- Ścieranie z powtarzalnego kontaktu i złego wykończenia powierzchni.
- Atak chemiczny: niekompatybilność elastomeru z substancjami.
- Pęcznienie chemiczne: infiltracja środowiska chemicznego do elastomeru.
- Zmiana kształtu poprzez kompresję: utrata szczelności.
O-ringi w maszynach ulegają uszkodzeniom z wielu powodów. Ten krótki przewodnik zawiera szczegóły niektórych z najczęstszych sposobów uszkodzeń (istnieją inne, ale nie są one objęte tym artykułem).
Najczęstsze sposoby uszkodzeń o-ringów
Ścieranie
Wskazówki wizualne: Powierzchnie stykowe o-ringu mają porysowaną powierzchnię, a w miejscach większego zużycia mogą wystąpić głębsze nacięcia, a nawet pęknięcia.
Przyczyny: Często spotykane w zastosowaniach dynamicznych, ścieranie występuje w warunkach powtarzającego się kontaktu między powierzchnią o-ringu a gniazdem, co prowadzi do nadmiernego tarcia między nimi. Nieprawidłowe smarowanie lub niewłaściwe wykończenie powierzchni metalicznej mogą zwiększać ryzyko, ponieważ mogą pozwalać na infiltrację zanieczyszczeń ściernych do systemu uszczelniającego.
Rozwiązanie: Zapewnienie prawidłowego smarowania systemu uszczelniającego jest ważne. Ograniczenie infiltracji zanieczyszczeń można osiągnąć poprzez zastosowanie skrobaka.
Atak chemiczny
Wskazówki wizualne: W zależności od substancji chemicznej, którą ma uszczelniać, o-ring może wykazywać różne oznaki, w tym pęcherzyki, pęknięcia, zmianę twardości lub odbarwienie.
Przyczyny: Niektóre substancje chemiczne mogą reagować z pewnymi elastomerami. Często prowadzi to do zwiększenia gęstości sieciowania, co skutkuje powstaniem twardego i kruchego materiału o zmniejszonej zdolności do generowania siły reakcji. Możliwe jest również przerwanie łańcuchów polimerowych, co prowadzi do zmniejszenia wytrzymałości. Czasami może dojść do zmniejszenia gęstości sieciowania, co skutkuje powstaniem miękkiego i lepkiego materiału, prowadząc do utraty pierwotnego kształtu i integralności.
Rozwiązanie: Właściwy dobór materiału elastomerowego jest kluczowy, aby zapewnić kompatybilność uszczelki z środowiskiem aplikacyjnym. Atak chemiczny jest przyspieszany w wysokich temperaturach i gdy uszczelki elastomerowe są narażone na obciążenia wynikające z nadmiernego rozciągania lub ściskania oraz warunków mechanicznych. Sprawdź kompatybilność temperaturową głównych typów elastomerów, korzystając z naszego przewodnika online.
Pęcznienie chemiczne
Wskazówki wizualne: O-ring wydaje się być większy niż jego pierwotne wymiary. To wydaje się zachodzić na całej długości uszczelki lub w określonych miejscach narażonych na działanie chemikaliów.
Przyczyny: Pęcznienie jest spowodowane infiltracją środowiska chemicznego do elastomeru w wyniku chemicznego podobieństwa między związkiem a środowiskiem. Zwiększenie objętości uszczelki może prowadzić do wypełnienia rowka uszczelniającego, wyciskania i utraty szczelności. Pęcznienie chemiczne może również prowadzić do utraty właściwości fizycznych, takich jak wytrzymałość na rozciąganie.
Rozwiązanie: Użyj elastomeru uszczelniającego o sprawdzonej odporności na działanie środowiska chemicznego. Sprawdź kompatybilność chemiczną głównych typów elastomerów.
Zmiana kształtu poprzez kompresję
Wskazówki wizualne: Przekrój poprzeczny o-ringu staje się mniej okrągły, z powierzchniami spłaszczonymi, przybierając kształt rowka lub gniazda. O-ring przyjmuje trwały kształt, co oznacza, że nie jest w stanie wrócić do pierwotnej formy po usunięciu czynnika deformującego. Jest to mierzone jako procentowa utrata kompresji w porównaniu z początkową kompresją.
Przyczyny: Fizyczne i chemiczne zmiany mogą wystąpić w elastomerze w wysokich temperaturach. Sieć krystaliczna może się zwiększyć, prowadząc do utraty elastyczności o-ringu i zdolności do powrotu do pierwotnego kształtu. Jest to trwała zmiana chemiczna. Napięcia, na które narażone są uszczelki w wysokich temperaturach, nie znikają, gdy temperatura jest obniżana. Zjawisko to nazywa się zmianą kształtu na zimno i jest odwracalne przy ogrzewaniu. Zmniejszenie przekroju poprzecznego skutkuje zmniejszeniem kontaktu siły uszczelniającej, co prowadzi do zwiększonego ryzyka wycieku w systemach, gdzie występują cykle temperaturowe i ciśnieniowe. Inne przyczyny obejmują niewłaściwe zaprojektowanie rowka uszczelniającego, pęcznienie objętościowe spowodowane przez ciecz w systemie oraz niekompletną wulkanizację uszczelki podczas procesu produkcji.
