Inledning
Inom tekniken används termen "tätning" för att beskriva element eller strukturer som har till uppgift att förhindra eller begränsa oönskade materialöverföringar från en plats till en annan. Om t.ex. en avstängningskran fortfarande droppar är tätningen defekt [1]. Elastomertätningar används i tekniska applikationer och utför en mängd olika tätningsuppgifter. Beroende på användningsområde är det viktigt att välja material, utformning, erforderlig tätningsgeometri eller tätningsform och naturligtvis de fysikaliska och kemiska randvillkor under vilka de skräddarsydda tätningarna ska användas.
Av denna anledning är detaljerad kunskap om de fysiska och kemiska förhållanden som applikationen utsätts för - såsom temperatur- och tryckområden, kemisk beständighet och därmed valet av lämpliga inerta ämnen - en förutsättning för en framgångsrik design av en tätning.
Motstånd i media
Det räcker dock inte att bara beakta källmaterialens (utbildningarnas) mediaresistens, t.ex. inom en teknisk kemisk produktionskedja. Tätningen måste också vara kemiskt resistent mot de produkter som produceras i tillverkningsprocessen. Den erforderliga mediaresistensen påverkas därför av de medier som kommer i kontakt med de medier som ska separeras eller tätas, de medier som skapas under drift, den omgivande luften, tillsatser som smörjmedel och förbrukningsvaror som rengöringsmedel.
Temperaturstabilitet
Driftstemperaturområdet för tätningsmaterial bestäms utifrån en möjlig kontinuerlig driftstemperatur med tillräckliga säkerhetsreserver. Man bör också komma ihåg att nedbrytningsreaktioner kan äga rum under drift som gör att tätningsmaterialet krymper eller sväller. Dessutom kan startförhållandena förändras på grund av temperatur, tryck och slitage.
Förutom lämplighetstesterna är grundliga materialtester en viktig del av utvecklingsprocessen för elastomertätningar. Experiment med KrypKrypning beskriver en tids- och temperaturberoende plastisk deformation under en konstant kraft. När en konstant kraft appliceras på en gummiblandning är den initiala deformationen som erhålls på grund av kraftpåverkan inte fast. Deformationen kommer att öka med tiden.krypåterhämtning spelar en nyckelroll i detta.
Vad är krypåterställningstest?
Under ett återhämtningstest deformeras en elastomer provkropp, vanligtvis en cylindrisk provkropp som utsätts för en tryckbelastning, vid en konstant temperatur under en förutbestämd tidsperiod. Detta följs av en avlastningsfas (dvs. ingen belastning/kraft), som vanligtvis äger rum vid samma temperatur. Även här fastställs en definierad tidsperiod för "provets återhämtning". Vid avlastning skulle en idealisk tätning omedelbart "räta upp sig" utan någon tidsfördröjning till starthöjden (t.ex. elastisk fjäder).
Verkliga tätningar beter sig dock annorlunda än detta. Beroende på materialet, dess inre struktur, omgivningstemperaturen och påverkan från medium kan "höjnings-" eller återställningsprocessen gå till på mycket olika sätt. Det kan ofta ta flera timmar eller till och med dagar innan den ursprungliga höjden uppnås igen. Det finns också en möjlighet att materialet inte längre når sin ursprungliga höjd utan förblir permanent, irreversibelt deformerat. Ett viktigt kvalitetskriterium för en tätning är dess återställningsegenskaper:
Hur snabbt och på vilken nivå jämfört med den "jungfruliga" utgångsnivån återställer sig materialet i testet?
Mätförhållanden
I regel krävs så kallade "bulk"-egenskaper vid materialprovning för att man ska kunna dra signifikanta och tillförlitliga slutsatser. Vad som avses här är en large-volym provkropp. Om provkropparnas dimensioner är för small blir förhållandet mellan provkroppsyta och provkroppsvolym ogynnsamt. De testresultat som erhålls kan då inte längre direkt användas för att härleda materialegenskaperna. Av denna anledning bör large-volymprovkroppar utsättas för de deformationer som uppstår i applikationen.
