พารามิเตอร์ที่วิศวกรการซีลต้องอ่านเมื่อวัสดุเสียหาย

ในอุตสาหกรรมการผลิต วิศวกรที่รับผิดชอบในการปิดผนึกมักเป็นสมาชิกที่มีความต้องการมากที่สุดในทีมงานโครงการ

เมื่อเครื่องทำงานปกติไม่มีใครคิดถึงคุณ แต่เมื่ออุปกรณ์เกิดการรั่วไหล (ของน้ำ น้ำมัน หรือก๊าซ) ที่ไซต์งานของลูกค้า บุคคลแรกที่ต้องรับผิดชอบก็คือวิศวกรการซีลอย่างไม่ต้องสงสัย

วิศวกรโครงสร้างจะตรวจสอบขนาดร่องลึกก้นสมุทรก่อน เพื่อยืนยันว่าวาดได้อย่างแม่นยำตามข้อกำหนดด้านความคลาดเคลื่อน จากนั้นแผนก IQC จะตรวจสอบรายงานของโรงงาน เพื่อตรวจสอบว่าผลิตภัณฑ์ที่จัดหาโดยผู้ผลิตรายใหญ่มีคุณสมบัติตรงตามมาตรฐานที่กำหนดทั้งหมด ท้ายที่สุดแล้ว ความรับผิดชอบในการวิเคราะห์ความล้มเหลวตกเป็นหน้าที่ของวิศวกรการซีล

คุณถอดโอริงที่ชำรุด-ออกแล้ว พื้นผิวยังคงสภาพเดิม ไม่มีรอยแตกร้าวหรือร่องรอยการกัดกร่อนของสารเคมี การเปลี่ยนแปลงเพียงอย่างเดียวคือมันถูกทำให้แบนและไม่สามารถคืนรูปทรงเดิมได้

ในขั้นตอนนี้ การมุ่งเน้นไปที่ค่าความต้านทานแรงดึงและความแข็งของฝั่งที่ระบุไว้ในข้อกำหนดเฉพาะวัสดุของซัพพลายเออร์เพียงอย่างเดียวอาจไม่สามารถระบุสาเหตุที่แท้จริงของความล้มเหลวได้

ในขอบเขตของวัสดุโพลีเมอร์ปิดผนึก ประสิทธิภาพการปิดผนึกในระยะยาว-มักไม่ได้ถูกกำหนดโดยความแข็งของวัสดุหรือความต้านทานแรงดึง แต่โดยพารามิเตอร์ที่ประเมินต่ำเกินไปบ่อยครั้ง: ชุดการบีบอัด (CS)

มาสำรวจพารามิเตอร์นี้ในเชิงลึกจากสามมุมมองกัน

การปิดผนึก - อะไรคือสิ่งที่ถูกปิดผนึกกันแน่?

ก่อนที่จะพูดคุยเกี่ยวกับการเปลี่ยนรูปถาวรด้วยแรงอัด จำเป็นต้องแก้ไขความเข้าใจผิดทางกลทั่วไปก่อน: การปิดผนึกไม่ได้ขึ้นอยู่กับ "การปิดกั้น" แต่ขึ้นอยู่กับ "การรองรับ"

รูปภาพ

เมื่อคุณใส่แหวนซิลิโคนโอ-เข้าไปในร่องโลหะและขันหน้าแปลนให้แน่น ซิลิโคนจะถูกบีบอัด (โดยทั่วไปจะมีอัตราส่วน 15%–30%)

ซิลิโคนเป็นวัสดุที่มีความยืดหยุ่นสูง เมื่อถูกบีบอัด สายโซ่โมเลกุลจะถูกบังคับให้บิดเบี้ยว ทำให้เกิดแรงสะท้อนกลับที่รุนแรง (ความเครียดจากการสัมผัส) ที่พยายามจะกลับสู่สถานะเดิม

แรงสะท้อนกลับนี้กระแทกเข้ากับผนังโลหะอย่างแน่นหนา ตามทฤษฎี ตราบใดที่มันเกินแรงดันของของไหลภายใน ตัวกลางจะไม่รั่วไหลเลย

ดังนั้น สาระสำคัญของการปิดผนึกจึงอยู่ที่การให้แรงยืดหยุ่นอย่างต่อเนื่องโดยโซ่โมเลกุลซิลิโคนภายใต้การบีบอัด ซึ่งช่วยให้สามารถยึดเกาะกับพื้นผิวโลหะได้อย่างแน่นหนา

อะไรทำให้ซีลล้มเหลว?

เนื่องจากการผนึกอาศัยแรงฟื้นฟู จะเกิดอะไรขึ้นหากแรงนี้หายไป?

การเสียรูปถาวรแบบบีบอัดคืออะไร?

