Εισαγωγή
Στην τεχνολογία, ο όρος "σφράγιση" χρησιμοποιείται για να περιγράψει στοιχεία ή δομές που έχουν ως αποστολή να εμποδίζουν ή να περιορίζουν ανεπιθύμητες μεταφορές υλικών από ένα μέρος σε ένα άλλο. Εάν, για παράδειγμα, μια βρύση που κλείνει εξακολουθεί να στάζει, η στεγανοποίησή της είναι ελαττωματική [1]. Οι ελαστομερείς στεγανοποιήσεις χρησιμοποιούνται σε τεχνικές εφαρμογές και εκτελούν μια μεγάλη ποικιλία καθηκόντων στεγανοποίησης. Ανάλογα με την εφαρμογή, οι τομείς θεμελιώδους σημασίας περιλαμβάνουν το selectιόν των υλικών, το σχεδιασμό τους, την απαιτούμενη γεωμετρία της στεγανοποίησης ή το σχήμα της στεγανοποίησης και, φυσικά, τις φυσικές και χημικές οριακές συνθήκες υπό τις οποίες πρόκειται να χρησιμοποιηθούν οι εξατομικευμένες στεγανοποιήσεις.
Για το λόγο αυτό, η λεπτομερής γνώση των φυσικών και χημικών συνθηκών στις οποίες εκτίθεται η εφαρμογή -όπως τα εύρη θερμοκρασίας και πίεσης, η χημική αντοχή και συνεπώς το selectιον των κατάλληλων αδρανών ουσιών- αποτελούν προϋποθέσεις για τον επιτυχή σχεδιασμό μιας στεγανοποίησης.
Αντίσταση των μέσων ενημέρωσης
Ωστόσο, δεν αρκεί να εξετάζεται μόνο η αντοχή των υλικών προέλευσης (εκχυλισμάτων) στα μέσα, για παράδειγμα, σε μια αλυσίδα παραγωγής τεχνικών χημικών προϊόντων. Η στεγανοποίηση πρέπει επίσης να είναι χημικά ανθεκτική στα προϊόντα που παράγονται κατά τη διαδικασία παραγωγής. Επομένως, η απαιτούμενη αντίσταση στα μέσα επηρεάζεται από τα μέσα που έρχονται σε επαφή με τα μέσα που πρέπει να διαχωριστούν ή να σφραγιστούν, τα μέσα που δημιουργούνται κατά τη λειτουργία, τον αέρα του περιβάλλοντος, τα πρόσθετα, όπως τα λιπαντικά, και τα αναλώσιμα, όπως τα καθαριστικά.
Σταθερότητα θερμοκρασίας
Το εύρος θερμοκρασιών λειτουργίας για τα υλικά στεγανοποίησης καθορίζεται με βάση την πιθανή θερμοκρασία συνεχούς λειτουργίας με επαρκή αποθέματα ασφαλείας. Θα πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη ότι κατά τη διάρκεια της λειτουργίας ενδέχεται να λάβουν χώρα αντιδράσεις αποσύνθεσης που προκαλούν συρρίκνωση ή διόγκωση του υλικού σφράγισης. Επιπλέον, οι συνθήκες εκκίνησης μπορεί να αλλάξουν λόγω θερμοκρασίας, πίεσης και φθοράς.
Εκτός από τις δοκιμές καταλληλότητας, ένα σημαντικό μέρος της διαδικασίας ανάπτυξης των ελαστομερών στεγανοποιήσεων είναι η ενδελεχής δοκιμή του υλικού. Τα πειράματα αποκατάστασης ερπυσμού παίζουν βασικό ρόλο σε αυτό.