I detta exempel utförs KrypKrypning beskriver en tids- och temperaturberoende plastisk deformation under en konstant kraft. När en konstant kraft appliceras på en gummiblandning är den initiala deformationen som erhålls på grund av kraftpåverkan inte fast. Deformationen kommer att öka med tiden.krypåterställningstester på ett cylindriskt kolsvartfyllt prov (höjd: 25 mm, diameter: 20 mm) av ett elastomeriskt tätningsmaterial vid rumstemperatur i en hög belastning DMA Gabo Eplexor® 2000 N.
För detta ändamål applicerades en statisk kompression på 40% baserat på den ursprungliga provhöjden. Denna deformation reglerades under en timmes tid och hölls konstant.
Därefter togs den statiska kraft som krävdes för att komprimera med 40 % "plötsligt" bort, en kontaktkraft på 2 N applicerades och den resulterande återhämtningsprocessen registrerades under en timme. Denna låga kraftkomponent har inget som helst inflytande på "rätningsprocessen", men krävs för att hålla provet tätt.
Resultat av mätning
Figur 1 visar tidsförloppet för deformation och spänning under KrypKrypning beskriver en tids- och temperaturberoende plastisk deformation under en konstant kraft. När en konstant kraft appliceras på en gummiblandning är den initiala deformationen som erhålls på grund av kraftpåverkan inte fast. Deformationen kommer att öka med tiden.krypåterställningstestet.
Provet komprimeras med 40%. Inledningsvis ökar den mekaniska spänningen kraftigt. Den initiala kraft som krävs är ca 2.400 N (7,5 MPa x 314 mm2 ~2.400 N). Om det deformerade tillståndet bibehålls under en timmes tid uppmäts en minskning av den pålagda spänningen. Beroende på vilka material som används, deras inre struktur och sammansättning, kan den substansspecifika inre molekylära rörligheten ofta vara mycket olika. Genom så kallade relaxationsprocesser genomgår materialen en minskning av den pålagda spänningen i olika hastigheter. Den spänningsnivå som uppnåtts och den tidsperiod som förflutit innan detta "kvasistationära" tillstånd uppnåddes ger information om det långsiktiga beteendet och möjliggör bedömning av egenskapsprofilen i verkliga tillämpningar. I det här fallet når spänningen ett nästan konstant värde på 5,5 MPa.
I ett andra steg avlägsnas den statiska kraften plötsligt och en kontaktkraft på 2 N appliceras för att hålla provet tätt. Denna spänningsminskning åtföljs av en spontan omvänd deformation, som varar under en relativt kort tid i det här fallet. Provet kryper eller expanderar och efter bara en timme når det sitt fulla återhämtningstillstånd, vilket endast är 94% (100% - 6% = 94%) av dess ursprungliga längd. Den permanenta kompressionen på 6% baseras på det icke-linjära, viskoelastiska beteendet hos det material som testats här och indikerar ett irreversibelt tillstånd.
Slutsats
KrypKrypning beskriver en tids- och temperaturberoende plastisk deformation under en konstant kraft. När en konstant kraft appliceras på en gummiblandning är den initiala deformationen som erhålls på grund av kraftpåverkan inte fast. Deformationen kommer att öka med tiden.Krypåterhämtningstester registrerar längdförändringen hos elastomertätningar som en funktion av belastning, hålltid och temperatur. De är ett oumbärligt sätt att kontrollera och verifiera kraven på elastomertätningar.
Det undersökta provet uppvisade en permanent kompression på 6% efter en belastnings- och avlastningsfas och kunde inte återgå till sin ursprungliga form.
Avgörande faktorer för en lyckad mätning är instrumentets maximala tillgängliga kraft, det maskinspecifika deformationsområdet och naturligtvis en stabil temperaturkontroll, som bör täcka det största möjliga temperaturområdet. En högbelastnings-DMA av typen GABO Eplexor® 2000 N eller, ännu bättre, en högbelastnings-DMA av typen GABO Eplexor® 4000 N är förstahandsvalet.