Bevezetés
A technológiában a "tömítés" kifejezést olyan elemek vagy szerkezetek leírására használják, amelyek feladata, hogy megakadályozzák vagy korlátozzák a nem kívánt anyagátvitelt egyik helyről a másikra. Ha például egy elzáró csap még mindig csöpög, akkor a tömítése hibás [1]. Az elasztomer tömítések műszaki alkalmazásokban használatosak, és sokféle tömítési feladatot látnak el. Az alkalmazástól függően az alapvető fontosságú területek közé tartozik az anyagok kiválasztása, azok kialakítása, a kívánt tömítésgeometria vagy tömítésforma, és természetesen azok a fizikai és kémiai peremfeltételek, amelyek között a testre szabott tömítéseket használni kell.
Ezért a tömítés sikeres tervezésének előfeltétele az alkalmazás fizikai és kémiai körülményeinek - mint például a hőmérséklet- és nyomástartományok, a vegyi ellenállás és így a megfelelő inert anyagok kiválasztása - részletes ismerete.
Média ellenállás
Nem elegendő azonban csak a kiindulási anyagok (eduktok) közegellenállását figyelembe venni, például egy műszaki vegyipari termelési láncon belül. A tömítésnek kémiailag ellenállónak kell lennie a gyártási folyamat során keletkező termékekkel szemben is. A szükséges közegállóságot tehát befolyásolja az elválasztandó vagy lezárandó közeggel érintkező közeg, a működés során keletkező közeg, a környezeti levegő, az adalékanyagok, például kenőanyagok, és a fogyóanyagok, például tisztítószerek.
Hőmérséklet stabilitás
A tömítőanyagok üzemi hőmérséklettartományát a lehetséges folyamatos üzemi hőmérséklet alapján határozzák meg, elegendő biztonsági tartalékkal. Azt is szem előtt kell tartani, hogy a működés során Bomlási reakcióA bomlási reakció egy kémiai vegyület szilárd és/vagy gáznemű termékeket képező, hő hatására lejátszódó reakciója. bomlási reakciók játszódhatnak le, amelyek a tömítőanyag zsugorodását vagy duzzadását okozzák. Ezenkívül a hőmérséklet, a nyomás és a kopás miatt az indítási feltételek is változhatnak.
Az alkalmassági vizsgálatok mellett az elasztomer tömítések fejlesztési folyamatának fontos része az alapos anyagvizsgálat. A CreepA kúszás idő- és hőmérsékletfüggő képlékeny alakváltozást ír le állandó erő hatására. Amikor egy gumikeverékre állandó erőt alkalmazunk, az erő alkalmazása következtében kapott kezdeti alakváltozás nem rögzített. A deformáció az idő múlásával növekszik. kúszás-visszanyerési kísérletek ebben kulcsszerepet játszanak.
Mik azok a kúszás-visszaállítási tesztek?
A helyreállítási vizsgálat során egy elasztomer próbatestet, általában egy hengeres próbatestet, amelyet nyomóterhelésnek vetnek alá, állandó hőmérsékleten deformálnak egy előre meghatározott ideig. Ezt követi egy tehermentesítő fázis (azaz terhelés/erő nélkül), amely általában ugyanazon a hőmérsékleten zajlik. Itt is meghatározott időtartamot határoznak meg a "minta helyreállítására". A tehermentesítéskor egy ideális tömítés azonnal, mindenféle időbeli késleltetés nélkül "felegyenesedik" a kiindulási magasságba (pl. rugalmas rugó).
A valódi tömítések azonban ettől eltérően viselkednek. Az anyagtól, annak belső szerkezetétől, a környezeti hőmérséklettől és a medium hatásától függően a "felemelkedési" vagy helyreállítási folyamatok nagyon eltérő módon zajlanak. Gyakran több órát vagy akár napokat is igénybe vehet, mire a kezdeti magasságot újra elérjük. Az is előfordulhat, hogy az anyagok már nem érik el eredeti magasságukat, és tartósan, visszafordíthatatlanul deformáltak maradnak. Egy tömítés fontos minőségi kritériuma a helyreállító tulajdonság:
Milyen gyorsan és a "szűz" kiindulási szinthez képest milyen szinten áll helyre az anyag a vizsgálat során?
Mérési feltételek
Az anyagvizsgálatok során általában úgynevezett "ömlesztett" tulajdonságokra van szükség ahhoz, hogy jelentős és megbízható következtetéseket lehessen levonni. Itt egy large- térfogatú mintadarabról van szó. Ha a próbatestek méretei túlságosan small, akkor a próbatest felületének és térfogatának aránya kedvezőtlenné válik. A meghatározott vizsgálati eredmények ekkor már nem használhatók közvetlenül az anyagtulajdonságokra való következtetésre. Emiatt a large-térfogatú próbatesteket ki kell tenni az alkalmazás során fellépő deformációknak.