Τι είναι οι δοκιμές ανάκτησης ερπυσμού
Κατά τη διάρκεια μιας δοκιμής αποκατάστασης, ένα ελαστομερές δοκίμιο, συνήθως ένα κυλινδρικό δοκίμιο που υποβάλλεται σε θλιπτικό φορτίο, παραμορφώνεται σε σταθερή θερμοκρασία για προκαθορισμένο χρονικό διάστημα. Ακολουθεί μια φάση ανακούφισης (δηλ. χωρίς φορτίο/δύναμη), η οποία πραγματοποιείται συνήθως στην ίδια θερμοκρασία. Και εδώ ορίζεται ένα καθορισμένο χρονικό διάστημα για την "ανάκτηση του δείγματος". Κατά την ανακούφιση, μια ιδανική σφράγιση θα "ισιώνει" αμέσως χωρίς καμία χρονική καθυστέρηση στο αρχικό ύψος (π.χ. ελαστικό ελατήριο).
Ωστόσο, οι πραγματικές σφραγίδες συμπεριφέρονται διαφορετικά από αυτό. Ανάλογα με το υλικό, την εσωτερική δομή του, τη θερμοκρασία περιβάλλοντος και την επίδραση του medium, οι διαδικασίες "ανύψωσης" ή αποκατάστασης μπορεί να τρέξουν πολύ διαφορετικά. Συχνά μπορεί να χρειαστούν αρκετές ώρες ή ακόμη και ημέρες μέχρι να επιτευχθεί ξανά το αρχικό ύψος. Υπάρχει επίσης η πιθανότητα τα υλικά να μην φτάσουν πλέον το αρχικό τους ύψος και να παραμείνουν μόνιμα, μη αναστρέψιμα παραμορφωμένα. Ένα σημαντικό κριτήριο ποιότητας για μια σφραγίδα είναι η ιδιότητα αποκατάστασης:
Πόσο γρήγορα και σε ποιο επίπεδο σε σύγκριση με το "παρθένο" αρχικό επίπεδο αποκαθίσταται το υλικό στη δοκιμή
Συνθήκες μέτρησης
Κατά κανόνα, στις δοκιμές υλικών απαιτούνται οι λεγόμενες "χύδην" ιδιότητες για την εξαγωγή σημαντικών και αξιόπιστων συμπερασμάτων. Αυτό που εννοείται εδώ είναι ένα δοκίμιο large-όγκου. Εάν οι διαστάσεις των δοκιμίων είναι πολύ small, ο λόγος της επιφάνειας του δοκιμίου προς τον όγκο του δοκιμίου γίνεται δυσμενής. Τότε τα αποτελέσματα των δοκιμών που προσδιορίζονται δεν μπορούν πλέον να χρησιμοποιηθούν άμεσα για την εξαγωγή συμπερασμάτων σχετικά με τις ιδιότητες του υλικού. Για το λόγο αυτό, τα δοκίμια large-όγκου πρέπει να εκτίθενται στις παραμορφώσεις που συμβαίνουν στην εφαρμογή.
Οι δοκιμές αποκατάστασης ερπυσμού πραγματοποιούνται σε αυτό το παράδειγμα σε ένα κυλινδρικό δείγμα (ύψος: 25 mm, διάμετρος: 20 mm) ενός ελαστομερούς υλικού στεγανοποίησης σε θερμοκρασία δωματίου σε ένα υψηλής φόρτισης DMA GABO Eplexor® 2000 N.
Για το σκοπό αυτό, εφαρμόστηκε στατική συμπίεση 40% με βάση το αρχικό ύψος του δείγματος. Η παραμόρφωση αυτή ρυθμίστηκε για περίοδο μιας ώρας και διατηρήθηκε σταθερή.
Στη συνέχεια, η στατική δύναμη που απαιτήθηκε για τη συμπίεση κατά 40% αφαιρέθηκε "απότομα", εφαρμόστηκε δύναμη επαφής 2 N και καταγράφηκε η προκύπτουσα διαδικασία αποκατάστασης για μία ώρα. Αυτή η συνιστώσα χαμηλής δύναμης δεν επηρεάζει καθόλου τη διαδικασία "ισιώματος", αλλά απαιτείται για να συγκρατήσει το δείγμα σφιχτά.
