Чупливост при ниска температура: Предотвратяване на катастрофално разрушаване на уплътнението при екстремен студ

 

Добре дошли в нашата-техническа поредица от три части за ефективността на каучука при ниска температура за индустриални уплътнителни приложения. Тази поредица е написана специално за инженери по закупуване, инженери по проектиране на уплътнения и технически специалисти, работещи с железопътни спирачни системи, пневматични контролни клапани и метални-свързани сърцевини на клапани.

 

 

 

 

В първите две статии от тази серия изследвахме Tg (Температура на встъкляване) и TR10 (Температурно прибиране при 10%)-два показателя, които описват гъвкавостта и възстановяването на гумата при ниски температури. Третият критичен параметър, крехкостта при ниска температура, се отнася до различен режим на повреда: катастрофално напукване при удар или деформация.

 

Разбирането на температурата на чупливост е от съществено значение за предотвратяване на повреда на уплътнението по време на монтаж, работа в студена среда и оцеляване при неочаквани екстремни температурни събития в железопътни и промишлени приложения.

 

 

Нискотемпературната чупливост (обикновено измерена по ASTM D746 или ISO 812) се отнася до температурата, при която каучукът се счупва, когато е подложен на удар при контролирани лабораторни условия. В стандартния тест:

• Гумените образци се кондиционират при поредица от ниски температури

• Към образеца се прилага определена енергия на удара

• Температурата, при която 50% от образците показват чупливост, се записва като температура на крехкост

 

Това свойство оценява устойчивостта на напукване, а не еластичността или възстановяването. Един материал може да има добри стойности на TR10 (показващи добро възстановяване при бавно затопляне), но все пак да е податлив на напукване при много ниски температури.

 

 

Докато температурата на крехкост понякога се счита за по-малко важна от Tg или TR10 за непрекъснато уплътняване, тя е от решаващо значение за няколко сценария в реалния свят:-:

 

 

Уплътненията често се монтират в студена среда, особено по време на зимна поддръжка или в неотопляеми помещения. Ако каучукът е под температурата на чупливост по време на монтажа, простото разтягане или натискане в уплътнението може да причини микро-пукнатини, които се разпространяват в течове по време на експлоатация.

В много приложения на сърцевината на вентила инженерите дават приоритет на TR10, тъй като надеждността на уплътнението зависи от способността на гумата да се възстановява след компресия, а не просто да остане над нейната температура на встъкляване. Материалът може да е над Tg, но все пак да се възстановява твърде бавно, за да поддържа уплътнителната сила при динамични условия.

 

 

Компонентите могат да бъдат изложени на силен студ по време на транспортиране или складово съхранение. Уплътнение, което става крехко по време на транспортиране, може да се спука, когато се разопакова или монтира, дори и да функционира правилно при работна температура.

 

 

Компонентите на вентила изпитват внезапни скокове на налягането и динамично движение. При много студени условия пиковете на налягането могат да създадат удар-като натоварване, което причинява крехко счупване на податливи материали.

 

 

Железопътните спирачни системи трябва безопасно да издържат на температури значително под нормалните работни диапазони. Дори ако уплътнението функционира адекватно при -40 градуса, то не трябва да се счупи, ако бъде изложено на рязко застудяване -55 градуса по време на продължително зимно спиране.

 

 

Тези три индикатора описват различни аспекти на поведение при ниски-температури и не винаги корелират перфектно:

• Tg описва началото на втвърдяване на молекулярно ниво

• TR10 описва температурата, при която се получава значително еластично възстановяване

• Температурата на крехкост описва къде възниква счупването при удар

 

За повечето каучукови съединения температурите следват следния модел: Tg < TR10 < Температура на чупливост. С други думи, материалът първо става стъклен, след това не успява да се възстанови правилно, след което накрая става податлив на напукване при удар, тъй като температурата продължава да пада.

 

Разликите между тези температури обаче варират значително в зависимост от вида и формулировката на полимера. Някои съединения може да имат широк "безопасен работен прозорец" между TR10 и крехкост, докато други могат бързо да преминат от функционални към крехки.

 

 

Различните семейства каучук показват характерно поведение на чупливост:

• Стандартен NBR: Температура на чупливост обикновено -30 градуса до -45 градуса, в зависимост от съдържанието на ACN

• Оптимизиран за ниска{0}}температура NBR: може да постигне температури на крехкост под -60 градуса с подходяща формула

• HNBR: Обикновено -40 градуса до -50 градуса за стандартни степени, специални степени по-ниски

• EPDM: Отлична устойчивост на чупливост при ниски-температури, често под -60 градуса

• FKM: Като цяло слаба устойчивост на чупливост, често от -15 градуса до -30 градуса за стандартни степени

 

Материал	Типичен Tg	Типичен TR10	Устойчивост на масло	цена
Стандартен NBR	-25 до -40 градуса	-20 до -35 градуса	Отлично	ниско
TGE оптимизиран ниско{0}}температурен NBR	-60 градуса	-50 градуса	Отлично	Среден
Стандартен HNBR	-35 до -45 градуса	-30 до -40 градуса	Отлично	високо
Стандартен EPDM	-55 градуса	-50 градуса	беден	Среден
Стандартен FKM	-10 градуса	-5 градуса	Отлично	Много високо

 

 

 

Подобно на Tg и TR10, крехкостта при ниски-температури зависи много повече от състава на съединението, отколкото само от полимерното семейство. Ключовите фактори за формулиране включват:

Избор на полимер:

В рамките на всяко полимерно семейство се предлагат специфични степени с по-ниска кристалност и по-добра гъвкавост при ниски-температури. За NBR по-ниското съдържание на ACN обикновено подобрява ниско{2}}температурните свойства, но намалява маслоустойчивостта-този баланс трябва да бъде внимателно оптимизиран.

