستمر الممكنة مع احتياطيات أمان كافية. يجب أن يوضع في الاعتبار أيضًا أن تفاعلات التحلل قد تحدث أثناء التشغيل والتي تتسبب في انكماش أو انتفاخ مادة منع التسرب. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تتغير ظروف التشغيل بسبب درجة الحرارة والضغط والتآكل.
وبالإضافة إلى اختبارات الملاءمة، فإن جزءًا مهمًا من عملية تطوير موانع التسرب المطاطية هو اختبار المواد بشكل شامل. وتلعب تجارب استعادة الزحف دورًا رئيسيًا في ذلك.
ما هي اختبارات التعافي من الزحف؟
أثناء اختبار الاسترداد، يتم تشويه عينة مرنة، وعادةً ما تكون عينة أسطوانية تتعرض لحمل انضغاطي، عند درجة حرارة ثابتة لفترة زمنية محددة مسبقاً. ويتبع ذلك مرحلة تخفيف (أي عدم وجود حمل/قوة)، والتي تحدث عادةً في نفس درجة الحرارة. هنا أيضًا، يتم تحديد فترة زمنية محددة "لاستعادة العينة". عند الارتياح، فإن مانع التسرب المثالي "يستقيم" على الفور دون أي تأخير زمني إلى ارتفاع البداية (على سبيل المثال، الزنبرك المرن).
ومع ذلك، تتصرف الأختام الحقيقية بشكل مختلف عن ذلك. اعتماداً على المادة، وهيكلها الداخلي، ودرجة الحرارة المحيطة وتأثير الوسط، قد تسير عمليات "الرفع" أو الاستعادة بشكل مختلف تماماً. قد يستغرق الأمر في كثير من الأحيان عدة ساعات أو حتى أيام قبل الوصول إلى الارتفاع الأولي مرة أخرى. هناك أيضًا احتمال ألا تصل المواد إلى ارتفاعها الأصلي وتظل مشوهة بشكل دائم وغير قابل للإصلاح. أحد معايير الجودة المهمة لمانع التسرب هو خاصية الاستعادة:
ما مدى السرعة وبأي مستوى مقارنة بالمستوى الأولي "البكر" الذي تستعيد فيه المادة نفسها في الاختبار؟
شروط القياس
كقاعدة عامة، يلزم وجود ما يسمى بالخصائص "السائبة" في اختبار المواد من أجل استخلاص استنتاجات مهمة وموثوقة. والمقصود هنا هو عينة كبيرة الحجم. إذا كانت أبعاد العينات صغيرة للغاية، تصبح نسبة سطح العينة إلى حجم العينة غير مواتية. لا يمكن بعد ذلك استخدام نتائج الاختبار المحددة مباشرةً للاستدلال على خصائص المادة. لهذا السبب، يجب تعريض عينات الاختبار كبيرة الحجم للتشوهات التي تحدث في التطبيق.
يتم إجراء اختبارات استرداد الزحف في هذا المثال على عينة أسطوانية مملوءة بأسود الكربون (الارتفاع: 25 مم، القطر: 20 مم) من مادة مانعة للتسرب مرنة في درجة حرارة الغرفة في جهاز DMA GABO Eplexor® 2000 N عالي الحمل.
لهذا الغرض، تم تطبيق ضغط ثابت بنسبة 40% بناءً على ارتفاع العينة الأولي. تم تنظيم هذا التشوه لمدة ساعة واحدة وظل ثابتًا.
بعد ذلك، أزيلت القوة الساكنة التي كانت مطلوبة للضغط بنسبة 40% "فجأة"، وتم تطبيق قوة تلامس مقدارها 2 نيوتن وتم تسجيل عملية الاسترداد الناتجة لمدة ساعة واحدة. لم يكن لمكون القوة المنخفضة هذا أي تأثير على الإطلاق على عملية "الاستقامة"، ولكنه مطلوب لإبقاء العينة مشدودة.
نتائج القياس
يوضّح الشكل 1 المسار الزمني للتشوه والإجهاد أثناء اختبار استرداد الزحف.
يتم ضغط العينة بنسبة 40%. في البداية، يزداد الإجهاد الميكانيكي بشكل حاد. تبلغ القوة الأولية المطلوبة حوالي 2,400 نيوتن (7.5 ميجا باسكال × 314 مم2 ~ 2,400 نيوتن). إذا تم الحفاظ على الحالة المشوهة لمدة ساعة واحدة، يتم قياس انخفاض في الإجهاد المطبق. واعتمادًا على المواد المستخدمة وبنيتها الداخلية وتركيبها، يمكن أن تكون الحركة الجزيئية الجوهرية الخاصة بالمادة مختلفة جدًا في كثير من الأحيان. من خلال ما يسمى بعمليات الاسترخاء، تخضع المواد لانخفاض في الإجهاد المطبق بسرعات مختلفة. ويوفر مستوى الإجهاد الذي تم الوصول إليه والفترة الزمنية التي انقضت قبل الوصول إلى هذه الحالة "شبه المستقرة" معلومات حول السلوك طويل الأجل ويتيح تقييم ملف الخصائص في التطبيقات الحقيقية. في هذه الحالة، يصل الإجهاد إلى قيمة ثابتة تقريبًا تبلغ 5.5 ميجا باسكال.
في الخطوة الثانية، تتم إزالة القوة الساكنة فجأة ويتم تطبيق قوة تلامس مقدارها 2 نيوتن لتثبيت العينة بإحكام. يصاحب هذا الانخفاض في الضغط تشوه عكسي تلقائي يستمر لفترة قصيرة نسبيًا في هذه الحالة. تزحف العينة أو تتمدد، وبعد ساعة واحدة فقط، تصل إلى حالة الاسترداد الكامل، والتي تبلغ 94% فقط (100% - 6% = 94%) من طولها الأصلي. ويستند الانضغاط الدائم بنسبة 6% إلى السلوك اللزج غير الخطي المرن للمادة المختبرة هنا ويشير إلى حالة لا رجعة فيها.
الخاتمة
تسجل اختبارات استرداد الزحف التغير في طول موانع التسرب المطاطية كدالة للحمل وزمن التثبيت ودرجة الحرارة. وهي وسيلة لا غنى عنها للتحقق والتحقق من متطلبات موانع التسرب المرنة.
وقد أظهرت العينة التي تم فحصها انضغاطًا دائمًا بنسبة 6% بعد مرحلة التحميل والتفريغ ولم تستطع العودة إلى شكلها الأصلي.
تشمل العوامل الحاسمة للقياس الناجح القوة القصوى المتاحة للأداة، ونطاق التشوه الخاص بالآلات، وبالطبع التحكم المستقر في درجة الحرارة، والذي يجب أن يغطي أكبر نطاق ممكن من درجات الحرارة. يعتبر جهاز DMA عالي الحمولة من نوع GABO Eplexor® 2000 N أو حتى أفضل من ذلك جهاز DMA عالي الحمولة من نوع GABO Eplexor® 4000 N هو الخيار الأول.