Трайна деформация от компресия в еластомери

Остатъчната деформация при компресия в еластомерите е ключово свойство за гарнитурите, уплътненията и гумените компоненти. Тя е една от най-важните експлоатационни характеристики на еластомерите (каучукоподобни материали), пяните и меките полимери. Тя измерва остатъчната деформация, оставаща след освобождаване на материала след продължително компресиране. Просто казано, тя показва колко добре или лошо материалът се връща към първоначалната си форма след компресия.

Това свойство е особено важно в приложения като О-пръстени, гарнитури, уплътнителни елементи, омекотяващи пяни и всеки компонент, който трябва да поддържа своята уплътнителна здравина или гъвкавост във времето при непрекъснато компресиране.

Когато еластомерът се компресира (например, О-пръстен, компресиран между две повърхности), полимерните вериги и напречни връзки се пренареждат. С течение на времето (особено при нагряване, продължително излагане или химическо въздействие) някои от тези промени стават постоянни. Когато силата на натиск бъде премахната, материалът не се връща напълно в първоначалното си състояние.

При постоянна деформация на натиск,

• Нулевата постоянна деформация при натиск представлява отлично възстановяване. Материалът напълно се връща към първоначалната си дебелина (идеално, но рядко срещано при реална дългосрочна употреба).
• При 100% компресия няма възстановяване от трайна деформация. Материалът остава с компресираната си дебелина (напълно неуспешен за целите на уплътняването).

Добрите уплътнителни материали показват 10-30% остатъчна деформация при стандартни условия на изпитване; по-високите стойности показват лоша дългосрочна производителност.

Най-често срещаната формула се намира в Метод Б на стандарта „ASTM D395 Свойства на каучука - Стандартни методи за изпитване на трайна деформация на натиск“. По-нисък процент показва по-добро еластично възстановяване.

Компресионната остатъчна деформация е резултат от комбинация от физични и химични процеси:

• Физическа релаксация: Пренареждане на полимерни вериги и възли под напрежение.
• Химични промени: При високи температури могат да се образуват допълнителни омрежвания в разтегнато състояние (заключваща деформация) или съществуващите омрежвания могат да се скъсат (разкъсване на веригата).
• Релаксация на напрежението и пълзене: Свързани, но различни: релаксацията на напрежението е загубата на сила при постоянна деформация, пълзенето е увеличената деформация при постоянна сила. Останалата деформация на натиск обхваща нетния постоянен ефект след разтоварване на товара.

Факторите, които влошават трайната деформация от компресия, включват:

• Високи температури (ускоряват химичните промени)
• Дълго време за компресия
• Прекомерна компресия (извън препоръчителната компресия, например поне 30 процента за много О-пръстени)
• Лош избор на материал или неадекватно втвърдяване
• Излагане на течности, озон или кислород.

Основният стандарт за определяне на остатъчната деформация под налягане в еластомерите е ASTM D395. Този стандарт описва два метода:

• Метод А Постоянна сила
• Метод Б Постоянно отклонение (по-често срещано за еластомери)

Пробите обикновено се компресират до 25 процента налягане в продължение на 22–70 часа при определена температура (напр. 70 градуса, 100 градуса или 150 градуса), след което се освобождават и измерват след периода на възстановяване.

Други стандарти включват „ISO 815-1 Каучук, вулканизиран или термопластичен - Определяне на остатъчна компресионна деформация“ и подобни методи за пяни.

Производителността на материалите варира значително:

• Отлични (слабо втвърдени): Флуороеластомери, някои силикони, високоефективни перфлуорирани еластомери.
• Добри материали: EPDM, нитрил (NBR), HNBR, някои първокласни силикони.
• Средно до високо фиксиране: Естествен каучук, основни силикони, някои термопластични еластомери.
• По-слаби: Материали с ниска плътност на омрежване или недостатъчно вулканизирани съединения.

Например, при високотемпературно запечатване, флуороеластомерите обикновено показват по-малко от 20% втвърдяване след 70 часа при 150 градуса, докато естественият каучук може да надхвърли 50-80%.

Междувременно, високите степени на компресия сплескват О-пръстените или уплътненията, намалявайки контактната сила, и възникват течове, когато частите се движат или вибрират. Уплътненията от пяна губят дебелина и се образуват кухини. За дългосрочни статични уплътнения трябва да се избират материали с ниска степен на постоянна деформация при компресия, трябва да се избягват прекомерни проценти на компресия и да се вземе предвид спадът на температурата.

Остатъчната деформация от натиск е едно от най-важните свойства при оценката на еластомери (като каучуци, силикони и флуороеластомери) за реална употреба. Тя директно определя дали даден компонент, като О-пръстен, гарнитура, уплътнителен елемент или възглавница, ще продължи да работи надеждно при непрекъснато натиск в продължение на месеци или години или ще се повреди преждевременно.

Основните причини, поради които тази функция е толкова важна, са следните:

• Той контролира дългосрочната уплътнителна ефективност: Еластомерните уплътнения разчитат на еластично възстановяване, за да поддържат постоянно контактно налягане (сила на уплътняване) срещу свързващите повърхности. Когато постоянната деформация на натиск е ниска, материалът се връща близо до първоначалната си форма и ефективното уплътняване срещу течности, газове, прах или налягане се поддържа за дълго време.
• Той прогнозира реална издръжливост при нагряване и време: Повечето тестове за трайна деформация на натиск се извършват при високи температури в продължение на часове. Високите температури ускоряват следното:
• Допълнително напречно укрепване в разтегнато (сгъстено) състояние (заключва се при деформация)
• Скъсване на веригата или отпускане на напрежението (трайна загуба на еластичност)
• Пряко въздействие върху безопасността, надеждността и разходите: Високата постоянна деформация при натиск води до следните режими на повреда:
• Течове на течности/газ (хидравлични системи, горивопроводи, химическа обработка, биофармацевтични продукти, храни и напитки)
• Проникване на замърсяване (корпуси за електроника, автомобили, медицински изделия)
• Загуба на налягане (пневматични системи, клапани)
• Намалено амортизиране или омекотяване на вибрациите (уплътнения от пяна, крепежни елементи)

В заключение, постоянната деформация при компресия е важна, защото показва дали еластомерът ще забрави своята еластичност, след като е бил компресиран за дълго време, а при приложения за уплътняване тази загуба на еластичност често означава загуба на уплътнение. Постоянната деформация при компресия е загуба на памет на еластомерите при непрекъснато натоварване. За надеждна и дълготрайна работа на уплътнения и гъвкави компоненти, изборът на материал с ниска постоянна деформация при компресия е от решаващо значение.

В продължение на много години нашата организация, със своя компетентен и опитен персонал, разбира нуждите на своите клиенти, предоставяйки им необходимите съвременни услуги за тестване и съдействайки за установяването, внедряването и подобряването на системите за управление. В тази рамка, ние също така предоставяме на бизнеса услуги за изпитване на еластомери за постоянна деформация под налягане.