Ebben a példában CreepA kúszás idő- és hőmérsékletfüggő képlékeny alakváltozást ír le állandó erő hatására. Amikor egy gumikeverékre állandó erőt alkalmazunk, az erő alkalmazása következtében kapott kezdeti alakváltozás nem rögzített. A deformáció az idő múlásával növekszik. kúszás-visszanyerési vizsgálatokat végzünk egy elasztomer tömítőanyag hengeres, szénfeketével töltött mintáján (magasság: 25 mm, átmérő: 20 mm) szobahőmérsékleten, egy nagy terhelésű DMA GABO Eplexor® 2000 N-ban.
Ehhez a minta kezdeti magassága alapján 40%-os statikus tömörítést alkalmaztak. Ezt a deformációt egy órán keresztül szabályozták és állandó értéken tartották.
Ezután a 40%-os összenyomáshoz szükséges statikus erőt "hirtelen" megszüntették, 2 N érintkezési erőt alkalmaztak, és az ebből eredő helyreállítási folyamatot egy órán keresztül rögzítették. Ez az alacsony erőösszetevő egyáltalán nem befolyásolja a "kiegyenesedési" folyamatot, de szükséges a minta feszesen tartásához.
Mérési eredmények
Az 1. ábra a CreepA kúszás idő- és hőmérsékletfüggő képlékeny alakváltozást ír le állandó erő hatására. Amikor egy gumikeverékre állandó erőt alkalmazunk, az erő alkalmazása következtében kapott kezdeti alakváltozás nem rögzített. A deformáció az idő múlásával növekszik. kúszás-visszanyerési vizsgálat során a deformáció és a feszültség időbeli alakulását mutatja.
A minta 40%-kal van összenyomva. Kezdetben a mechanikai feszültség meredeken növekszik. A szükséges kezdeti erő kb. 2400 N (7,5 MPa x 314 mm2 ~2400 N). Ha a deformált állapotot egy órán keresztül fenntartjuk, az alkalmazott feszültség csökkenését mérjük. A felhasznált anyagoktól, azok belső szerkezetétől és összetételétől függően az anyagspecifikus saját molekuláris mozgékonyság gyakran nagyon eltérő lehet. Az úgynevezett RelaxációAmikor egy gumikeverékre állandó feszültséget alkalmazunk, a feszültség fenntartásához szükséges erő nem állandó, hanem idővel csökken; ezt a viselkedést nevezzük feszültségrelaxációnak. A feszültséglazulásért felelős folyamat lehet fizikai vagy kémiai, és normál körülmények között mindkettő egyszerre következik be. relaxációs folyamatok révén az anyagok különböző sebességgel mennek keresztül az alkalmazott feszültség csökkenésén. Az elért feszültségszint és az e "kvázi-állandó" állapot eléréséig eltelt idő információt nyújt a hosszú távú viselkedésről, és lehetővé teszi a tulajdonságprofil értékelését valós alkalmazásokban. Ebben az esetben a feszültség eléri az 5,5 MPa közel állandó értéket.
Egy második lépésben a statikus erőt hirtelen megszüntetjük, és a próbatest feszesen tartásához 2 N érintkezési erőt alkalmazunk. Ezt a feszültségcsökkenést spontán visszafordított alakváltozás kíséri, amely ebben az esetben viszonylag rövid ideig tart. A minta kúszik vagy tágul, és alig egy óra elteltével eléri a teljes helyreállási állapotot, amely az eredeti hosszának mindössze 94%-a (100% - 6% = 94%). A 6%-os tartós összenyomódás az itt vizsgált anyag nemlineáris, viszkoelasztikus viselkedésén alapul, és irreverzibilis állapotot jelez.
Következtetés
A CreepA kúszás idő- és hőmérsékletfüggő képlékeny alakváltozást ír le állandó erő hatására. Amikor egy gumikeverékre állandó erőt alkalmazunk, az erő alkalmazása következtében kapott kezdeti alakváltozás nem rögzített. A deformáció az idő múlásával növekszik. kúszás-visszanyerési vizsgálatok az elasztomer tömítések hosszának változását rögzítik a terhelés, a tartási idő és a hőmérséklet függvényében. Ezek az elasztomer tömítésekkel szemben támasztott követelmények ellenőrzésének és igazolásának nélkülözhetetlen eszközei.
A vizsgált minta a terhelés és a tehermentesítés után 6%-os tartós összenyomódást mutatott, és nem tudott visszatérni az eredeti alakjához.
A sikeres mérés döntő tényezői közé tartozik a műszer maximálisan rendelkezésre álló ereje, a gépspecifikus deformációs tartomány és természetesen a stabil hőmérséklet-szabályozás, amelynek a lehető legnagyobb hőmérsékleti tartományt kell lefednie. A GABO Eplexor® 2000 N típusú, vagy még jobb esetben a GABO Eplexor® 4000 N típusú, nagy terhelésű DMA az első választás.