 

Пластификаторни системи

Правилният подбор и зареждане на естерни пластификатори е от решаващо значение за постигане на ниски температури на крехкост в NBR и други полярни полимери. Пластификаторът трябва да остане съвместим и да не се извлича в работните течности.

 

Система за втвърдяване

Плътността на омрежването и типът на втвърдяване влияят върху гъвкавостта при ниски-температури. Правилно оптимизираните системи за втвърдяване балансират свойствата при ниска-температура с компресия и устойчивост на топлина.

 

Избор на пълнител

Типът и натоварването на саждите, както и не-черните пълнители влияят върху устойчивостта на пукнатини при ниски-температури. Силно подсилените съединения могат да имат по-слаба устойчивост на чупливост, ако не са правилно формулирани.

 

 

Въпреки че Tg, TR10 и температурата на крехкост са „големите три“ ниско-температурни индикатора, инженерите трябва да оценят и тези допълващи се свойства:

• Компресионен комплект: По-нисък компресионен комплект спомага за поддържане на силата на уплътняване след дълго-трайно компресиране при ниски температури

• Еластично възстановяване: По-високата устойчивост подобрява повтарящите се цикли на запечатване и динамичната реакция

• Динамична устойчивост на умора: Критична за сърцевините на клапаните, подложени на непрекъснато движение и цикличност на налягането

• Устойчивост на озон и атмосферни влияния: От съществено значение за външно железопътно оборудване, изложено на студен и сух въздух

• Задържане на връзката между каучук-към-метал: Дори най-добрата каучукова смес ще се провали, ако връзката се раздели по време на топлинен цикъл

 

 

Дори ако каучуковата смес показва отлични свойства при ниски-температури при Tg, TR10 и тестове за крехкост, цялостната надеждност на клапана също зависи от целостта на връзката-с-метал.

 

Диференциалното термично свиване между каучук и метал създава напрежение в интерфейса на връзката по време на температурни промени. Лошото свързване може да доведе до:

• Разделяне по време на термичен цикъл или промени в налягането

• Пътища за изтичане по металната вложка

• Намален експлоатационен живот и непредвидими режими на отказ

• Повишени разходи за поддръжка и гаранционни искове

 

За железопътни приложения както съставът на съединението, така и технологията на свързване трябва да бъдат валидирани заедно чрез термичен цикъл и изпитване на умора под налягане.

 

 

Когато сравнявате доставчици на уплътнения за ниско{0}}температурни приложения, използвайте този изчерпателен контролен списък:

 

• Каква е стойността TR10 на производственото съединение (не само общите стойности на листа с данни)?
• Каква е температурата на встъкляване по DSC или DMA?
• Каква е температурата на крехкост при ниска температура според ASTM D746?
• Кои стандарти ISO/ASTM са използвани за всички тестове?
• Може ли доставчикът да предостави данни за компресията след стареене при ниска{0}}температура?
• Ниско{0}}температурните свойства тествани ли са след стареене на флуида и излагане на топлина?
• Връзката метал-към-каучук валидирана ли е чрез термични цикли и изпитване за умора под налягане?
• Какъв е опитът при подобни-приложения при ниски температури?

 

 

Ефективността на запечатване при ниска{0}}температура е много по-сложна от единична температурна оценка. Холистичният подход изисква разбиране на трите ключови показателя:

 

• Температурата на встъкляване (Tg) обяснява поведението на втвърдяване на-ниво на молекулярно ниво

• TR10 оценява практическото еластично възстановяване и поддържане на уплътнителната сила

• Нискотемпературната крехкост измерва устойчивостта на напукване при удар и оцеляването при екстремни условия

 

Заедно тези индикатори помагат на инженерите да предскажат ефективността на уплътняването в взискателни железопътни среди. За гумени -към-метални клапанни сърцевини комбинирането на оптимизирана гумена формула с надеждна технология на свързване е от съществено значение за дългосрочна-трайност и безопасна работа.

 

Изборът на материал винаги трябва да взема предвид цялостната работна среда, вместо да разчита на едно свойство. Чрез усъвършенствана технология за формулиране, дори стандартни семейства полимери като NBR могат да бъдат проектирани да осигурят изключителна ефективност при ниски-температури, която съперничи или надвишава по-скъпите специални еластомери.

 

---

 

Търсите гумени-метални сърцевини на клапани с доказана производителност на възстановяване при ниски{1}}температури? Нашият инженерен екип поддържа избора на материал въз основа на работна температура, уплътняваща среда и изисквания за експлоатационен живот. Ние предлагаме персонализирани каучукови формули, валидирани процеси на свързване и постоянно качество на продукцията, за да помогнем на нашите клиенти да подобрят надеждността на оборудването при взискателни приложения.Щракнете тук, за да се свържете с нас