เราทำให้ซิลิโคนเจลแบนขึ้น 25% อบในเตาอบที่อุณหภูมิ 120 องศาเป็นเวลา 70 ชั่วโมง จากนั้นจึงนำออกและปล่อยให้เย็นและคืนรูปเดิม

หากสามารถคืนความหนาเดิมได้เต็มที่ CS=0% (อีลาสโตเมอร์ที่สมบูรณ์แบบที่ไม่มีอยู่จริง)

หากแบนราบเรียบและไม่คืนตัวเลย CS=100% (แสดงว่ากลายเป็นพลาสติกแข็งแล้ว)

เหตุใดโซ่โมเลกุลจึงไม่สามารถ "กลับสู่สถานะเดิม" ได้? ปัญหาอยู่ที่ระดับจุลทรรศน์:

ระดับทางกายภาพ - การผ่อนคลายความเครียดและการปรับโครงสร้างการแบ่งส่วนโซ่

ซิลิโคนเกิดจากการประสานกันของสายโซ่โมเลกุลยาว เมื่อถูกบีบอัดเป็นเวลานานที่อุณหภูมิสูง

จะช่วยลดความเครียดภายในด้วยการเลื่อนและการปรับโครงสร้างใหม่อย่างค่อยเป็นค่อยไป

เหมือนกับการกดเส้นด้ายฟูๆ ไว้ที่ด้านล่างของกล่องเป็นเวลาหนึ่งปี-เมื่อคุณนำออกมา เส้นด้ายก็ปรับให้เข้ากับรูปร่างที่แบนแล้ว และแทบจะไม่สามารถคืนความฟูแบบเดิมได้

"การประนีประนอม" ทางกายภาพนี้ส่งผลให้แรงสะท้อนกลับลดลงทีละน้อย

ระดับสารเคมี – การแตกหักและการจัดโครงสร้างใหม่ของ-พันธะเชื่อมโยง

นี่คือแง่มุมที่สำคัญที่สุด ความยืดหยุ่นของซิลิโคนขึ้นอยู่กับ-พันธะเชื่อมโยงระหว่างสายโซ่โมเลกุล (เช่น พันธะซัลเฟอร์-)

ภายใต้อุณหภูมิสูงและการบีบอัดเป็นเวลานาน -พันธะเชื่อมโยงแบบเดิมจะแตก ส่งผลให้สูญเสียแรงฉุดยืดหยุ่น

ที่สำคัญกว่านั้น อนุมูลอิสระที่เกิดจากการแตกหักจะ-สร้างพันธะเชื่อมโยงข้าม-ใหม่อีกครั้งภายใต้สภาวะที่ถูกบีบอัดของวัสดุ- ซึ่งจะล็อกสายโซ่โมเลกุลให้อยู่ใน "สถานะแบน" ได้อย่างมีประสิทธิภาพ แม้ว่าแรงภายนอกจะถูกกำจัดออกไปแล้ว พันธะเคมีใหม่เหล่านี้จะป้องกันไม่ให้วัสดุกลับคืนสู่รูปแบบเดิม

การลื่นทางกายภาพ + การรวมตัวกันทางเคมี=การเสียรูปถาวรแบบอัดแรง

ค่า CS ที่สูงขึ้นส่งผลให้เจลซิลิโคนเรียบขึ้นและความเครียดจากการสัมผัสลดลง ในที่สุดเมื่อแรงสะท้อนกลับไม่เพียงพอเมื่อเทียบกับแรงดันของเหลว จะเกิดการรั่วไหล

สิ่งนี้ควรได้รับการแก้ไขอย่างไรจากมุมมองทางวิศวกรรม?

ตอนนี้เราเข้าใจกลไกพื้นฐานแล้ว เราจะหลีกเลี่ยงความเสี่ยงนี้เมื่อออกแบบซีลและเลือกวัสดุได้อย่างไร

1. เมื่อตีความข้อมูล CS ให้ชี้แจงเงื่อนไขการทดสอบให้ชัดเจนเสมอ

ตารางคุณสมบัติทางกายภาพที่จัดหาโดยซัพพลายเออร์มักระบุว่า "การเสียรูปถาวรภายใต้การบีบอัด: 25%"อย่างไรก็ตาม ที่อุณหภูมิเท่าใด ภายใต้อัตราส่วนการอัดเท่าใด และการวัดเหล่านี้ใช้เวลานานแค่ไหน?