Rozwiązanie: Wybór elastomerów o niskiej zmianie kompresji i/lub wysokiej wytrzymałości w wysokich temperaturach pomoże wydłużyć żywotność uszczelki. Projekt rowka uszczelniającego powinien być sprawdzony, aby zapewnić, że o-ring nie jest nadmiernie ściskany. Zmiana kształtu na zimno może być zmniejszona poprzez użycie bardziej elastycznej struktury polimerowej, co odzwierciedla się w niższej temperaturze przejścia szklistego.
Wyciskanie i przecięcia
Wskazówki wizualne: Krawędzie o-ringu pod niskim ciśnieniem mają wygląd poszarpany, wyszczerbiony lub ząbkowany. Może wystąpić spłycenie w ekstremalnych przypadkach, gdzie powierzchnia o-ringu wydaje się obłupiona.
Przyczyny: Duże naprężenia, zazwyczaj wynikające z wysokiego ciśnienia wymuszającego materiał w szczeliny, prowadzą do wyciskania. Pulsacje wysokiego ciśnienia mogą powodować zamykanie i otwieranie się szczelin między stykającymi się powierzchniami. To może prowadzić do zaciśnięcia o-ringu między krawędziami powierzchni stykających się, prowadząc do fizycznego uszkodzenia powierzchni uszczelki, często nazywanego przecięciem.
Rozwiązanie: Twardszy materiał może pomóc, a także zastosowanie urządzeń zabezpieczających, które mogą zredukować szczeliny.
Eksplozywna dekompresja
Wskazówki wizualne: Powierzchnia uszczelki może wykazywać pęknięcia, być pęknięta, naznaczona głębokimi nacięciami lub całkowicie zerwana w ekstremalnych przypadkach.
Przyczyny: Gdy uszczelki elastomerowe są eksponowane na duże ciśnienia gazów w wysokich temperaturach przez dłuższy czas, gaz jest absorbowany do związku polimerowego. Kiedy ciśnienie zewnętrzne jest zmniejszane, gaz rozpuszczony w materiale wychodzi z roztworu jako mikropęcherzyki. Kiedy gaz się rozszerza, przemieszcza się przez materiał na zewnątrz. Problem pojawia się, gdy szybkość dekompresji i ekspansji jest wysoka, a gaz uwięziony w uszczelce rozszerza się poza zdolność materiału do zatrzymywania pęcherzyków gazu.
Rozwiązanie: Wydłużenie czasu dekompresji i obniżenie temperatury zazwyczaj zmniejszy ryzyko uszkodzeń spowodowanych eksplozją dekompresyjną, a także wybór materiałów odpornych na tego rodzaju zjawisko.
Uszkodzenia spowodowane montażem
Wskazówki wizualne: Uszkodzenia uszczelek podczas montażu można zaobserwować jako specyficzne, dokładne nacięcia i rysy, które ograniczają się do powierzchni o-ringu.
Przyczyny: Uszkodzenia spowodowane montażem mogą przybierać różnorodne formy, od ścierania uszczelki przez metalowe komponenty po uszkodzenia spowodowane niestaranną instalacją brudnych, skręconych lub nieodpowiednio nasmarowanych uszczelek. Niewłaściwy rozmiar uszczelki dla danego zastosowania jest także ważnym czynnikiem przyczyniającym się do uszkodzeń spowodowanych montażem.
Rozwiązanie: Wzmożona uwaga przy instalacji o-ringów jest kluczowa dla zapobiegania uszkodzeniom spowodowanym montażem. Osłonięcie ostrych krawędzi za pomocą taśmy lub warstwy ochronnej zapobiegnie nacięciom powierzchni. Odpowiednie sfazowanie części montażowych i właściwie smarowanie pomagają zapobiec uszkodzeniom spowodowanym montażem.
Wydzielanie gazów
Wskazówki wizualne: Zwykle uszczelka nie wykazuje widocznych zmian. W ekstremalnych sytuacjach może być widoczne kurczenie się.
Przyczyny: Składniki formuły elastomerowej mogą być uwalniane (lotne) w warunkach próżni. Składniki te mogą pochodzić albo z formuły elastomeru, produktu rozkładu, albo innych gazów, które są uwięzione w materiale polimerowym podczas procesu formowania wtryskowego. W zastosowaniach półprzewodnikowych, cząsteczki emitowane w postaci gazu mogą powodować zanieczyszczenie podczas przetwarzania wafli. W zastosowaniach przemysłowych mogą wpływać na wydajność próżni.
Rozwiązanie: Materiały wykonane z czystych polimerów, bez lotnych składników (np. plastyfikatory, wosk, itp.) zapewniają niższy poziom wydzielania gazów. Zastosowanie odpowiednich materiałów przy właściwych temperaturach dla danego zastosowania również pomaga utrzymać niskie wydzielanie gazów.
