Ce este elastomerul în etanșarea mecanică

În domeniul etanșărilor mecanice, elastomerii sunt materiale polimerice care prezintă proprietăți elastice. Aceste materiale versatile sunt folosite în diferite componente de etanșare, cum ar fi inele O, burduf și etanșări secundare, pentru a asigura o etanșare eficientă și pentru a preveni scurgerea fluidului.

Elastomerii posedă caracteristici unice, inclusiv flexibilitate, rezistență și rezistență la substanțe chimice și temperaturi extreme, făcându-i indispensabili în aplicațiile industriale solicitante. Alegerea elastomerului adecvat pentru o etanșare mecanică specifică depinde de factori precum fluidul care este etanșat, temperatura de funcționare, presiunea și compatibilitatea chimică.

Ce este elastomerul în etanșarea mecanică

Un elastomer este o componentă esențială în garnituri mecanice, oferind etanșare și flexibilitate într-o gamă largă de aplicații. Elastomerii sunt materiale polimerice care prezintă proprietăți elastice, permițându-le să se deformeze sub stres și să revină la forma lor inițială atunci când tensiunea este îndepărtată. În modelele de etanșare mecanică, elastomerii sunt utilizați în mod obișnuit ca etanșări secundare, cum ar fi inele O, garnituri și burduf, pentru a preveni scurgerile și pentru a se adapta mișcării arborelui.

O aplicație comună a elastomerilor în garnituri mecanice este garnitura burduf din elastomer. Acest tip de etanșare constă dintr-un burduf elastomeric care acționează atât ca etanșare secundară, cât și ca element de arc, oferind flexibilitate axială și menținând o forță de etanșare constantă. Garniturile cu burduf din elastomer sunt compacte, ușor de instalat și pot funcționa independent de direcția de rotație, făcându-le versatile pentru diferite tipuri și dimensiuni de pompe.

Caracteristicile elastomerilor

• Elasticitate și flexibilitate: Elastomerii au capacitatea de a se deforma sub stres și de a reveni la forma lor originală odată ce stresul este îndepărtat. Această elasticitate permite burdufurilor din elastomer și altor componente de etanșare să se adapteze mișcării arborelui, alinierii greșite și vibrațiilor fără a compromite funcția de etanșare.
• Duritatea durometrului: duritatea durometrului unui elastomer se referă la rezistența acestuia la indentare și este o măsură a fermității acestuia. Elastomerii mai moi oferă o etanșare mai bună împotriva suprafețelor neregulate, în timp ce elastomerii mai duri oferă o rezistență îmbunătățită la abraziune și sunt potriviți pentru aplicații cu presiune mai mare.
• Rezistența la comprimare: rezistența la compresie este capacitatea unui elastomer de a-și menține forța de etanșare și de a reveni la forma sa inițială după ce a fost supus unei compresii prelungite. Elastomerii cu rezistență ridicată la compresiune minimizează riscul de defecțiune a etanșării din cauza deformării permanente, asigurând performanțe de etanșare consistente pe perioade lungi.
• Rezistența la tracțiune: Rezistența la tracțiune se referă la solicitarea maximă pe care o poate suporta un elastomer înainte de rupere. Elastomerii utilizați în etanșările mecanice trebuie să aibă suficientă rezistență la tracțiune pentru a rezista forțelor generate de presiunea fluidului etanșat și de sarcina arcului ansamblului de etanșare.
• Alungirea la rupere: Alungirea la rupere este alungirea maximă pe care o poate suferi un elastomer înainte de rupere. Elastomerii cu alungire mare la rupere pot suporta deformari semnificative fara defectare, oferind o marja de siguranta in cazul unor solicitari sau miscari neasteptate.
• Rezistență chimică: Elastomerii utilizați în etanșările mecanice trebuie să reziste la degradare atunci când sunt expuși la fluidul etanșat și la mediul înconjurător.
• Rezistența la temperatură: intervalul de temperatură de funcționare este un alt factor critic în selectarea elastomerului potrivit pentru o etanșare mecanică. Elastomerii trebuie să-și mențină proprietățile și performanța de etanșare în intervalul de temperatură așteptat al aplicației.

