Įvadas
Ekstremalios temperatūros gali sugadinti net ir pačias tvirčiausias kabelių įvorių instaliacijas, o patikimos sandarinimo sistemos virsta brangiai kainuojančiais gedimais. Netinkamai pasirinktas elastomeras reiškia, kad IP reitingai1, drėgmės patekimą į vidų ir galimą tūkstančių dolerių vertės įrangos sugadinimą.
Vitono (FKM) elastomerai pasižymi geresnėmis eksploatacinėmis savybėmis ekstremaliose temperatūrose (nuo -40 °C iki +200 °C), palyginti su EPDM (nuo -50 °C iki +150 °C) ir silikonu (nuo -60 °C iki +200 °C), o vitonas pasižymi geriausiu atsparumu cheminėms medžiagoms ir ilgalaikiu stabilumu sudėtingoms pramoninėms reikmėms.
Dešimtmetį dirbdamas kabelių jungčių pramonėje, mačiau daugybę sandarinimo gedimų, kurių buvo galima išvengti tinkamai parinkus elastomerą. Šių medžiagų mokslinio pagrindo supratimas nėra tik techninės žinios - tai skirtumas tarp patikimo veikimo ir katastrofiško sistemos gedimo.
Turinys
- Kas lemia skirtingą elastomerų veikimą ekstremaliose temperatūrose?
- Kaip EPDM atlaiko ekstremalias temperatūras?
- Kodėl verta rinktis silikoną aukštatemperatūriams įrenginiams?
- Kada "Viton" yra geriausias pasirinkimas ekstremaliomis sąlygomis?
- Kaip parinkti tinkamą elastomerą jūsų programai?
- DUK apie elastomero sandarinimo savybes
Kas lemia skirtingą elastomerų veikimą ekstremaliose temperatūrose?
Norint priimti pagrįstus sprendimus dėl sandarinimo, labai svarbu suprasti elastomerų elgsenos molekulinius mokslinius pagrindus.
Elastomerų veikimas ekstremaliose temperatūrose priklauso nuo polimero grandinės lankstumo, skersinio surišimo tankio, užpildo medžiagų ir molekulinės struktūros, o kiekviena medžiaga pasižymi unikaliomis stiklėjimo temperatūromis ir terminio skilimo taškais, kurie turi tiesioginės įtakos sandarinimo efektyvumui.
Mokslo žinios apie temperatūros charakteristikas
Esminis elastomerinių medžiagų skirtumas yra jų molekulinė struktūra. Štai kas iš tikrųjų lemia eksploatacines savybes:
Stiklo perėjimo temperatūra (Tg)2: Šis kritinis taškas lemia, kada elastomeras tampa trapus. EPDM Tg yra apie -50 °C, silikono - apie -120 °C, o vitono - apie -20-40 °C, priklausomai nuo rūšies.
Polimerų grandinės struktūra: Silikono linijinės polimerų grandinės užtikrina puikų lankstumą esant žemai temperatūrai, o vitono fluorintas stuburas - išskirtinį cheminį ir šiluminį stabilumą.
Kryžminių sąsajų tankis: Didesnis susietumas pagerina atsparumą temperatūrai, bet sumažina lankstumą. "Bepto" inžinierių komanda kruopščiai derina šias savybes, atsižvelgdama į taikymo reikalavimus.
Terminio irimo mechanizmai: Kiekvienos medžiagos gedimas yra skirtingas - EPDM dėl oksidacijos, silikono - dėl grandinės skilimo, o vitono - dėl dehidrofluorinimo ekstremalioje temperatūroje.
Našumo palyginimo matrica
| Turtas | EPDM | Silikonas | Vitonas (FKM) |
|---|---|---|---|
| Temperatūros diapazonas | nuo -50 °C iki +150 °C | nuo -60 °C iki +200 °C | nuo -40 °C iki +200 °C |
| Atsparumas cheminėms medžiagoms | Geras | Sąžiningai | Puikus |
| Atsparumas ozonui | Puikus | Puikus | Puikus |
| Suspaudimo rinkinys | Geras | Sąžiningai | Puikus |
| Sąnaudų veiksnys | Žemas | Vidutinis | Aukštas |
Kaip EPDM atlaiko ekstremalias temperatūras?
EPDM tebėra pramoninių sandarinimo sistemų darbinis arklys, tačiau labai svarbu suprasti jo trūkumus.
EPDM elastomerai puikiai tinka naudoti žemoje temperatūroje iki -50 °C ir užtikrina patikimą veikimą iki +150 °C, todėl idealiai tinka standartinėms pramoninėms kabelių movoms, kai cheminių medžiagų poveikis yra minimalus, o prioritetas teikiamas ekonomiškumui.