Αποτελέσματα μέτρησης
Στο Σχήμα 1 παρουσιάζεται η χρονική πορεία της παραμόρφωσης και της τάσης κατά τη διάρκεια της δοκιμής αποκατάστασης με ερπυσμό.
Το δείγμα συμπιέζεται κατά 40%. Αρχικά, η μηχανική τάση αυξάνεται απότομα. Η απαιτούμενη αρχική δύναμη είναι περίπου 2.400 N (7,5 MPa x 314 mm2 ~2.400 N). Εάν η παραμορφωμένη κατάσταση διατηρηθεί για διάστημα μιας ώρας, μετράται πτώση της εφαρμοζόμενης τάσης. Ανάλογα με τα χρησιμοποιούμενα υλικά, την εσωτερική δομή και τη σύνθεσή τους, η ειδική για την ουσία ενδογενής μοριακή κινητικότητα μπορεί συχνά να είναι πολύ διαφορετική. Μέσω των λεγόμενων διαδικασιών χαλάρωσης, τα υλικά υφίστανται μείωση της εφαρμοζόμενης τάσης με διαφορετικές ταχύτητες. Το επίπεδο τάσης που είχε επιτευχθεί και το χρονικό διάστημα που είχε παρέλθει μέχρι να φτάσει σε αυτή την "οιονεί στάσιμη" κατάσταση παρέχει πληροφορίες σχετικά με τη μακροπρόθεσμη συμπεριφορά και επιτρέπει την αξιολόγηση του προφίλ των ιδιοτήτων σε πραγματικές εφαρμογές. Στην περίπτωση αυτή, η τάση φθάνει σε μια σχεδόν σταθερή τιμή 5,5 MPa.
Σε ένα δεύτερο βήμα, η στατική δύναμη αφαιρείται απότομα και εφαρμόζεται μια δύναμη επαφής 2 N για να συγκρατηθεί το δοκίμιο σφιχτά. Αυτή η μείωση της τάσης συνοδεύεται από μια αυθόρμητη αντίστροφη παραμόρφωση, η οποία διαρκεί για σχετικά μικρό χρονικό διάστημα στην περίπτωση αυτή. Το δοκίμιο σέρνεται ή διαστέλλεται και μετά από μόλις μία ώρα φτάνει στην κατάσταση πλήρους αποκατάστασης, η οποία είναι μόλις το 94% (100% - 6% = 94%) του αρχικού του μήκους. Η μόνιμη συμπίεση του 6% βασίζεται στη μη γραμμική, ιξωδοελαστική συμπεριφορά του υλικού που δοκιμάστηκε εδώ και υποδεικνύει μια μη αναστρέψιμη κατάσταση.
Συμπέρασμα
Οι δοκιμές αποκατάστασης ερπυσμού καταγράφουν τη μεταβολή του μήκους των ελαστομερών στεγανοποιήσεων σε συνάρτηση με το φορτίο, το χρόνο παραμονής και τη θερμοκρασία. Αποτελούν απαραίτητο μέσο ελέγχου και επαλήθευσης των απαιτήσεων για τις ελαστομερείς σφραγίδες.
Το εξεταζόμενο δείγμα παρουσίασε μόνιμη συμπίεση 6% μετά από μια φάση φόρτισης και αποφόρτισης και δεν μπόρεσε να επανέλθει στο αρχικό του σχήμα.
Καθοριστικοί παράγοντες για την επιτυχή μέτρηση είναι η μέγιστη διαθέσιμη δύναμη ενός οργάνου, το εύρος παραμόρφωσης για τις συγκεκριμένες μηχανές και, φυσικά, ο σταθερός έλεγχος της θερμοκρασίας, ο οποίος θα πρέπει να καλύπτει το largest δυνατό εύρος θερμοκρασιών. Ένα DMA υψηλής φόρτισης του τύπου GABO Eplexor® 2000 N ή, ακόμη καλύτερα, ένα DMA υψηλής φόρτισης του τύπου GABO Eplexor® 4000 N είναι η πρώτη επιλογή.