O-ring: principali cause di danni

O-ring in macchine subiscono danni per molte ragioni. Questa breve guida fornisce dettagli su alcuni dei modi più comuni in cui gli o-ring si danneggiano (ce ne sono altri, ma non sono coperti in questo articolo).

Modi più comuni di danno agli o-ring

Abrasione

Indicazioni visive: Le superfici di contatto dell’o-ring mostrano una superficie graffiata e nelle aree di maggiore usura possono comparire tagli più profondi e persino crepe.

Cause: Comune nelle applicazioni dinamiche, l’abrasione si verifica nelle condizioni di contatto ripetuto tra la superficie dell’o-ring e la sede, portando a un eccessivo attrito tra loro. Una lubrificazione errata o una finitura della superficie metallica non adeguata possono aumentare il rischio, poiché possono consentire l’infiltrazione di contaminanti abrasivi nel sistema di tenuta.

Soluzione: Assicurarsi di una corretta lubrificazione del sistema di tenuta è importante. Limitare l’infiltrazione di contaminanti si può ottenere tramite l’applicazione di uno scraper.

Attacco chimico

Indicazioni visive: A seconda della sostanza chimica da sigillare, l’o-ring può mostrare diversi segnali, inclusi bolle, crepe, cambiamento di durezza o scolorimento.

Cause: Alcune sostanze chimiche possono reagire con certi elastomeri. Questo porta spesso a un aumento della densità di reticolazione, che risulta nella formazione di un materiale duro e fragile con capacità ridotta di generare forza reattiva. È anche possibile che avvengano delle rotture delle catene polimeriche, portando a una diminuzione di resistenza. A volte può succedere una diminuzione della densità di reticolazione, risultante in un materiale morbido e appiccicoso, causando la perdita della forma originale e dell’integrità.

Soluzione: Una scelta adeguata del materiale elastomerico è cruciale per assicurare la compatibilità della guarnizione con l’ambiente applicativo. L’attacco chimico è accelerato a temperature elevate e quando le guarnizioni elastomeriche sono esposte a stress derivanti da stiramenti o compressioni eccessive e condizioni meccaniche. Controllare la compatibilità termica dei principali tipi di elastomeri, utilizzando la nostra guida online.

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Rigonfiamento chimico

Indicazioni visive: L’o-ring appare più grande rispetto alle sue dimensioni originali. Questo sembra verificarsi su tutta la lunghezza della guarnizione o in aree specifiche esposte ai prodotti chimici.

Cause: Il rigonfiamento è causato dall’infiltrazione dell’ambiente chimico nell’elastomero a causa della somiglianza chimica tra il composto e l’ambiente. L’incremento di volume della guarnizione può portare a riempire completamente la scanalatura di tenuta, estrusione e perdita della tenuta. Il rigonfiamento chimico può anche portare a una perdita delle proprietà fisiche come la resistenza alla trazione.

Soluzione: Utilizza un elastomero di tenuta con comprovata resistenza all’ambiente chimico. Verifica la compatibilità chimica dei principali tipi di elastomeri.

Deformazione per compressione

Indicazioni visive: La sezione trasversale dell’o-ring diventa meno circolare, con superfici appiattite, assumendo la forma della scanalatura o sede. L’o-ring assume una forma permanente, indicando che non è in grado di tornare alla sua forma originale dopo la rimozione del fattore deformante. Questo si misura come una perdita percentuale di compressione rispetto alla compressione iniziale.

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Cause: Cambiamenti fisici e chimici possono avvenire nell’elastomero ad alte temperature. La rete cristallina può aumentare, portando alla perdita di elasticità dell’o-ring e alla capacità di tornare alla forma originale. Questo è un cambiamento chimico permanente. Le sollecitazioni a cui sono sottoposte le guarnizioni ad alte temperature non scompaiono quando la temperatura viene abbassata. Questo fenomeno è chiamato set a freddo ed è reversibile col riscaldamento. La riduzione della sezione trasversale risulta in una diminuzione del contatto della forza di tenuta, conducendo a un rischio aumentato di perdita nei sistemi dove si verificano cicli di temperatura e pressione. Altre cause includono un design inappropriato della scanalatura di tenuta, rigonfiamento volumetrico causato dal liquido nel sistema e vulcanizzazione incompleta della guarnizione durante il processo di produzione.