Tipuri de elastomeri utilizați în etanșările mecanice

Nitril (NBR)

Nitrilul, cunoscut și sub numele de Buna-N, este o alegere populară de elastomer pentru etanșările mecanice datorită rezistenței sale excelente la uleiuri, combustibili și alte fluide pe bază de hidrocarburi. Oferă o bună rezistență la abraziune și poate rezista la temperaturi cuprinse între -30°C și 110°C. NBR este utilizat în mod obișnuit în aplicații care implică produse petroliere, cum ar fi fluidele și lubrifianții pentru automobile.

Fluoroelastomer (FKM)

Fluoroelastomerii, denumiți adesea Viton®, prezintă o rezistență chimică excepțională și pot rezista la temperaturi ridicate de până la 200°C. Sunt rezistente la o gamă largă de substanțe chimice agresive, inclusiv acizi, baze și solvenți. FKM este o alegere ideală pentru etanșările mecanice în industria de prelucrare chimică, farmaceutică și petrol și gaze.

Silicon (VMQ)

Elastomerii siliconici sunt cunoscuți pentru stabilitatea lor termică excelentă și flexibilitatea pe o gamă largă de temperaturi, de la -60°C la 230°C. Ele oferă o bună rezistență la ozon, radiații UV și intemperii. Cu toate acestea, siliconul are o rezistență limitată la uleiuri și solvenți. Este adesea folosit în aplicații alimentare și băuturi, medicale și farmaceutice.

Monomer de etilenă propilen dienă (EPDM)

EPDM este un elastomer versatil cu rezistență excelentă la căldură, ozon și intemperii. Poate rezista la temperaturi de la -50°C la 150°C și este compatibil cu o varietate de fluide, inclusiv apă, abur și substanțe chimice blânde. EPDM este utilizat în mod obișnuit în aplicații auto, HVAC și industriale.

Perfluoroelastomer (FFKM)

Perfluoroelastomerii, cum ar fi Kalrez® și Chemraz®, sunt elastomerii cei mai rezistenți chimic disponibili. Ele pot rezista la temperaturi extreme de până la 327°C și sunt compatibile cu aproape toate substanțele chimice, inclusiv cu acizii, bazele și solvenții foarte agresivi. FFKM este utilizat în aplicații critice în care defecțiunea etanșării poate avea consecințe grave, cum ar fi în fabricarea semiconductorilor și procesarea chimică.

Poliuretan rezistent la hidroliză (HPU)

Elastomerii HPU sunt special proiectați pentru a rezista hidrolizei, care este degradarea elastomerului din cauza expunerii la apă și la temperaturi ridicate. Acestea oferă o rezistență excelentă la abraziune și pot rezista la temperaturi de până la 120°C. HPU este utilizat în mod obișnuit în etanșările mecanice pentru pompele care manipulează apă, ape uzate și alte soluții apoase.

Avantajele elastomerilor

Performanță excelentă de etanșare

Elastomerii utilizați în etanșările mecanice oferă performanțe excelente de etanșare într-o gamă largă de aplicații. Elasticitatea și flexibilitatea lor le permit să se conformeze îndeaproape suprafețelor pe care le etanșează, creând o barieră strânsă care previne scurgerile. Acest lucru este deosebit de important în aplicațiile dinamice, cum ar fi pompe centrifuge, unde etanșarea trebuie să accepte mișcarea arborelui, menținând în același timp o etanșare fiabilă.

Compatibilitate chimică

Un alt avantaj cheie al elastomerilor în aplicațiile de etanșare este rezistența lor chimică. Diferiți compuși elastomeri sunt formulați pentru a rezista la expunerea la diferite substanțe chimice, solvenți, uleiuri și alte fluide. De exemplu, fluoroelastomerii (FKM) prezintă o rezistență excelentă la multe substanțe chimice agresive, combustibili și uleiuri, făcându-i potriviți pentru utilizare în medii industriale solicitante. În mod similar, elastomerii EPDM au o rezistență bună la apă, abur și mulți solvenți polari.

Rezistență la temperatură

Elastomerii utilizați în etanșările mecanice sunt, de asemenea, capabili să funcționeze într-un interval larg de temperatură. Diferiții compuși elastomeri au capacități de temperatură diferite, unii fiind capabili să facă față temperaturilor extrem de ridicate sau scăzute. Fluoroelastomerii, de exemplu, pot rezista la temperaturi de până la 200°C sau mai mari, în timp ce elastomerii siliconici își mențin proprietățile la temperaturi de până la -60°C.

