Introduzione
In tecnologia, il termine "guarnizione" viene utilizzato per descrivere elementi o strutture che hanno il compito di impedire o limitare trasferimenti indesiderati di materiale da un luogo all'altro. Se, ad esempio, un rubinetto di chiusura continua a gocciolare, la sua tenuta è difettosa [1]. Le guarnizioni in elastomero sono utilizzate in applicazioni tecniche e svolgono un'ampia varietà di compiti di tenuta. A seconda dell'applicazione, le aree di fondamentale importanza includono selectione dei materiali, il loro design, la geometria o la forma della tenuta richiesta e, naturalmente, le condizioni fisiche e chimiche al contorno in cui le guarnizioni su misura devono essere utilizzate.
Per questo motivo, la conoscenza dettagliata delle condizioni fisiche e chimiche a cui è esposta l'applicazione, come gli intervalli di temperatura e pressione, la resistenza chimica e quindi la selectpresenza di sostanze inerti adatte, sono i prerequisiti per una progettazione di successo di una guarnizione.
Resistenza ai media
Tuttavia, non è sufficiente considerare solo la resistenza ai mezzi dei materiali di partenza (condotti), ad esempio, all'interno di una catena di produzione di prodotti chimici tecnici. La guarnizione deve anche essere chimicamente resistente ai prodotti ottenuti nel processo di produzione. La resistenza ai fluidi richiesta è quindi influenzata dai fluidi a contatto con i fluidi da separare o sigillare, dai fluidi creati durante il funzionamento, dall'aria ambiente, dagli additivi come i lubrificanti e dai materiali di consumo come i detergenti.
Stabilità della temperatura
L'intervallo di temperatura di esercizio per i materiali di tenuta è determinato sulla base di una possibile temperatura di esercizio continua con sufficienti riserve di sicurezza. Occorre inoltre tenere presente che durante il funzionamento possono verificarsi Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. reazioni di decomposizione che causano il ritiro o il rigonfiamento del materiale di tenuta. Inoltre, le condizioni di partenza possono cambiare a causa della temperatura, della pressione e dell'usura.
Oltre ai test di idoneità, una parte importante del processo di sviluppo delle guarnizioni in elastomero è costituita da test approfonditi sui materiali. Gli esperimenti di recupero per scorrimento svolgono un ruolo fondamentale in questo senso.
Cosa sono i test di recupero dello scorrimento?
Durante una prova di recupero, un provino elastomerico, di solito un provino cilindrico sottoposto a un carico di compressione, viene deformato a temperatura costante per un periodo di tempo predeterminato. Segue una fase di scarico (cioè assenza di carico/forza), che di solito avviene alla stessa temperatura. Anche in questo caso, viene stabilito un periodo di tempo definito per il "recupero del campione". Al momento del rilascio, una tenuta ideale si "raddrizzerebbe" immediatamente, senza alcun ritardo, fino all'altezza di partenza (ad esempio, una molla elastica).
Tuttavia, le guarnizioni reali si comportano in modo diverso. A seconda del materiale, della sua struttura interna, della temperatura ambiente e dell'influenza di medium, i processi di "sollevamento" o ripristino possono svolgersi in modo molto diverso. Spesso possono essere necessarie diverse ore o addirittura giorni prima di raggiungere nuovamente l'altezza iniziale. Esiste anche la possibilità che i materiali non raggiungano più l'altezza originale e rimangano deformati in modo permanente e irreversibile. Un importante criterio di qualità per una guarnizione è la sua proprietà di ripristino:
Con quale velocità e a quale livello rispetto al livello iniziale "vergine" il materiale si ripristina nel test?
Condizioni di misura
Di norma, nelle prove sui materiali sono necessarie le cosiddette proprietà "di massa" per poter trarre conclusioni significative e affidabili. In questo caso, si intende un campione di large volume. Se le dimensioni dei provini sono troppo small, il rapporto tra superficie e volume del provino diventa sfavorevole. I risultati dei test determinati non possono più essere utilizzati direttamente per dedurre le proprietà del materiale. Per questo motivo, i provini di large volume devono essere esposti alle deformazioni che si verificano nell'applicazione.