Soluzione: La selezione di elastomeri con basso set di compressione e/o alta resistenza ad alte temperature aiuterà ad estendere la vita della guarnizione. Il design della scanalatura di tenuta dovrebbe essere verificato per assicurare che l’o-ring non sia eccessivamente compresso. Il set a freddo può essere ridotto utilizzando una struttura polimerica più flessibile, che si riflette in una temperatura di transizione vetrosa più bassa.

Estrusione e danni da taglio

Indicazioni visive: I bordi dell’o-ring a bassa pressione hanno un aspetto irregolare, sbeccato o dentellato. Può verificarsi l’estrusione in casi estremi, dove la superficie dell’o-ring sembra scagliata.

Cause: Alte sollecitazioni, solitamente derivanti da alta pressione che forza il materiale nelle fessure, portano all’estrusione. Le pulsazioni ad alta pressione possono causare la chiusura e l’apertura delle fessure tra le superfici di contatto. Ciò può portare all’inserzione dell’o-ring tra i bordi delle superfici di contatto, causando danni fisici alla superficie della guarnizione, spesso denominati come taglio.

Soluzione: Un materiale più duro può essere d’aiuto, così come l’applicazione di dispositivi di supporto che possono ridurre le fessure.

Decompressione esplosiva

Indicazioni visive: La superficie della guarnizione può mostrare crepe, essere fratturata, marcata da incisioni profonde o completamente lacerata in casi estremi.

Cause: Quando le guarnizioni elastomeriche sono esposte ad alte pressioni di gas a temperature elevate per periodi prolungati, il gas viene assorbito nel composto polimerico. Quando la pressione esterna viene ridotta, il gas disciolto nel materiale esce dalla soluzione come micro-bolle. Quando il gas si espande, si muove attraverso il materiale verso l’esterno. Il problema si verifica quando il tasso di decompressione ed espansione è alto e il gas intrappolato nella guarnizione si espande oltre la capacità del materiale di trattenere le bolle di gas.

Soluzione: L’estensione del tempo di decompressione e la riduzione della temperatura generalmente ridurranno il rischio di danni causati da decompressione esplosiva, così come la scelta di materiali resistenti a questo fenomeno.

Danni da montaggio

Indicazioni visive: I danni alle guarnizioni durante il montaggio possono essere osservati come tagli specifici, precisi e graffi, che sono limitati alla superficie dell’o-ring.

Cause: I danni da montaggio possono assumere varie forme, dall’attrito della guarnizione contro componenti metallici a danni causati da un’installazione negligente di guarnizioni sporche, contorte o non adeguatamente lubrificate. La dimensione errata della guarnizione per un’applicazione specifica è anche un fattore importante che contribuisce ai danni da montaggio.

Soluzione: Una maggiore attenzione durante l’installazione degli o-ring è cruciale per prevenire i danni da montaggio. Rivestire i bordi taglienti con nastro o strati protettivi preverrà l’incisione della superficie. Una corretta smussatura delle parti di montaggio e una lubrificazione adeguata aiutano a prevenire i danni da montaggio.

Degassing

Indicazioni visive: Normalmente la guarnizione non mostra cambiamenti visibili. In situazioni estreme potrebbe essere visibile un restringimento.

Cause: I componenti della formulazione elastomerica possono essere rilasciati (volatili) in condizioni di vuoto. Questi componenti possono provenire sia dalla formulazione dell’elastomero, da prodotti di decomposizione, sia da altri gas intrappolati nel materiale polimerico durante il processo di stampaggio a iniezione. In applicazioni semiconduttori, le molecole emesse sotto forma di gas possono causare contaminazione durante la lavorazione di wafer. In applicazioni industriali, possono influenzare l’efficienza del vuoto.

Soluzione: I materiali realizzati con polimeri puri, senza componenti volatili (es. plastificanti, cera, ecc.) offrono un più basso livello di degassamento. L’uso di materiali adeguati a temperature corrette per l’applicazione in questione aiuta anche a mantenere basso il degassamento.

Degradazione indotta da plasma

Indicazioni visive: L’elemento chiave è la perdita uniforme di materiale su superfici a contatto con plasma. In alcuni casi, è possibile osservare residui polverosi o scolorimenti sulla superficie della guarnizione, a seconda del tipo di materiale.