Degradacja spowodowana plazmą
Wskazówki wizualne: Kluczowym elementem jest równomierna utrata materiału na powierzchniach stykających się z plazmą. W niektórych przypadkach na powierzchni uszczelki można zaobserwować pozostałości w postaci proszku lub odbarwienie, w zależności od rodzaju materiału.
Przyczyny: Plazma składa się z zjonizowanych gazów o niezwykle wysokiej energii i/lub rodników, które atakują organiczne składniki materiału, tworząc małe cząsteczki lub cząstki. Korozja następuje z powodu bombardowania jonami w połączeniu z atakiem chemicznym.
Rozwiązanie: Długotrwałe narażenie na działanie plazmy powoduje nieodwracalne uszkodzenia uszczelek. Chemiczna kompatybilność materiału może pomóc uszczelce wytrzymać dłużej, przedłużając jej żywotność i zmniejszając wpływ okresu przestoju sprzętu.
Spiralność
Wskazówki wizualne: Uszczelka wykazuje spiralny wzór wokół zewnętrznej powierzchni, z głębokimi nacięciami na powierzchni uszczelki pod kątem 45 stopni w miejscach widocznych maksymalnych naprężeń.
Przyczyny: Spiralność o-ringu może wystąpić podczas ruchu liniowego w przód i w tył, zarówno podczas montażu, jak i eksploatacji. Poziom spiralności jest wpływany przez wiele czynników, w tym nierówne powierzchnie, niewłaściwe smarowanie, tarcie, błędy montażowe i ekscentryczność komponentów.
Rozwiązanie: O-ring z twardszego materiału to dobry punkt wyjścia w zapobieganiu spiralności. Można również rozważyć inny profil uszczelki, taki jak pierścienie X od PPE lub uszczelka D, które udowodniły, że są odporne na spiralność bez obniżania wydajności uszczelniania. Jeśli potrzebna jest uszczelka do wysokiego ciśnienia, uszczelka T oferuje solidne rozwiązanie uszczelnienia wraz z odpowiednimi pierścieniami zapasowymi. Pierścienie X, uszczelki D i T zazwyczaj pasują do istniejących przestrzeni dla o-ringów.
Degradacja termiczna
Wskazówki wizualne: Mogą wystąpić sytuacje, w których na powierzchniach narażonych na najwyższe temperatury pojawią się pęknięcia radialne. Jeśli materiał uszczelniający jest podatny na termoplastykację, niektóre miejsca na powierzchni mogą stać się błyszczące. Degradacja termiczna często towarzyszy kompresji.
Przyczyny: Temperatura zastosowania przekracza maksymalną dopuszczalną temperaturę materiału uszczelki lub nastąpił nadmiarowy cykl temperaturowy. Wysokie temperatury mogą zwiększać sieć krystaliczną w elastomerach, skutkując zwiększoną twardością i modułem, czyniąc je mniej elastycznymi.
Rozwiązanie: Wybór elastomeru odpornego na wyższe temperatury to oczywiste rozwiązanie.
Wyciskanie termiczne
Wskazówki wizualne: Widoczne są oznaki, gdy o-ring nie ma już okrągłego profilu. Na dwóch przeciwnych krawędziach widoczne będzie spłycenie, a na powierzchniach przecięcia będą cięcia, gdzie sekcje powierzchni o-ringu uległy zniszczeniu. W zastosowaniach wysokociśnieniowych, wyciskanie lub cięcia mogą nie być widoczne po stronie wysokiego ciśnienia, ale są wyraźne po stronie niskiego ciśnienia. O-ring często przybiera kształt rowka.
Przyczyny: Współczynnik rozszerzalności termicznej elastomeru jest zazwyczaj większy niż otaczającego go metalu. Oznacza to, że w wysokich temperaturach objętość elastomeru wzrasta bardziej niż materiału go otaczającego, więc przy wysokich temperaturach o-ring może zapełnić rowek i następnie wyciśnięty w przestrzeń pomiędzy komponentami.
Rozwiązanie: Projekt rowka powinien być zoptymalizowany, aby było wystarczająco miejsca na dodatkową objętość uszczelki w wysokich temperaturach i aby unikać zapełnienia rowka – zobacz nasz przewodnik online dotyczący wymiarów rowków.
Degradacja UV
Wskazówki wizualne: Pierwszym znakiem na powierzchniach narażonych na promieniowanie UV będzie odbarwienie, a nadmierna ekspozycja materiałów podatnych prowadzi do pękania, a w ekstremalnych przypadkach do rozpadu.
Przyczyny: Ultrafioletowe światło może mieć destrukcyjny wpływ na materiały elastomerowe. Światło UV ma krótką długość fali, co oznacza, że ma dużą energię, która może wchodzić w interakcje z molekularną strukturą narażonej powierzchni elastomeru. Zazwyczaj prowadzi to do separacji łańcuchów polimerowych i powoduje pęknięcia na powierzchni, co prowadzi do przecieków i przedwczesnego zniszczenia.
Rozwiązanie: Czarne materiały zazwyczaj lepiej znoszą uszkodzenia UV niż jakikolwiek inny kolor, a materiały fluorowane również wykazują większą odporność.