หากวัดค่า CS ที่ 25% ที่ 100 องศา อาจเพิ่มขึ้นเกิน 50% ภายใต้สภาวะการทำงานจริงที่ 150 องศา เนื่องจากการเร่งอายุด้วยความร้อนและออกซิเดชัน

ข้อกำหนดหลักคือเมื่อประเมินค่า CS อุณหภูมิในการทดสอบจะต้องไม่ต่ำกว่าอุณหภูมิการทำงานสูงสุดของผลิตภัณฑ์ และระยะเวลาการทดสอบต้องมีอย่างน้อย 70 ชั่วโมงหรือ 168 ชั่วโมง เฉพาะข้อมูลดังกล่าวเท่านั้นที่สามารถใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงที่ถูกต้องสำหรับการเลือกได้

2. มุ่งเน้นไปที่ระบบการเชื่อมโยงข้าม- แทนที่จะเพิ่มความแข็งแบบสุ่มสี่สุ่มห้า

หากค่า CS ไม่เป็นไปตามข้อกำหนด อย่าพยายามชดเชยด้วยการเพิ่มความแข็งของซิลิโคนเจล-ความแข็งไม่สามารถทำให้การเปลี่ยนรูปถาวรกลับคืนได้ แต่การแทรกแซงควรมุ่งตรงไปที่ระบบเชื่อมโยงข้าม-ทางเคมีของวัสดุ

ยกตัวอย่าง NBR หรือ EPDM: ระบบการวัลคาไนซ์ด้วยซัลเฟอร์แบบดั้งเดิมจะก่อให้เกิดพันธะซัลเฟอร์-ด้วยพันธะซัลเฟอร์ที่มีพลังงานพันธะต่ำ ซึ่งมีแนวโน้มที่จะแตกหักและเปลี่ยนรูปได้ที่อุณหภูมิสูง ส่งผลให้ค่า CS ต่ำ

ด้วยการใช้ระบบวัลคาไนเซชันเปอร์ออกไซด์ คาร์บอน-พันธะคาร์บอนเดี่ยวจึงถูกสร้างขึ้น ซึ่งมีพลังงานพันธะสูงและทนต่อการแตกแยกและการรวมตัวกันใหม่ภายใต้-การบีบอัดที่อุณหภูมิสูง ซึ่งช่วยลดการเปลี่ยนรูปการบีบอัดถาวรได้อย่างมาก

ข้อเสีย-คือความต้านทานการฉีกขาดของเปอร์ออกไซด์-วัสดุวัลคาไนซ์ที่ลดลง สิ่งนี้แสดงถึงความสมดุลโดยทั่วไประหว่างการได้รับ "การไม่ฉีกขาด" และการรักษา "คุณสมบัติการเด้งกลับ"

3. การชดเชยการลดทอนของวัสดุ CS ผ่านการออกแบบโครงสร้าง

หากค่า CS ของวัสดุได้รับการปรับให้เหมาะสมกับขีดจำกัดทางกายภาพ (เช่น 30%) เราจะมั่นใจได้อย่างไรว่าประสิทธิภาพการซีลยังคงดำเนินต่อไปตลอด-การใช้งานในระยะยาว

เนื่องจากเรารู้ว่ามันจะสูญเสียความยืดหยุ่นไปบ้าง เราควรรวมการสูญเสียนี้เข้ากับค่าเผื่อการบีบอัดเมื่อออกแบบขนาดร่อง

อย่างไรก็ตามไม่สามารถเพิ่มอัตราส่วนกำลังอัดได้อย่างไม่มีกำหนด เมื่ออัตราการบีบอัดสูงเกินไป (เกิน 40%) ความเครียดภายในภายในโพลีเมอร์จะเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณ ซึ่งนำไปสู่การแตกหักทางกลก่อนกำหนดของสายโซ่โมเลกุล และเป็นผลให้เร่งการเสื่อมสภาพของ CS

วิธีการที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดคือให้วิศวกรโครงสร้างและวิศวกรวัสดุร่วมกันหาค่าความคลาดเคลื่อนของร่องโดยยึดตามกราฟการผ่อนคลายความเครียด-ซึ่งไม่กระทบต่อความสมบูรณ์ของซิลิโคนหรือไม่สามารถรักษาอัตราส่วนแรงดันการซีลที่เพียงพอหลังจากผ่านไปสิบปี

การสร้างตราประทับโดยพื้นฐานแล้วหมายถึงการเป็นทั้งมิตรและศัตรูของกาลเวลา

วิศวกรการซีลที่แท้จริงไม่ได้มุ่งเน้นที่การรับรองการซีลกันน้ำในขณะที่การประกอบเสร็จสิ้นเท่านั้น

ความกังวลของพวกเขาอยู่ที่ว่าหลังจากผ่านไปสาม ห้า หรือสิบปี-ภายใต้การสัมผัสอุณหภูมิสูงและความดันสูงซ้ำแล้วซ้ำเล่า-สายโซ่โมเลกุลจะยังคงยึดเกาะอย่างแน่นหนากับพื้นผิวโลหะ

หากคุณมีซีลที่รั่วอยู่เรื่อยๆ แต่ไม่สามารถระบุสาเหตุได้ หรือพบว่าตารางคุณสมบัติของซัพพลายเออร์เกิดความสับสน-โปรดติดต่อวิศวกรฝ่ายขายของเราเพื่อขอแบบและตัวอย่างที่ล้มเหลว

ติดต่อได้เลย