Wat is elastomeer in mechanische afdichting

Op het gebied van mechanische afdichtingen zijn elastomeren polymere materialen die elastische eigenschappen vertonen. Deze veelzijdige materialen worden gebruikt in verschillende afdichtingscomponenten, zoals O-ringen, balgen en secundaire afdichtingen, om effectieve afdichting te bieden en vloeistoflekkage te voorkomen.

Elastomeren bezitten unieke eigenschappen, waaronder flexibiliteit, veerkracht en bestendigheid tegen chemicaliën en extreme temperaturen, waardoor ze onmisbaar zijn in veeleisende industriële toepassingen. De selectie van het juiste elastomeer voor een specifieke mechanische afdichting is afhankelijk van factoren zoals de vloeistof die wordt afgedicht, bedrijfstemperatuur, druk en chemische compatibiliteit.

Wat is elastomeer in mechanische afdichting

Een elastomeer is een cruciaal onderdeel in mechanische afdichtingen, die afdichting en flexibiliteit bieden in een breed scala aan toepassingen. Elastomeren zijn polymere materialen die elastische eigenschappen vertonen, waardoor ze kunnen vervormen onder spanning en terugkeren naar hun oorspronkelijke vorm wanneer de spanning wordt verwijderd. In mechanische afdichtingsontwerpen worden elastomeren vaak gebruikt als secundaire afdichtingen, zoals O-ringen, pakkingen en balgen, om lekkage te voorkomen en asbewegingen op te vangen.

Een veelvoorkomende toepassing van elastomeren in mechanische afdichtingen is de elastomeer balgafdichting. Dit type afdichting bestaat uit een elastomeer balg die zowel als secundaire afdichting als veerelement fungeert, wat zorgt voor axiale flexibiliteit en een constante afdichtingskracht handhaaft. Elastomeer balgafdichtingen zijn compact, eenvoudig te installeren en kunnen onafhankelijk van de draairichting werken, waardoor ze veelzijdig zijn voor verschillende pomptypen en -groottes.

Kenmerken van elastomeren

• Elasticiteit en flexibiliteit: Elastomeren bezitten het vermogen om te vervormen onder spanning en terug te keren naar hun oorspronkelijke vorm zodra de spanning is verwijderd. Deze elasticiteit zorgt ervoor dat elastomeerbalgen en andere afdichtingscomponenten asbeweging, verkeerde uitlijning en trillingen kunnen opvangen zonder de afdichtingsfunctie in gevaar te brengen.
• Durometerhardheid: De durometerhardheid van een elastomeer verwijst naar de weerstand tegen indrukking en is een maat voor de stevigheid ervan. Zachtere elastomeren bieden een betere afdichting tegen onregelmatige oppervlakken, terwijl hardere elastomeren een verbeterde slijtvastheid bieden en geschikt zijn voor toepassingen met hogere druk.
• Compressie-setweerstand: Compressie-setweerstand is het vermogen van een elastomeer om zijn afdichtende kracht te behouden en terug te keren naar zijn oorspronkelijke vorm na langdurige compressie. Elastomeren met een hoge compressie-setweerstand minimaliseren het risico op afdichtingsfalen door permanente vervorming, wat zorgt voor consistente afdichtingsprestaties gedurende langere perioden.
• Treksterkte: Treksterkte verwijst naar de maximale spanning die een elastomeer kan weerstaan voordat het breekt. Elastomeren die worden gebruikt in mechanische afdichtingen moeten voldoende treksterkte hebben om de krachten te weerstaan die worden gegenereerd door de afgedichte vloeistofdruk en de veerbelasting van de afdichtingsconstructie.
• Rek bij breuk: Rek bij breuk is de maximale rek die een elastomeer kan ondergaan voordat het scheurt. Elastomeren met een hoge rek bij breuk kunnen aanzienlijke vervorming zonder falen opvangen, wat een veiligheidsmarge biedt in geval van onverwachte spanning of beweging.
• Chemische bestendigheid: Elastomeren die in mechanische afdichtingen worden gebruikt, moeten bestand zijn tegen degradatie bij blootstelling aan de afgedichte vloeistof en de omgeving.
• Temperatuurbestendigheid: Het bedrijfstemperatuurbereik is een andere kritische factor bij het selecteren van het juiste elastomeer voor een mechanische afdichting. Elastomeren moeten hun eigenschappen en afdichtingsprestaties behouden in het verwachte temperatuurbereik van de toepassing.