Realios EPDM eksploatacinės savybės
Praėjusią žiemą dirbau su vėjo jėgainių parko Šiaurės Dakotoje (JAV) įrenginių vadovu Maiklu. Jo lauko elektros instaliacijos sandarinimo gedimai pasireikšdavo per itin didelius šalčius, siekiančius -45 °C. Esami silikoniniai sandarikliai tapo trapūs ir prarado sandarinimo savybes.
EPDM privalumai:
- Puikus lankstumas žemoje temperatūroje iki -50 °C
- Išskirtinis atsparumas ozonui ir atmosferos poveikiui
- Ekonomiškas didelio masto įrenginiams
- Geros elektros izoliacijos savybės
- Puikus atsparumas vandeniui ir garams
EPDM apribojimai:
- Ribotas cheminis atsparumas alyvoms ir degalams
- Temperatūros viršutinė riba +150 °C
- Prastas atsparumas aromatiniai angliavandeniliai3
- Vidutinis atsparumas suspaudimui
EPDM klasės pasirinkimas
Skirtingos EPDM formulės pasižymi skirtingomis eksploatacinėmis savybėmis:
Standartinis EPDM (70 Shore A): Bendrosios paskirties prietaisai, nuo -40°C iki +120°C
Šalčiui atsparus EPDM (60 Šoro A): Didesnis lankstumas žemoje temperatūroje, nuo -50 °C iki +100 °C
Aukštos temperatūros EPDM (80 Shore A): Geresnis terminis stabilumas, nuo -30°C iki +150°C
Maiklo vėjo jėgainių parko projektui nurodėme šalčiui atsparias EPDM sandariklius su patobulinta žemos temperatūros formuluote. Įrenginys nepriekaištingai veikė dvejus metus per daugybę atšiaurių žiemos ciklų.
Kodėl verta rinktis silikoną aukštatemperatūriams įrenginiams?
Silikoniniai elastomerai pasižymi unikaliomis savybėmis, dėl kurių jie nepakeičiami tam tikrais aukštos temperatūros atvejais.
Silikoniniai elastomerai pasižymi išskirtinėmis eksploatacinėmis savybėmis nuo -60 °C iki +200 °C temperatūroje ir puikiai išlaiko lankstumą, todėl idealiai tinka toms reikmėms, kai reikia pastovaus sandarinimo esant ekstremaliems temperatūrų ciklams, tačiau reikia atsižvelgti į atsparumo cheminėms medžiagoms apribojimus.
Unikalios silikono savybės
Svetainė siloksano pagrindas4 suteikia silikoniniams elastomerams išskirtinių savybių:
Temperatūros stabilumas: Silikonas išlaiko lankstumą plačiausiame iš įprastų elastomerų temperatūrų diapazone. Si-O pagrindas iš prigimties yra stabilus ir atsparus terminiam irimui.
Lankstumo išlaikymas: Skirtingai nuo kitų elastomerų, kurie žemoje temperatūroje tampa standūs, silikonas išlaiko sandarinimo savybes iki -60 °C.
Biologinis suderinamumas: Dėl FDA patvirtintų rūšių silikonas tinka naudoti maisto pramonėje ir farmacijoje.
Elektrinės savybės: Puikus dielektrinis stipris ir atsparumas elektros lankui lemia, kad silikonas idealiai tinka elektros instaliacijoms.
Specifiniai taikymo aspektai
Maisto perdirbimo pramonė: Platinos spalvos silikonas atitinka FDA reikalavimus ir yra tinkamas sterilizacijos garais ciklams.
Automobiliams skirtos priemonės: Aukštos temperatūros variklio skyriaus sandarinimas, kai labai svarbus lankstumas esant įvairiems temperatūros ciklams.
Medicinos įranga: Biologiškai suderinamos sterilizuojamų medicinos prietaisų sandarinimo rūšys.
Aviacija ir kosmosas: Ekstremalių temperatūrų ciklai orlaiviuose ir palydovuose.
Tačiau silikono trūkumai yra šie: prastas atsparumas plyšimui, ribotas cheminis suderinamumas su degalais ir alyvomis ir didesnis pralaidumas, palyginti su kitais elastomerais.
Kada "Viton" yra geriausias pasirinkimas ekstremaliomis sąlygomis?
Vitonas - tai aukščiausios kokybės pasirinkimas, skirtas reikliausiems sandarinimo darbams.
Vitono (FKM) elastomerai pasižymi neprilygstamu atsparumu cheminėms medžiagoms ir puikiomis eksploatacinėmis savybėmis aukštoje temperatūroje iki +200 °C, todėl yra būtini naftos chemijos, aviacijos ir kosmoso pramonėje bei agresyviose cheminėse aplinkose, kur sandariklio gedimas negalimas.