Rezistență la abraziune și uzură

În aplicațiile care implică medii abrazive sau particule, elastomerii oferă o bună rezistență la abraziune și uzură în comparație cu alte materiale de etanșare. Natura elastică a elastomerilor le permite să absoarbă impactul de la particulele abrazive fără deteriorare permanentă. Unii compuși elastomeri, cum ar fi poliuretanul rezistent la hidroliză (HPU), sunt special formulați pentru rezistență sporită la abraziune.

Vibrații și absorbție a șocurilor

Proprietățile inerente de amortizare ale elastomerilor îi fac să fie excelente la absorbția vibrațiilor și a sarcinilor de șoc în sistemele mecanice. În aplicațiile cu vibrații mari sau forțe de impact bruște, componentele elastomerice din garniturile mecanice ajută la protejarea suprafețelor de etanșare și a altor componente critice împotriva deteriorării. Elastomerul acționează ca un tampon, disipând energia și reducând transmiterea vibrațiilor către fețele de etanșare.

Eficiența costurilor

Elastomerii sunt, în general, mai rentabili decât alte materiale de etanșare specializate. Materiile prime și procesele de fabricație pentru elastomeri sunt de obicei mai puțin costisitoare în comparație cu aliajele exotice sau ceramica avansată. În plus, versatilitatea elastomerilor le permite să fie utilizate într-o gamă largă de modele și aplicații de etanșare mecanică, reducând nevoia de soluții personalizate costisitoare.

Factori care afectează performanța elastomerului

Temperatura de operare

Elastomerii au limite specifice de temperatură dincolo de care proprietățile lor mecanice se deteriorează. De exemplu, nitrilul (NBR) este potrivit pentru temperaturi de la -30°C la 110°C, în timp ce fluoroelastomerii (FKM) pot rezista la -20°C până la 200°C. Depășirea intervalului de temperatură recomandat poate duce la întărirea, înmuierea sau degradarea elastomerului, compromițând performanța și durata de viață a garniturii.

Compatibilitate chimică

Elastomerul trebuie să reziste mediului chimic fără umflare excesivă, contracție sau degradare. Diferiți elastomeri oferă rezistență la diferite substanțe chimice:

• Nitril (NBR): Rezistent la uleiuri minerale, grăsimi și unii combustibili
• Fluoroelastomer (FKM): Rezistență excelentă la substanțe chimice agresive, uleiuri și solvenți
• EPDM: rezistență bună la cetone, alcooli și lichide de frână, dar rezistență slabă la uleiuri
• FFKM: rezistență chimică superioară, rezistând la o gamă largă de substanțe chimice dure

Incompatibilitatea dintre elastomer și mediu poate duce la defectarea etanșării și scurgeri.

Presiune

Presiunile ridicate pot cauza o fixare excesivă prin compresie, reducând capacitatea elastomerului de a menține o etanșare adecvată. Limita de presiune depinde de tipul de elastomer și de designul etanșării. De exemplu, o garnitură de cauciuc cu burduf cu un design compact poate suporta presiuni mai mari în comparație cu un inel O standard.

Abraziune și uzură

În aplicațiile care implică particule sau medii abrazive, elastomerul trebuie să prezinte o bună rezistență la abraziune pentru a preveni uzura prematură. Elastomerii mai duri, cum ar fi FKM sau FFKM, oferă în general o rezistență mai bună la abraziune în comparație cu materialele mai moi precum siliconul sau EPDM. Cu toate acestea, elastomerii mai duri pot compromite performanța de etanșare în aplicații dinamice care necesită flexibilitate.

Viteza arborelui și curgere

Elastomerul trebuie să găzduiască mișcarea arborelui și curățarea în aplicații de etanșare dinamică. Vitezele mari ale arborelui pot genera căldură și pot determina uzura mai rapidă a elastomerului. Denivelarea excesivă a arborelui sau nealinierea poate duce la uzură neuniformă și scurgeri. Elastomerii cu rezistență și elasticitate bună la compresiune, cum ar fi FKM sau FFKM, sunt mai potriviți pentru aplicații de mare viteză. Designul adecvat al etanșării, cum ar fi încorporarea unui arc elicoidal sau a circumvoluțiilor, poate ajuta la compensarea mișcării arborelui și la menținerea eficienței etanșării.