Wprowadzenie
W technologii termin "uszczelnienie" jest używany do opisania elementów lub struktur, których zadaniem jest zapobieganie lub ograniczanie niepożądanego transferu materiału z jednego miejsca do drugiego. Jeśli, na przykład, z kranu odcinającego nadal kapie, jego uszczelnienie jest uszkodzone [1]. Uszczelnienia elastomerowe są wykorzystywane w zastosowaniach technicznych i wykonują szeroką gamę zadań uszczelniających. W zależności od zastosowania, obszary o podstawowym znaczeniu obejmują selectjon materiałów, ich konstrukcję, wymaganą geometrię uszczelnienia lub kształt uszczelnienia oraz, oczywiście, fizyczne i chemiczne warunki brzegowe, w których mają być stosowane uszczelnienia dostosowane do indywidualnych potrzeb.
Z tego powodu szczegółowa wiedza na temat warunków fizycznych i chemicznych, na które narażone jest zastosowanie - takich jak zakresy temperatur i ciśnień, odporność chemiczna, a tym samym selectjon odpowiednich substancji obojętnych - są warunkiem wstępnym pomyślnego zaprojektowania uszczelnienia.
Opór mediów
Nie wystarczy jednak wziąć pod uwagę tylko odporność na media materiałów źródłowych (produktów), na przykład w łańcuchu produkcji chemikaliów technicznych. Uszczelnienie musi być również odporne chemicznie na produkty wytwarzane w procesie produkcyjnym. Na wymaganą odporność na media wpływają zatem media mające kontakt z mediami, które mają być oddzielane lub uszczelniane, media powstające podczas pracy, powietrze otoczenia, dodatki, takie jak smary, oraz materiały eksploatacyjne, takie jak środki czyszczące.
Stabilność temperatury
Zakres temperatur roboczych dla materiałów uszczelniających jest określany na podstawie możliwej ciągłej temperatury roboczej z wystarczającymi rezerwami bezpieczeństwa. Należy również pamiętać, że podczas pracy mogą zachodzić Reakcja rozkładuReakcja rozkładu to wywołana termicznie reakcja związku chemicznego tworząca produkty stałe i/lub gazowe. reakcje rozkładu, które powodują kurczenie się lub pęcznienie materiału uszczelniającego. Ponadto warunki początkowe mogą ulec zmianie ze względu na temperaturę, ciśnienie i zużycie.
Oprócz testów przydatności, ważną częścią procesu rozwoju uszczelnień elastomerowych jest dokładne testowanie materiałów. Kluczową rolę odgrywają tu eksperymenty z odzyskiwaniem pełzania.
Czym są testy odzyskiwania po pełzaniu?
Podczas testu odzyskiwania próbka elastomerowa, zwykle próbka cylindryczna poddawana obciążeniu ściskającemu, jest odkształcana w stałej temperaturze przez określony czas. Po tym następuje faza odciążenia (tj. brak obciążenia/siły), która zwykle odbywa się w tej samej temperaturze. Również w tym przypadku ustalany jest określony czas na "odzyskanie próbki". Po odciążeniu idealne uszczelnienie natychmiast "wyprostowałoby się" bez żadnego opóźnienia czasowego do wysokości początkowej (np. elastyczna sprężyna).
Jednak rzeczywiste uszczelnienia zachowują się inaczej. W zależności od materiału, jego wewnętrznej struktury, temperatury otoczenia i wpływu medium, procesy "podnoszenia" lub przywracania mogą przebiegać bardzo różnie. Często może minąć kilka godzin lub nawet dni, zanim początkowa wysokość zostanie ponownie osiągnięta. Istnieje również możliwość, że materiały nie osiągną już swojej pierwotnej wysokości i pozostaną trwale, nieodwracalnie zdeformowane. Ważnym kryterium jakości uszczelnienia jest jego właściwość przywracania:
Jak szybko i na jakim poziomie w porównaniu do "pierwotnego" poziomu początkowego materiał przywraca się w teście?
