Introducere
În tehnologie, termenul "etanșare" este utilizat pentru a descrie elemente sau structuri care au sarcina de a preveni sau limita transferurile nedorite de materiale dintr-un loc în altul. Dacă, de exemplu, un robinet de închidere continuă să picure, etanșarea sa este defectă [1]. Etanșările din elastomeri sunt utilizate în aplicații tehnice și îndeplinesc o mare varietate de sarcini de etanșare. În funcție de aplicație, domeniile de importanță fundamentală includ selectarea materialelor, proiectarea acestora, geometria sau forma de etanșare necesară și, desigur, condițiile limită fizice și chimice în care urmează să fie utilizate etanșările personalizate.
Din acest motiv, cunoașterea detaliată a condițiilor fizice și chimice la care este expusă aplicația - cum ar fi intervalele de temperatură și presiune, rezistența chimică și, prin urmare, selectarea substanțelor inerte adecvate - sunt condiții prealabile pentru proiectarea cu succes a unei garnituri.
Rezistența mediatică
Cu toate acestea, nu este suficient să se ia în considerare doar rezistența la mediu a materialelor sursă (educt), de exemplu, în cadrul unui lanț de producție chimică tehnică. Etanșarea trebuie să fie, de asemenea, rezistentă chimic la produsele obținute în procesul de fabricație. Prin urmare, rezistența necesară la medii este afectată de mediile aflate în contact cu mediile care trebuie separate sau etanșate, mediile create în timpul funcționării, aerul înconjurător, aditivi precum lubrifianții și consumabile precum agenții de curățare.
Stabilitatea temperaturii
Intervalul de temperatură de funcționare pentru materialele de etanșare este determinat pe baza unei posibile temperaturi de funcționare continuă cu rezerve de siguranță suficiente. De asemenea, trebuie avut în vedere faptul că în timpul funcționării pot avea loc Reacția de descompunereO reacție de descompunere este o reacție indusă termic a unui compus chimic care formează produse solide și/sau gazoase. reacții de descompunere care determină contracția sau umflarea materialului de etanșare. În plus, condițiile de pornire se pot modifica din cauza temperaturii, presiunii și uzurii.
În plus față de testele de adecvare, o parte importantă a procesului de dezvoltare a garniturilor de etanșare din elastomeri este testarea completă a materialului. Experimentele de recuperare prin fluaj joacă un rol cheie în acest sens.
Ce sunt testele de recuperare prin fluaj?
În timpul unui test de recuperare, o probă elastomerică, de obicei o probă cilindrică supusă unei sarcini de compresie, este deformată la o temperatură constantă pentru o perioadă predeterminată de timp. Aceasta este urmată de o fază de RelaxareAtunci când se aplică o deformație constantă unui compus din cauciuc, forța necesară pentru a menține acea deformație nu este constantă, ci scade în timp; acest comportament este cunoscut sub numele de relaxare a tensiunii. Procesul responsabil pentru relaxarea tensiunilor poate fi fizic sau chimic și, în condiții normale, ambele se vor produce în același timp. relaxare (adică fără sarcină/forță), care are loc de obicei la aceeași temperatură. Și în acest caz, se stabilește o perioadă de timp definită pentru "recuperarea probei". În momentul eliberării, o garnitură ideală s-ar "îndrepta" imediat, fără nicio întârziere, la înălțimea inițială (de exemplu, un arc elastic).
Cu toate acestea, sigiliile reale se comportă diferit de acest lucru. În funcție de material, de structura sa internă, de temperatura ambiantă și de influența medium, procesele de "ridicare" sau de refacere se pot desfășura foarte diferit. Adesea pot trece câteva ore sau chiar zile până când înălțimea inițială este atinsă din nou. Există, de asemenea, posibilitatea ca materialele să nu mai atingă înălțimea inițială și să rămână deformate permanent, ireversibil. Un criteriu de calitate important pentru o garnitură este proprietatea sa de refacere:
Cât de repede și la ce nivel față de nivelul inițial "virgin" se restabilește materialul în timpul testului?
