소개
기술 분야에서 '씰'이라는 용어는 원치 않는 물질이 한 장소에서 다른 장소로 이동하는 것을 방지하거나 제한하는 역할을 하는 요소 또는 구조를 설명하는 데 사용됩니다. 예를 들어, 차단 탭에서 여전히 물이 떨어지면 씰에 결함이 있는 것입니다[1]. 엘라스토머 씰은 기술적 용도에 사용되며 다양한 씰링 작업을 수행합니다. 용도에 따라 기본적으로 중요한 영역에는 재료 선택, 설계, 필요한 씰 형상 또는 씰 모양, 그리고 맞춤형 씰을 사용할 물리적 및 화학적 경계 조건이 포함됩니다.
따라서 온도 및 압력 범위, 내화학성, 적합한 불활성 물질 선택 등 씰이 노출되는 물리적, 화학적 조건에 대한 상세한 지식은 성공적인 씰 설계를 위한 전제 조건입니다.
미디어 저항
그러나 예를 들어 기술 화학 생산 체인 내에서 원재료(에듀케이트)의 매체 저항성만 고려하는 것만으로는 충분하지 않습니다. 씰은 제조 공정에서 생산되는 제품에 대한 내화학성 또한 갖춰야 합니다. 따라서 필요한 매체 저항성은 분리 또는 밀봉할 매체와 접촉하는 매체, 작동 중에 생성되는 매체, 주변 공기, 윤활제와 같은 첨가제, 세척제와 같은 소모품에 의해 영향을 받습니다.
온도 안정성
씰링 재료의 작동 온도 범위는 충분한 안전 여유가 있는 연속 작동 온도를 기준으로 결정됩니다. 또한 작동 중에 씰링 재료가 수축하거나 팽창하는 분해 반응이 일어날 수 있다는 점도 염두에 두어야 합니다. 또한 온도, 압력 및 마모로 인해 시작 조건이 변경될 수 있습니다.
적합성 테스트 외에도 엘라스토머 씰의 개발 과정에서 중요한 부분은 철저한 재료 테스트입니다. 이 과정에서 크리프 회복 실험이 중요한 역할을 합니다.
크립 복구 테스트란 무엇인가요?
회복 시험 중에는 일반적으로 압축 하중을 받는 원통형 시편인 엘라스토머 시편이 일정한 온도에서 미리 정해진 시간 동안 변형됩니다. 그 다음에는 일반적으로 동일한 온도에서 발생하는 완화 단계(즉, 하중/힘이 없는 상태)가 이어집니다. 여기에서도 '샘플 회수'를 위해 정해진 기간이 설정됩니다. 이상적인 씰은 릴리프 시 시작 높이(예: 탄성 스프링)까지 시간 지연 없이 즉시 "곧게 펴집니다".
그러나 실제 씰은 이와는 다르게 작동합니다. 재료, 내부 구조, 주변 온도 및 medium 의 영향에 따라 "올리기" 또는 복원 프로세스가 매우 다르게 실행될 수 있습니다. 초기 높이에 다시 도달하기까지 몇 시간 또는 며칠이 걸릴 수 있습니다. 또한 재료가 더 이상 원래 높이에 도달하지 못하고 영구적으로 돌이킬 수 없는 변형 상태로 남을 가능성도 있습니다. 씰의 중요한 품질 기준은 복원력입니다:
테스트에서 재료가 "버진" 초기 레벨과 비교하여 얼마나 빨리 그리고 어느 수준에서 스스로 복원되는가?
측정 조건
일반적으로 재료 테스트에서는 유의미하고 신뢰할 수 있는 결론을 도출하기 위해 소위 "벌크" 특성이 필요합니다. 여기서 말하는 것은 large-체적 시편입니다. 시편의 치수가 너무 큰 경우 small, 시편 표면과 시편 부피의 비율이 좋지 않게 됩니다. 그러면 결정된 테스트 결과를 더 이상 재료 특성을 추론하는 데 직접 사용할 수 없습니다. 따라서 large-부피 테스트 시편은 응용 분야에서 발생하는 변형에 노출되어야 합니다.
이 예에서 크리프 회복 테스트는 고하중 DMA GABO Eplexor® 2000 N의 실온에서 탄성체 밀봉재의 원통형 카본 블랙 충전 시료(높이: 25mm, 직경: 20mm)를 대상으로 수행됩니다.
이를 위해 초기 샘플 높이를 기준으로 40%의 정적 압축이 적용되었습니다. 이 변형은 한 시간 동안 조절되어 일정하게 유지되었습니다.
그런 다음 40% 압축에 필요한 정적 힘을 "갑작스럽게" 제거하고 2N의 접촉력을 가한 후 1시간 동안 회복 과정을 기록했습니다. 이 낮은 힘은 "곧게 펴기" 과정에는 전혀 영향을 미치지 않지만 샘플을 단단히 고정하는 데 필요합니다.
측정 결과
그림 1은 크리프 회복 테스트 중 변형과 응력의 시간 경과를 보여줍니다.
샘플은 40% 압축되었습니다. 처음에는 기계적 응력이 급격히 증가합니다. 필요한 초기 힘은 약 2,400N(7.5MPa x 314mm2 ~2,400N)입니다. 변형된 상태가 1시간 동안 유지되면 가해지는 응력의 강하가 측정됩니다. 사용되는 재료, 내부 구조 및 구성에 따라 물질별 고유 분자 이동도는 종종 매우 다를 수 있습니다. 소위 이완 과정을 통해 재료는 다양한 속도로 가해지는 응력을 감소시킵니다. 도달한 응력 수준과 이 "준고정" 상태에 도달하기까지 경과한 시간은 장기적인 거동에 대한 정보를 제공하고 실제 응용 분야에서 물성 프로파일을 평가할 수 있게 해줍니다. 이 경우 응력은 거의 일정한 값인 5.5MPa에 도달합니다.
두 번째 단계에서는 정적 힘이 갑자기 제거되고 2N의 접촉력이 가해져 시편이 단단히 고정됩니다. 이 응력 감소는 자발적인 역변형을 동반하며, 이 경우 비교적 짧은 시간 동안 지속됩니다. 샘플은 크리프 또는 팽창하고 단 한 시간이 지나면 원래 길이의 94%(100% - 6% = 94%)에 불과한 완전한 회복 상태에 도달합니다. 6%의 영구 압축은 여기서 테스트한 재료의 비선형 점탄성 거동을 기반으로 하며 되돌릴 수 없는 상태를 나타냅니다.
결론
크리프 회복 테스트는 하중, 유지 시간 및 온도에 따른 엘라스토머 씰의 길이 변화를 기록합니다. 이 테스트는 엘라스토머 씰의 요구 사항을 확인하고 검증하는 데 없어서는 안 될 필수적인 수단입니다.
검사한 샘플은 로딩 및 언로딩 단계 후 6%의 영구 압축을 보였으며 원래 모양으로 돌아가지 못했습니다.
성공적인 측정을 위한 결정적인 요소로는 장비의 최대 힘, 기계별 변형 범위, 그리고 가능한 최대 온도 범위를 커버해야 하는 안정적인 온도 제어가 있습니다. GABO Eplexor® 2000 N 타입의 고부하 DMA 또는 그보다 더 좋은 GABO Eplexor® 4000 N 타입의 고부하 DMA가 가장 먼저 선택됩니다.