Introducción
En tecnología, el término "junta" se utiliza para describir elementos o estructuras que tienen la misión de impedir o limitar transferencias indeseadas de material de un lugar a otro. Si, por ejemplo, un grifo de cierre sigue goteando, su junta es defectuosa [1]. Las juntas de elastómero se utilizan en aplicaciones técnicas y realizan una gran variedad de tareas de estanquidad. Dependiendo de la aplicación, las áreas de importancia fundamental incluyen la selección de los materiales, su diseño, la geometría o forma de la junta requerida y, por supuesto, las condiciones de contorno físicas y químicas en las que se van a utilizar las juntas hechas a medida.
Por este motivo, el conocimiento detallado de las condiciones físicas y químicas a las que está expuesta la aplicación -como los rangos de temperatura y presión, la resistencia química y, por tanto, la selección de sustancias inertes adecuadas- son requisitos previos para diseñar con éxito una junta.
Resistencia de los medios de comunicación
Sin embargo, no basta con considerar únicamente la resistencia a los medios de los materiales de origen (eductos), por ejemplo, dentro de una cadena de producción de productos químicos técnicos. La junta también debe ser químicamente resistente a los productos producidos en el proceso de fabricación. Por tanto, la resistencia a los medios requerida se ve afectada por los medios en contacto con los medios que deben separarse o sellarse, los medios creados durante el funcionamiento, el aire ambiente, aditivos como lubricantes y consumibles como agentes de limpieza.
Estabilidad térmica
El rango de temperatura de funcionamiento de los materiales de sellado se determina en función de una posible temperatura de funcionamiento continuo con suficientes reservas de seguridad. También hay que tener en cuenta que durante el funcionamiento pueden producirse reacciones de descomposición que hagan que el material de estanquidad se encoja o se hinche. Además, las condiciones de arranque pueden cambiar debido a la temperatura, la presión y el desgaste.
Además de los ensayos de idoneidad, una parte importante del proceso de desarrollo de las juntas de elastómero son los ensayos exhaustivos del material. Los experimentos de recuperación de la fluencia desempeñan un papel fundamental en este sentido.
¿Qué son las pruebas de recuperación de fluencia?
Durante un ensayo de recuperación, una probeta elastomérica, normalmente una probeta cilíndrica sometida a una carga de compresión, se deforma a una temperatura constante durante un periodo de tiempo predeterminado. A continuación se realiza una fase de descarga (es decir, sin carga/fuerza), que suele tener lugar a la misma temperatura. También en este caso se establece un periodo de tiempo definido para la "recuperación de la muestra". Tras el alivio, una junta ideal se "enderezaría" inmediatamente sin ningún retardo hasta la altura inicial (por ejemplo, un muelle elástico).
Sin embargo, las juntas reales se comportan de forma diferente. Dependiendo del material, de su estructura interna, de la temperatura ambiente y de la influencia de medium, los procesos de "levantamiento" o restablecimiento pueden transcurrir de forma muy diferente. A menudo pueden pasar varias horas o incluso días antes de que se vuelva a alcanzar la altura inicial. También existe la posibilidad de que los materiales ya no alcancen su altura original y permanezcan deformados de forma permanente e irreversible. Un importante criterio de calidad de una junta es su propiedad restauradora:
¿Con qué rapidez y a qué nivel, en comparación con el nivel inicial "virgen", se restaura el material en la prueba?
Condiciones de medición
Por regla general, en los ensayos de materiales se requieren propiedades denominadas "a granel" para poder extraer conclusiones significativas y fiables. Se trata de una muestra de volumen large. Si las dimensiones de las probetas son demasiado grandes small, la relación entre la superficie y el volumen de la probeta resulta desfavorable. En ese caso, los resultados obtenidos ya no pueden utilizarse directamente para deducir las propiedades del material. Por este motivo, las probetas de ensayo large-volumen deben exponerse a las deformaciones que se producen en la aplicación.
En este ejemplo se realizan ensayos de recuperación de fluencia en una muestra cilíndrica rellena de Negro de humoTemperature and atmosphere (purge gas) affect the mass change results. By changing the atmosphere from, e.g., nitrogen to air during the TGA measurement, separation and quantification of additives, e.g., carbon black, and the bulk polymer can become possible.negro de humo (altura: 25 mm, diámetro: 20 mm) de un material de sellado elastomérico a temperatura ambiente en un DMA GABO de alta carga Eplexor® 2000 N.
Para ello, se aplicó una compresión estática del 40% en función de la altura inicial de la muestra. Esta deformación se reguló durante un periodo de una hora y se mantuvo constante.
A continuación, se suprimió "bruscamente" la fuerza estática necesaria para comprimir un 40%, se aplicó una fuerza de contacto de 2 N y se registró el proceso de recuperación resultante durante una hora. Este componente de baja fuerza no influye en absoluto en el proceso de "enderezamiento", pero es necesario para mantener la muestra tensa.
Resultados de las mediciones
La figura 1 muestra el curso temporal de la deformación y la tensión durante el ensayo de recuperación por fluencia.
La muestra se comprime un 40%. Inicialmente, la tensión mecánica aumenta bruscamente. La fuerza inicial requerida es de aproximadamente 2.400 N (7,5 MPa x 314 mm2 ~2.400 N). Si se mantiene el estado deformado durante una hora, se mide una disminución de la tensión aplicada. Dependiendo de los materiales utilizados, su estructura interna y su composición, la movilidad molecular intrínseca específica de cada sustancia puede ser a menudo muy diferente. Mediante los denominados procesos de RelajaciónCuando se aplica una tensión constante a un compuesto de caucho, la fuerza necesaria para mantener esa tensión no es constante, sino que disminuye con el tiempo; este comportamiento se conoce como relajación de tensiones. El proceso responsable de la relajación de tensiones puede ser físico o químico y, en condiciones normales, ambos ocurrirán al mismo tiempo. relajación, los materiales experimentan una reducción de la tensión aplicada a diferentes velocidades. El nivel de tensión alcanzado y el periodo de tiempo transcurrido antes de llegar a este estado "cuasi estacionario" proporcionan información sobre el comportamiento a largo plazo y permiten evaluar el perfil de propiedades en aplicaciones reales. En este caso, la tensión alcanza un valor casi constante de 5,5 MPa.
En un segundo paso, se suprime bruscamente la fuerza estática y se aplica una fuerza de contacto de 2 N para mantener tensa la probeta. Esta reducción de la tensión va acompañada de una deformación inversa espontánea, que en este caso dura relativamente poco tiempo. La muestra se arrastra o se expande y, al cabo de sólo una hora, alcanza su estado de recuperación total, que es sólo del 94% (100% - 6% = 94%) de su longitud original. La compresión permanente del 6% se basa en el comportamiento viscoelástico no lineal del material ensayado aquí e indica un estado irreversible.
Conclusión
Los ensayos de recuperación por fluencia registran el cambio de longitud de las juntas de elastómero en función de la carga, el tiempo de mantenimiento y la temperatura. Son un medio indispensable para comprobar y verificar los requisitos de las juntas de elastómero.
La muestra examinada mostró una compresión permanente del 6% tras una fase de carga y descarga y no pudo recuperar su forma original.
Los factores decisivos para una medición satisfactoria son la fuerza máxima disponible de un instrumento, el rango de deformación específico de la máquina y, por supuesto, un control estable de la temperatura, que debe cubrir el mayor rango de temperatura posible. Un DMA de alta carga del tipo GABO Eplexor® 2000 N o, mejor aún, un DMA de alta carga del tipo GABO Eplexor® 4000 N es la primera opción.