Cause: Il plasma è composto da gas ionizzati di altissima energia e/o radicali che attaccano i componenti organici del materiale, formando minuscole molecole o particelle. La corrosione avviene a causa di bombardamenti di ioni combinati con attacchi chimici.

Soluzione: L’esposizione prolungata al plasma causa danni irreversibili alle guarnizioni. La compatibilità chimica del materiale può aiutare la guarnizione a durare più a lungo, prolungando la sua durata e riducendo l’impatto del tempo di fermo del dispositivo.

Spiralizzazione

Indicazioni visive: La guarnizione esibisce un pattern a spirale lungo la superficie esterna, con incisioni profonde sulla superficie della guarnizione ad angolo di 45 gradi in aree di massima sollecitazione visibile.

Cause: La spiralizzazione dell’o-ring può avvenire durante il movimento lineare avanti e indietro, sia durante il montaggio che durante il funzionamento. Il livello di spiralizzazione è influenzato da diversi fattori, incluse superfici irregolari, lubrificazione inadeguata, attrito, errori di montaggio ed eccentricità componenti.

Soluzione: Un o-ring realizzato in materiale più duro è un buon punto di partenza per prevenire la spiralizzazione. Si possono anche considerare altri profili di guarnizione, come gli anelli X di PPE o le guarnizioni a D, che si sono dimostrati resistenti alla spiralizzazione senza compromettere le prestazioni di tenuta. Se è necessaria una guarnizione per alte pressioni, la guarnizione a T offre una soluzione di tenuta robusta insieme a anelli di backup appropriati. Gli anelli X, guarnizioni a D e a T solitamente si adattano agli spazi esistenti per o-ring.

Degradazione termica

Indicazioni visive: Possono verificarsi situazioni in cui compariranno crepe radiali sulle superfici esposte alle temperature più elevate. Se il materiale di tenuta è soggetto a termoplasticità, è possibile che alcune aree della superficie diventino lucide. La degradazione termica spesso accompagna la compressione.

Cause: La temperatura di applicazione supera la temperatura massima consentita del materiale di tenuta o si è verificato un eccessivo ciclo termico. Le alte temperature possono incrementare la rete cristallina negli elastomeri, risultando in una maggiore durezza e modulo, rendendoli meno elastici.

Soluzione: La selezione di un elastomero resistente a temperature più elevate è la soluzione ovvia.

Estrusione termica

Indicazioni visive: Sono visibili segni quando l’o-ring non ha più un profilo circolare. Su due bordi opposti sarà visibile un appiattimento, e sui punti di giunzione si troveranno tagli, dove le sezioni della superficie dell’o-ring sono state danneggiate. In applicazioni ad alta pressione, l’estrusione o i tagli possono non essere visibili sul lato ad alta pressione, ma sono evidenti sul lato a bassa pressione. L’o-ring spesso assume la forma della scanalatura.

Cause: Il coefficiente di espansione termica dell’elastomero è generalmente più alto rispetto al metallo circostante. Questo significa che alle alte temperature, il volume dell’elastomero aumenta più del materiale circostante, quindi alle alte temperature l’o-ring può riempire la scanalatura e quindi essere estruso nello spazio tra i componenti.

Soluzione: Il design della scanalatura dovrebbe essere ottimizzato per avere spazio sufficiente per il volume aggiuntivo della guarnizione alle alte temperature e per evitare il riempimento della scanalatura – vedere la nostra guida online sulle dimensioni delle scanalature.

Degradazione UV

Indicazioni visive: Il primo segnale sulle superfici esposte ai raggi UV sarà lo scolorimento, mentre l’esposizione eccessiva di materiali vulnerabili può portare alla fessurazione, e nei casi estremi alla decomposizione.

Cause: La luce ultravioletta può avere un effetto distruttivo sui materiali elastomerici. La luce UV ha una lunghezza d’onda corta, il che significa che ha un’energia alta che può interagire con la struttura molecolare della superficie esposta dell’elastomero. Questo porta generalmente alla separazione delle catene polimeriche e provoca crepe sulla superficie, portando a perdite e distruzione prematura.

Soluzione: I materiali neri generalmente sopportano meglio i danni UV rispetto a qualsiasi altro colore, e i materiali fluorurati dimostrano anche una maggiore resistenza.