Soorten elastomeren die worden gebruikt in mechanische afdichtingen

Nitril (NBR)

Nitril, ook bekend als Buna-N, is een populaire elastomeerkeuze voor mechanische afdichtingen vanwege de uitstekende bestendigheid tegen oliën, brandstoffen en andere op koolwaterstoffen gebaseerde vloeistoffen. Het biedt een goede slijtvastheid en kan temperaturen van -30°C tot 110°C weerstaan. NBR wordt veel gebruikt in toepassingen met aardolieproducten, zoals vloeistoffen en smeermiddelen voor auto's.

Fluorelastomeer (FKM)

Fluorelastomeren, vaak Viton® genoemd, vertonen een uitzonderlijke chemische bestendigheid en kunnen hoge temperaturen tot 200°C weerstaan. Ze zijn bestand tegen een breed scala aan agressieve chemicaliën, waaronder zuren, basen en oplosmiddelen. FKM is een ideale keuze voor mechanische afdichtingen in de chemische verwerkings-, farmaceutische en olie- en gasindustrie.

Siliconen (VMQ)

Siliconenelastomeren staan bekend om hun uitstekende thermische stabiliteit en flexibiliteit over een breed temperatuurbereik, van -60°C tot 230°C. Ze bieden een goede weerstand tegen ozon, UV-straling en verwering. Siliconen hebben echter een beperkte weerstand tegen oliën en oplosmiddelen. Het wordt vaak gebruikt in toepassingen voor voedingsmiddelen en dranken, medische toepassingen en farmaceutische toepassingen.

Ethyleen Propyleen Dieen Monomeer (EPDM)

EPDM is een veelzijdig elastomeer met uitstekende bestendigheid tegen hitte, ozon en verwering. Het kan temperaturen van -50°C tot 150°C weerstaan en is compatibel met verschillende vloeistoffen, waaronder water, stoom en milde chemicaliën. EPDM wordt veel gebruikt in automotive, HVAC en industriële toepassingen.

Perfluorelastomeer (FFKM)

Perfluorelastomeren, zoals Kalrez® en Chemraz®, zijn de meest chemisch resistente elastomeren die er zijn. Ze kunnen extreme temperaturen tot 327°C weerstaan en zijn compatibel met vrijwel alle chemicaliën, waaronder zeer agressieve zuren, basen en oplosmiddelen. FFKM wordt gebruikt in kritische toepassingen waar afdichtingsfalen ernstige gevolgen kan hebben, zoals bij de productie van halfgeleiders en chemische verwerking.

Hydrolysebestendig polyurethaan (HPU)

HPU-elastomeren zijn speciaal ontworpen om hydrolyse te weerstaan, wat de degradatie is van het elastomeer door blootstelling aan water en hoge temperaturen. Ze bieden uitstekende slijtvastheid en kunnen temperaturen tot 120°C weerstaan. HPU wordt vaak gebruikt in mechanische afdichtingen voor pompen die water, afvalwater en andere waterige oplossingen verwerken.

Voordelen van elastomeren

Uitstekende afdichtingsprestaties

Elastomeren die worden gebruikt in mechanische afdichtingen bieden uitstekende afdichtingsprestaties in een breed scala aan toepassingen. Hun elasticiteit en flexibiliteit zorgen ervoor dat ze zich nauw aansluiten op de oppervlakken die ze afdichten, waardoor een strakke barrière ontstaat die lekkage voorkomt. Dit is vooral belangrijk in dynamische toepassingen zoals centrifugaalpompenwaarbij de afdichting de beweging van de as moet opvangen en tegelijkertijd een betrouwbare afdichting moet behouden.

Chemische compatibiliteit

Een ander belangrijk voordeel van elastomeren in afdichtingstoepassingen is hun chemische bestendigheid. Verschillende elastomeerverbindingen zijn geformuleerd om blootstelling aan verschillende chemicaliën, oplosmiddelen, oliën en andere vloeistoffen te weerstaan. Fluorelastomeren (FKM) vertonen bijvoorbeeld een uitstekende bestendigheid tegen veel agressieve chemicaliën, brandstoffen en oliën, waardoor ze geschikt zijn voor gebruik in veeleisende industriële omgevingen. Evenzo hebben EPDM-elastomeren een goede bestendigheid tegen water, stoom en veel polaire oplosmiddelen.

Temperatuurbestendigheid

Elastomeren die worden gebruikt in mechanische afdichtingen kunnen ook werken in een breed temperatuurbereik. Verschillende elastomeerverbindingen hebben verschillende temperatuurmogelijkheden, waarbij sommige extreem hoge of lage temperaturen aankunnen. Fluorelastomeren kunnen bijvoorbeeld temperaturen tot 200°C of hoger weerstaan, terwijl siliconenelastomeren hun eigenschappen behouden bij temperaturen tot -60°C.