"Viton" pranašumas
Prisimenu, kaip dirbau su Ahmedu, kuris vadovauja naftos chemijos gamyklai Džubajle, Saudo Arabijoje. Jo gamykloje agresyvūs chemikalai apdorojami iki +180 °C temperatūroje, o standartiniai elastomerai sugesdavo per kelis mėnesius. Neplanuotų prastovų kaina gerokai viršijo "Viton" sandariklių kainą.
Puikios Vitono savybės:
- Išskirtinis cheminis atsparumas rūgštims, degalams ir tirpikliams
- Išskirtinis stabilumas aukštoje temperatūroje iki +200 °C
- Puikus atsparumas suspaudimui
- Mažas pralaidumas dujoms ir garams
- Puikios senėjimo savybės
Vitono klasės pasirinkimas:
Vitonas A (vinilidenfluoridas / heksafluoropropilenas):
- Bendrosios paskirties klasė
- Temperatūros diapazonas: nuo -15 °C iki +200 °C
- Geras atsparumas cheminėms medžiagoms
Vitonas B (didesnis fluoro kiekis):
- Padidintas atsparumas cheminėms medžiagoms
- Geresnis atsparumas degalams ir tirpikliams
- Temperatūros diapazonas: nuo -20 °C iki +200 °C
Vitono GLT (žemos temperatūros klasės):
- Geresnis lankstumas žemoje temperatūroje
- Temperatūros diapazonas: nuo -40 °C iki +200 °C
- Išlaiko sandarumą žemesnėje temperatūroje
Vitono GFLT (ekstremaliai žemos temperatūros):
- Specializuotas veikimas žemoje temperatūroje
- Temperatūros diapazonas: nuo -45 °C iki +200 °C
- Aukščiausios klasės, skirta ekstremalioms sąlygoms
Ahmedo įmonėje jau ketverius metus naudojami mūsų "Viton B" kabelių riebokšlių sandarikliai, kurie, nepaisant atšiaurios cheminės aplinkos ir aukštos darbinės temperatūros, nepatyrė nė vieno gedimo.
Kaip parinkti tinkamą elastomerą jūsų programai?
Norint pasirinkti optimalų elastomerą, reikia sistemingai vertinti daugybę eksploatacinių veiksnių.
Renkantis elastomerą pirmenybė turėtų būti teikiama svarbiausiam eksploatacinių savybių reikalavimui - temperatūros diapazonui, suderinamumui su cheminėmis medžiagomis ar ekonomiškumui - ir kartu užtikrinama, kad visi minimalūs reikalavimai būtų tenkinami atliekant išsamią taikymo analizę ir ilgalaikio veikimo modeliavimą.
Atrankos sprendimų matrica
1 žingsnis: apibrėžti svarbiausius reikalavimus
- Darbinės temperatūros diapazonas (nuolatinis ir maksimalus)
- Cheminių medžiagų poveikio tipai ir koncentracijos
- Slėgio reikalavimai ir cikliškumas
- Numatomas tarnavimo laikas
- Atitikties teisės aktų reikalavimams poreikiai
2 žingsnis: pašalinti netinkamas parinktis
- Atmesti medžiagas, kurios neatitinka minimalių reikalavimų.
- Apsvarstykite saugos veiksnius kritinėms programoms
- Įvertinti ilgalaikio senėjimo charakteristikas
3 žingsnis: ekonominė analizė
- Pradinės medžiagų sąnaudos
- Įrengimo sudėtingumas
- Priežiūros dažnumas
- Gedimų pasekmės ir prastovos sąnaudos
- Bendros nuosavybės sąnaudos per visą eksploatavimo laikotarpį
Rekomendacijos dėl konkrečių programų
| Taikymo tipas | Pirminis pasirinkimas | Alternatyva | Pagrindiniai aspektai |
|---|---|---|---|
| Standartinis pramoninis | EPDM | Silikonas | Išlaidų ir našumo pusiausvyra |
| Aukštos temperatūros procesas | Silikonas | Vitonas | Cheminio suderinamumo patikrinimas |
| Cheminis apdorojimas | Vitonas | FFKM | Specifinis atsparumas cheminėms medžiagoms |
| Maisto produktai ir farmacija | Silikonas (FDA) | EPDM (FDA) | Atitiktis teisės aktams |
| Aviacija ir gynyba | Viton GLT | Silikonas | Ekstremalių temperatūrų ciklas |
| Jūra / pakrantė | EPDM | Vitonas | Sūraus vandens ir angliavandenilių poveikis |
Našumo optimizavimo patarimai
Junginių parinkimas: Bendradarbiaukite su tiekėjais, kad optimizuotumėte kietumo matuoklį, kietėjimo sistemą ir priedus konkrečiai jūsų paskirčiai.
Dizaino aspektai: Tinkama griovelių konstrukcija ir suspaudimo santykis yra labai svarbūs siekiant optimalaus sandariklio veikimo, nepriklausomai nuo pasirinktos medžiagos.
