Производительность резиновых уплотнений в холодных условиях: что покупателям следует знать о старении

Резиновое уплотнение может выглядеть целым, но все равно испытывать трудности с поддержанием контакта при падении температуры или изменении его упругости с возрастом. Для покупателей в автомобильной и промышленной сферах выбор материала требует большего, чем просто проверка температурного диапазона в технической документации.

В этой статье объясняется, как низкая температура, сжатие и старение влияют на эластомерные уплотнения, и какую информацию следует запросить перед утверждением компонента. Она основана на опубликованных исследованиях, касающихся уплотнительных колец из эластомеров. Результаты не являются результатами испытаний LTHJT и не должны использоваться для прямого прогнозирования срока службы автомобильных шлангов или уплотнителей.

Почему резиновые уплотнения становятся менее отзывчивыми в холодных условиях

При падении температуры ниже температуры стеклования эластомер становится более жестким и медленнее восстанавливается. Поэтому уплотнение, которое должно реагировать на движение или изменение сжатия, может вести себя иначе, чем уплотнение, находящееся в стабильной статической сборке.

Температура стеклования, часто называемая Tg, полезна для сравнения материалов. Однако это не универсальная температура отказа уплотнения. Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) и динамический механический анализ (ДМА) характеризуют различные аспекты перехода. Сообщаемые значения также зависят от условий испытаний и выбранного определения.

Вывод для покупателя: Спросите, как был установлен заявленный низкотемпературный предел. Измерение материала, тест на восстановление и тест на утечку предоставляют разную информацию.

Остаточная деформация при сжатии: полезное свидетельство с ограничениями

Остаточная деформация при сжатии описывает, насколько велико остаточное деформирование после снятия нагрузки со сжатого образца. Более низкое значение, как правило, указывает на лучшее восстановление в заявленных условиях.

Обычная формула:

ОД = [(h0 − h(t)) / (h0 − h1)] × 100%

Здесь h0 - начальная высота, h1 - сжатая высота, а h(t) - восстановленная высота в указанное время измерения.

Время измерения имеет значение, поскольку восстановление резины зависит от времени. Результаты, полученные после разных периодов восстановления, не следует сравнивать так, как если бы они были эквивалентны. Аналогично, исследовательские методы, адаптированные для уплотнительных колец или оборудования ДМА, не следует маркировать как стандартные испытания без проверки их процедур.

Остаточная деформация при сжатии является индикатором отбора. Она не определяет, будет ли конкретная сборка протекать. Геометрия уплотнения, сжатие, сопрягаемые поверхности, давление и движение также влияют на производительность.

Старение изменяет как уплотнение, так и материал

Тепло, кислород, окружающая среда и механическая нагрузка могут со временем изменять эластомер. Могут происходить разрыв цепей и дополнительное сшивание, изменяя жесткость, восстановление и силу, поддерживаемую сжатым уплотнением.

Ненагруженный тестовый образец не полностью представляет установленное уплотнение. Испытания на старение, включающие предполагаемое сжатие, помогают исследовать эту разницу.

Для уплотнительных колец релаксация напряжения при сжатии является еще одним полезным измерением: она отслеживает снижение герметизирующей силы с течением времени. Затем испытания на утечку компонента помогают связать изменения материала с фактической функцией сборки.

Для дверных уплотнителей функциональные критерии могут вместо этого включать проникновение воды, шум ветра, усилие закрывания и восстановление после длительного сжатия. Это требует собственных испытаний, специфичных для применения.

Почему более горячее испытание на старение не автоматически предсказывает срок службы

Ускоренное старение ценно, но преобразование воздействия в печи в годы службы требует проверенной модели.

Особое внимание заслуживают два аспекта:

Изменения в механизме старения. Процессы, активные при высоких температурах испытаний, могут отличаться от тех, которые определяют нормальную эксплуатацию. Однократная экстраполяция по Аррениусу может дать ошибочную оценку срока службы.

Диффузионно-ограниченное окисление. Кислород может потребляться у поверхности образца быстрее, чем он достигает внутренней части. В результате материал стареет неравномерно. Общее измерение свойств может скрывать разницу между сильно состарившейся поверхностью и менее состарившимся ядром.

Эти эффекты зависят от состава, размеров образца и условий испытаний. Их наличие нельзя вывести только из названия полимера. Ошибка экстраполяции также не всегда имеет одно и то же направление: необходимо оценить надежность и неопределенность прогноза.

Выбор между EPDM, NBR, HNBR и FKM

Относитесь к этим названиям как к семействам материалов, а не как к полным спецификациям. Различные марки и составы внутри семейства могут вести себя по-разному.

Избегайте выбора состава исключительно на основании того, что одно семейство материалов хорошо показало себя в конкретном опубликованном эксперименте.

Практический чек-лист квалификации

Перед запросом коммерческого предложения или утверждением образцов предоставьте:

• Чертеж, образец или подтвержденный артикул.
• Минимальная температура, нормальная температура и пиковое воздействие.
• Контактирующая среда и ее концентрация.
• Давление, сжатие, движение и условия установки.
• Требуемые испытания и измеримые критерии приемки.
• Ожидаемое количество и требования к техническому обслуживанию или замене.

По возможности протестируйте готовый компонент. Для жидкостного уплотнения решающим критерием может быть утечка; для дверного уплотнителя более актуальной может быть герметизация от воды и воздуха. Выбранный порог остаточной деформации при сжатии должен иметь обоснование, специфичное для применения, а не представляться как универсальный предел отказа.

Заключение

Надежный выбор уплотнения сочетает в себе свидетельства материала для конкретной марки с испытаниями, имитирующими установленный компонент. Низкотемпературное восстановление, длительное сжатие и старение заслуживают внимания, в то время как заявления о сроке службы требуют большего подтверждения, чем одно ускоренное испытание.

Свяжитесь с LTHJT, предоставив ваш чертеж или образец, условия эксплуатации, требуемые критерии испытаний и количество для обзора применения и коммерческого предложения. Производительность конкретного продукта должна быть подтверждена согласованным процессом квалификации.

Благодарность за исследование и дальнейшее чтение

Данное руководство независимо организовано от предоставленного заказчиком перевода, приписываемого Глава 30, Исследования эластомерных уплотнений — низкотемпературные характеристики и поведение при старении. Оно не воспроизводит рисунки главы и не претендует на наши собственные измерения. Полные сведения об издании и публикации должны быть добавлены, если они доступны; написание имен авторов должно быть проверено по оригинальной главе.