Slijtvastheid en slijtvastheid

Bij toepassingen met schurende media of deeltjes bieden elastomeren een goede slijt- en schuurbestendigheid vergeleken met andere afdichtingsmaterialen. De veerkrachtige aard van elastomeren zorgt ervoor dat ze de impact van schurende deeltjes kunnen absorberen zonder permanente schade. Sommige elastomeerverbindingen, zoals hydrolysebestendig polyurethaan (HPU), zijn speciaal geformuleerd voor verbeterde slijtbestendigheid.

Trillings- en schokabsorptie

De inherente dempende eigenschappen van elastomeren maken ze uitstekend geschikt voor het absorberen van trillingen en schokbelastingen in mechanische systemen. In toepassingen met hoge trillingen of plotselinge impactkrachten helpen elastomere componenten in mechanische afdichtingen de afdichtingsoppervlakken en andere kritische componenten te beschermen tegen schade. Het elastomeer fungeert als een buffer, die energie afvoert en de transmissie van trillingen naar de afdichtingsvlakken vermindert.

Kosten efficiëntie

Elastomeren zijn over het algemeen kosteneffectiever dan andere gespecialiseerde afdichtingsmaterialen. De grondstoffen en productieprocessen voor elastomeren zijn doorgaans goedkoper vergeleken met exotische legeringen of geavanceerde keramiek. Bovendien zorgt de veelzijdigheid van elastomeren ervoor dat ze kunnen worden gebruikt in een breed scala aan mechanische afdichtingsontwerpen en -toepassingen, waardoor de behoefte aan kostbare oplossingen op maat wordt verminderd.

Factoren die de prestaties van elastomeren beïnvloeden

Bedrijfstemperatuur

Elastomeren hebben specifieke temperatuurlimieten waarboven hun mechanische eigenschappen verslechteren. Nitril (NBR) is bijvoorbeeld geschikt voor temperaturen van -30°C tot 110°C, terwijl fluorelastomeren (FKM) temperaturen van -20°C tot 200°C kunnen weerstaan. Overschrijding van het aanbevolen temperatuurbereik kan ervoor zorgen dat het elastomeer hard wordt, zacht wordt of afbreekt, waardoor de prestaties en levensduur van de afdichting in gevaar komen.

Chemische compatibiliteit

Het elastomeer moet bestand zijn tegen de chemische omgeving zonder overmatig zwellen, krimpen of degraderen. Verschillende elastomeren bieden weerstand tegen verschillende chemicaliën:

• Nitril (NBR): Bestand tegen minerale oliën, vetten en sommige brandstoffen
• Fluorelastomeer (FKM): Uitstekende bestendigheid tegen agressieve chemicaliën, oliën en oplosmiddelen
• EPDM: Goede bestendigheid tegen ketonen, alcoholen en remvloeistoffen, maar slechte bestendigheid tegen oliën
• FFKM: Superieure chemische bestendigheid, bestand tegen een breed scala aan agressieve chemicaliën

Incompatibiliteit tussen het elastomeer en het medium kan leiden tot afdichtingsfalen en lekkage.

Druk

Hoge druk kan leiden tot overmatige compressieset, waardoor het vermogen van het elastomeer om een goede afdichting te behouden afneemt. De druklimiet is afhankelijk van het type elastomeer en het afdichtingsontwerp. Een rubberen balgafdichting met een compact ontwerp kan bijvoorbeeld hogere druk aan dan een standaard O-ring.

Slijtage en slijtage

Bij toepassingen met schurende deeltjes of media moet het elastomeer een goede slijtvastheid hebben om voortijdige slijtage te voorkomen. Hardere elastomeren, zoals FKM of FFKM, bieden over het algemeen een betere slijtvastheid vergeleken met zachtere materialen zoals siliconen of EPDM. Hardere elastomeren kunnen echter de afdichtingsprestaties in dynamische toepassingen die flexibiliteit vereisen, in gevaar brengen.

Assnelheid en slingering

Het elastomeer moet asbeweging en -uitloop in dynamische afdichtingstoepassingen kunnen opvangen. Hoge assnelheden kunnen warmte genereren en ervoor zorgen dat het elastomeer sneller slijt. Overmatige asuitloop of verkeerde uitlijning kan leiden tot ongelijkmatige slijtage en lekkage. Elastomeren met een goede drukvervormingsweerstand en elasticiteit, zoals FKM of FFKM, zijn beter geschikt voor toepassingen met hoge snelheid. Een goed afdichtingsontwerp, zoals het opnemen van een spiraalveer of convoluties, kan helpen asbeweging te compenseren en de afdichtingseffectiviteit te behouden.