Warunki pomiaru
Z reguły tak zwane właściwości "masowe" są wymagane w badaniach materiałów w celu wyciągnięcia istotnych, wiarygodnych wniosków. Chodzi tutaj o próbki o large-objętości. Jeśli wymiary próbek są zbyt small, stosunek powierzchni próbki do jej objętości staje się niekorzystny. Ustalone wyniki testu nie mogą być wówczas bezpośrednio wykorzystywane do wnioskowania o właściwościach materiału. Z tego powodu próbki testowe large-objętościowe powinny być narażone na odkształcenia występujące w aplikacji.
W tym przykładzie przeprowadzono testy pełzania na cylindrycznej próbce wypełnionej sadzą (wysokość: 25 mm, średnica: 20 mm) elastomerowego materiału uszczelniającego w temperaturze pokojowej w urządzeniu DMA GABO Eplexor® 2000 N.
W tym celu zastosowano statyczne ściskanie 40% w oparciu o początkową wysokość próbki. Odkształcenie to było regulowane przez okres jednej godziny i utrzymywane na stałym poziomie.
Następnie siła statyczna, która była wymagana do ściśnięcia o 40%, została "gwałtownie" usunięta, przyłożono siłę kontaktową 2 N, a wynikowy proces odzyskiwania był rejestrowany przez godzinę. Ten składnik o niskiej sile nie ma żadnego wpływu na proces "prostowania", ale jest wymagany do utrzymania szczelności próbki.
Wyniki pomiarów
Rysunek 1 przedstawia przebieg czasowy odkształcenia i naprężenia podczas testu pełzania.
Próbka jest ściskana o 40%. Początkowo naprężenie mechaniczne gwałtownie wzrasta. Wymagana siła początkowa wynosi około 2400 N (7,5 MPa x 314 mm2 ~ 2400 N). Jeśli stan odkształcenia jest utrzymywany przez okres jednej godziny, mierzony jest spadek przyłożonego naprężenia. W zależności od użytych materiałów, ich wewnętrznej struktury i składu, specyficzna dla substancji wewnętrzna ruchliwość molekularna może być często bardzo różna. Dzięki tak zwanym procesom relaksacji materiały ulegają zmniejszeniu przyłożonego naprężenia z różnymi prędkościami. Osiągnięty poziom naprężenia i okres czasu, który upłynął przed osiągnięciem tego "quasi-stacjonarnego" stanu, dostarcza informacji o długoterminowym zachowaniu i umożliwia ocenę profilu właściwości w rzeczywistych zastosowaniach. W tym przypadku naprężenie osiąga prawie stałą wartość 5,5 MPa.
W drugim kroku, siła statyczna jest gwałtownie usuwana i przykładana jest siła kontaktowa 2 N w celu utrzymania próbki w stanie naprężenia. Redukcji naprężenia towarzyszy spontaniczne odkształcenie odwrotne, które w tym przypadku trwa stosunkowo krótko. Próbka pełznie lub rozszerza się i już po godzinie osiąga stan pełnego powrotu, który wynosi tylko 94% (100% - 6% = 94%) jej pierwotnej długości. Stała kompresja wynosząca 6% opiera się na nieliniowym, lepkosprężystym zachowaniu testowanego tutaj materiału i wskazuje na stan nieodwracalny.
Wnioski
Testy odzyskiwania pełzania rejestrują zmianę długości uszczelek elastomerowych w funkcji obciążenia, czasu utrzymywania i temperatury. Są one nieodzownym sposobem sprawdzania i weryfikacji wymagań dotyczących uszczelek elastomerowych.
Badana próbka wykazała trwałe ściśnięcie o 6% po fazie obciążenia i rozładowania i nie mogła powrócić do swojego pierwotnego kształtu.
Decydujące czynniki dla pomyślnego pomiaru obejmują maksymalną dostępną siłę przyrządu, zakres odkształceń specyficzny dla maszyny i oczywiście stabilną kontrolę temperatury, która powinna obejmować largest możliwy zakres temperatur. Pierwszym wyborem jest wysokoobciążalny DMA typu GABO Eplexor® 2000 N lub, jeszcze lepiej, wysokoobciążalny DMA typu GABO Eplexor® 4000 N.