Kokybės užtikrinimas: Nurodykite atitinkamus bandymų standartus (ASTM D3955 gniuždymo nustatymui, ASTM D412 tempimo savybėms), kad būtų užtikrinta pastovi kokybė.
"Bepto" turi išsamias taikymo duomenų bazes ir gali pateikti konkrečias rekomendacijas, paremtas jūsų tiksliomis darbo sąlygomis ir eksploataciniais reikalavimais.
Išvada
Norint patikimai sandarinti ekstremaliose temperatūrose, labai svarbu suprasti elastomerų mokslą. EPDM siūlo ekonomiškus sprendimus standartinėms pramonės sąlygoms, silikonas pasižymi geriausiomis savybėmis esant plačiam temperatūrų diapazonui, o vitonas užtikrina neprilygstamą veikimą agresyvioje cheminėje aplinkoje. Svarbiausia yra suderinti medžiagų savybes su konkrečiais reikalavimais, atsižvelgiant į bendrą nuosavybės kainą. Mūsų "Bepto" komanda derina gilias technines žinias ir praktinio taikymo patirtį, kad padėtų jums pasirinkti optimalų elastomero sprendimą jūsų kabelių riebokšlių sandarinimo poreikiams. Nepamirškite, kad teisingas elastomero pasirinkimas šiandien padeda išvengti brangiai kainuojančių gedimų rytoj! 😉
DUK apie elastomero sandarinimo savybes
K: Kaip sužinoti, ar mano dabartiniai elastomeriniai sandarikliai nesuveikia dėl temperatūros?
A: Atkreipkite dėmesį, ar sandarinimo medžiaga nesukietėjusi, nesutrūkinėjusi arba nuolat deformuota. Su temperatūra susiję gedimai paprastai pasireiškia trapiais lūžiais esant žemai temperatūrai arba nuolatiniu suspaudimu esant aukštai temperatūrai, dažnai kartu prarandant IP klasę.
K: Ar galima naudoti silikoninius sandariklius naudojant naftos produktus?
A: Apskritai ne, silikonas yra mažai atsparus naftos produktams ir labai išbrinksta. Norėdami išlaikyti tinkamą sandarumą, naudokite vitono arba specializuotus EPDM mišinius, skirtus degalų ir alyvos poveikiui.
K: Kuo skiriasi "Viton" ir bendriniai FKM elastomerai?
A: "Viton" yra "Chemours" aukščiausios kokybės FKM prekės ženklas, pasižymintis pastovia kokybe ir plačia technine pagalba. Generiniai FKM gali būti ekonomiškesni, tačiau jų kokybė ir eksploatacinių savybių pastovumas gali skirtis, todėl "Viton" geriau tinka kritinėms reikmėms.
Klausimas: Kaip suspaudimo nustatymas veikia ilgalaikį sandarumą?
A: Suspaudimo rinkinys matuoja nuolatinę deformaciją veikiant apkrovai. Didelė suspaudimo jėga reiškia, kad sandariklis negrįžta į pradinę formą, praranda kontaktinį slėgį ir sandarinimo efektyvumą. Vitonas paprastai pasižymi mažiausiu suspaudimo įtempimu, po jo eina EPDM, tada - silikonas.
K: Ar turėčiau apsvarstyti galimybę naudoti FFKM ekstremalioms cheminėms sąlygoms?
A: FFKM (perfluoroelastomeras) pasižymi didesniu atsparumu cheminėms medžiagoms, palyginti su vitonu, tačiau jo kaina yra gerokai didesnė. Apsvarstykite galimybę naudoti FFKM, kai "Viton" negali užtikrinti tinkamo atsparumo cheminėms medžiagoms arba kai nulinio gedimo tolerancija pateisina didesnes investicijas.
-
Žr. išsamią lentelę, kurioje paaiškinti skirtingi atsparumo dulkėms ir drėgmei laipsniai pagal IP (angl. Ingress Protection). ↩
-
Supraskite, kuo pagrįsta stiklėjimo pereinamoji temperatūra (Tg) ir kodėl ji yra labai svarbi savybė, leidžianti prognozuoti elastomerų eksploatacines savybes žemoje temperatūroje. ↩
-
Peržiūrėkite įprastų aromatinių angliavandenilių sąrašą ir supraskite jų cheminę struktūrą, kad galėtumėte geriau įvertinti medžiagų suderinamumą. ↩
-
Susipažinkite su unikalia siloksano (silicio ir deguonies) stuburo chemine struktūra ir sužinokite, kodėl silikonas pasižymi dideliu temperatūriniu stabilumu. ↩
-
Perskaitykite oficialią standarto ASTM D395 - pagrindinio bandymo metodo, skirto elastomerų atsparumo gniuždymui savybėms matuoti, - santrauką ir taikymo sritį. ↩