Condiții de măsurare
De regulă, așa-numitele proprietăți "în vrac" sunt necesare în testarea materialelor pentru a trage concluzii semnificative și fiabile. Este vorba aici de o epruvetă large-volum. Dacă dimensiunile epruvetelor sunt prea mari small, raportul dintre suprafața epruvetei și volumul epruvetei devine nefavorabil. Rezultatele încercărilor determinate nu mai pot fi utilizate direct pentru a deduce proprietățile materialului. Din acest motiv, epruvetele large-volum trebuie să fie expuse la deformările care apar în aplicație.
În acest exemplu, încercările de recuperare prin fluaj sunt efectuate pe o probă cilindrică umplută cu negru de fum (înălțime: 25 mm, diametru: 20 mm) dintr-un material de etanșare elastomeric la temperatura camerei într-un DMA GABO Eplexor® 2000 N cu sarcină mare.
În acest scop, a fost aplicată o compresie statică de 40% pe baza înălțimii inițiale a probei. Această deformare a fost reglată pentru o perioadă de o oră și menținută constantă.
Apoi, forța statică care a fost necesară pentru comprimarea cu 40% a fost eliminată "brusc", s-a aplicat o forță de contact de 2 N și procesul de recuperare rezultat a fost înregistrat timp de o oră. Această componentă de forță redusă nu are niciun fel de influență asupra procesului de "îndreptare", dar este necesară pentru a menține eșantionul strâns.
Rezultatele măsurătorilor
Figura 1 prezintă evoluția în timp a deformării și a tensiunii în timpul testului de recuperare prin fluaj.
Proba este comprimată cu 40%. Inițial, tensiunea mecanică crește brusc. Forța inițială necesară este de aproximativ 2.400 N (7,5 MPa x 314 mm2 ~2.400 N). Dacă starea deformată este menținută pentru o perioadă de o oră, se măsoară o scădere a tensiunii aplicate. În funcție de materialele utilizate, de structura internă și de compoziția acestora, mobilitatea moleculară intrinsecă specifică substanței poate fi adesea foarte diferită. Prin așa-numitele procese de RelaxareAtunci când se aplică o deformație constantă unui compus din cauciuc, forța necesară pentru a menține acea deformație nu este constantă, ci scade în timp; acest comportament este cunoscut sub numele de relaxare a tensiunii. Procesul responsabil pentru relaxarea tensiunilor poate fi fizic sau chimic și, în condiții normale, ambele se vor produce în același timp. relaxare, materialele suferă o reducere a tensiunii aplicate la viteze diferite. Nivelul de tensiune care a fost atins și perioada de timp care a trecut până la atingerea acestei stări "cvasi-staționare" oferă informații despre comportamentul pe termen lung și permite evaluarea profilului proprietăților în aplicații reale. În acest caz, tensiunea atinge o valoare aproape constantă de 5,5 MPa.
Într-o a doua etapă, forța statică este brusc eliminată și se aplică o forță de contact de 2 N pentru a menține epruveta strânsă. Această reducere a tensiunii este însoțită de o deformare inversă spontană, care durează un timp relativ scurt în acest caz. Eșantionul se târăște sau se dilată și, după numai o oră, ajunge la starea sa de recuperare completă, care este de numai 94% (100% - 6% = 94%) din lungimea sa inițială. Compresia permanentă de 6% se bazează pe comportamentul neliniar, viscoelastic al materialului testat aici și indică o stare ireversibilă.
Concluzie
Testele de recuperare prin fluaj înregistrează modificarea lungimii garniturilor de elastomer în funcție de sarcină, timp de menținere și temperatură. Acestea sunt un mijloc indispensabil de control și de verificare a cerințelor pentru garniturile de elastomer.
Eșantionul examinat a prezentat o compresie permanentă de 6% după o fază de încărcare și descărcare și nu a putut reveni la forma sa inițială.
Factorii decisivi pentru o măsurare reușită includ forța maximă disponibilă a unui instrument, intervalul de deformare specific mașinii și, bineînțeles, controlul stabil al temperaturii, care ar trebui să acopere cel mai mare interval de temperatură posibil. Un DMA cu sarcină mare de tipul GABO Eplexor® 2000 N sau, chiar mai bine, un DMA cu sarcină mare de tipul GABO Eplexor® 4000 N este prima alegere.