In questo esempio, le prove di Recupero del creepIl recupero del creep è il rapporto tra la cedevolezza recuperabile e la cedevolezza iniziale, espresso in percentuale. Spesso nei test MSCR (multiple stress creep recovery), il recupero del creep è considerato un indicatore di prestazione: un recupero maggiore indica un legante meno incline all'insidia.recupero del creep vengono eseguite su un campione cilindrico riempito di nerofumo (altezza: 25 mm, diametro: 20 mm) di un materiale di tenuta elastomerico a temperatura ambiente in un DMA GABO Eplexor® 2000 N ad alto carico.
A tal fine, è stata applicata una compressione statica del 40% in base all'altezza iniziale del campione. Questa deformazione è stata regolata per un periodo di un'ora e mantenuta costante.
Poi, la forza statica necessaria per la compressione del 40% è stata "bruscamente" rimossa, è stata applicata una forza di contatto di 2 N e il processo di recupero risultante è stato registrato per un'ora. Questa componente a bassa forza non ha alcuna influenza sul processo di "raddrizzamento", ma è necessaria per mantenere il campione in tensione.
Risultati della misurazione
La Figura 1 mostra l'andamento temporale della deformazione e della sollecitazione durante il test di recupero per scorrimento.
Il campione viene compresso del 40%. Inizialmente, la sollecitazione meccanica aumenta bruscamente. La forza iniziale richiesta è di circa 2.400 N (7,5 MPa x 314 mm2 ~2.400 N). Se lo stato di deformazione viene mantenuto per un periodo di un'ora, si misura una diminuzione della sollecitazione applicata. A seconda dei materiali utilizzati, della loro struttura interna e della loro composizione, la mobilità molecolare intrinseca specifica della sostanza può essere spesso molto diversa. Attraverso i cosiddetti processi di RilassamentoQuando si applica una deformazione costante a una mescola di gomma, la forza necessaria per mantenere tale deformazione non è costante, ma diminuisce nel tempo; questo comportamento è noto come rilassamento delle sollecitazioni. Il processo responsabile del rilassamento delle tensioni può essere fisico o chimico e, in condizioni normali, si verificano entrambi contemporaneamente. rilassamento, i materiali subiscono una riduzione della sollecitazione applicata a velocità diverse. Il livello di sollecitazione raggiunto e il periodo di tempo trascorso prima di raggiungere questo stato "quasi stazionario" forniscono informazioni sul comportamento a lungo termine e consentono di valutare il profilo delle proprietà nelle applicazioni reali. In questo caso, la sollecitazione raggiunge un valore quasi costante di 5,5 MPa.
In una seconda fase, la forza statica viene bruscamente rimossa e viene applicata una forza di contatto di 2 N per tenere il provino in tensione. La riduzione delle sollecitazioni è accompagnata da una deformazione inversa spontanea, che in questo caso dura un tempo relativamente breve. Il campione striscia o si espande e dopo appena un'ora raggiunge il suo stato di recupero completo, che è solo il 94% (100% - 6% = 94%) della sua lunghezza originale. La compressione permanente del 6% si basa sul comportamento viscoelastico non lineare del materiale testato e indica uno stato irreversibile.
Conclusione
I test di recupero per scorrimento registrano la variazione di lunghezza delle guarnizioni in elastomero in funzione del carico, del tempo di mantenimento e della temperatura. Sono un mezzo indispensabile per controllare e verificare i requisiti delle guarnizioni in elastomero.
Il campione esaminato ha mostrato una compressione permanente del 6% dopo una fase di carico e scarico e non ha potuto tornare alla sua forma originale.
I fattori decisivi per il successo della misurazione sono la forza massima disponibile dello strumento, il campo di deformazione specifico della macchina e, naturalmente, un controllo stabile della temperatura, che dovrebbe coprire l'intervallo di temperatura largepossibile. Un DMA ad alto carico del tipo GABO Eplexor® 2000 N o, ancora meglio, un DMA ad alto carico del tipo GABO Eplexor® 4000 N è la prima scelta.