Kompressionspermanent deformation i elastomerer

Kompressionsdeformation i elastomerer er en afgørende egenskab for pakninger, tætninger og gummikomponenter. Det er en af ​​de vigtigste ydeevneegenskaber for elastomerer (gummilignende materialer), skum og bløde polymerer. Den måler den permanente deformation, der er tilbage, efter at et materiale er frigivet efter længerevarende kompression. Kort sagt angiver den, hvor godt eller dårligt et materiale vender tilbage til sin oprindelige form efter kompression.

Denne egenskab er særligt kritisk i applikationer som O-ringe, pakninger, tætningselementer, støddæmpende skum og enhver komponent, der skal opretholde sin tætningsstyrke eller fleksibilitet over tid under kontinuerlig kompression.

Når en elastomer komprimeres (for eksempel en O-ring, der komprimeres mellem to overflader), omorganiseres polymerkæderne og tværbindingerne. Over tid (især under varme, langvarig eksponering eller kemisk eksponering) bliver nogle af disse ændringer permanente. Når trykkraften fjernes, vender materialet ikke helt tilbage til sin oprindelige tilstand.

Ved kompression permanent deformation,

• Permanent deformation uden kompression repræsenterer fremragende gendannelse. Materialet vender helt tilbage til sin oprindelige tykkelse (ideelt, men sjældent ved langvarig brug i den virkelige verden).
• Ved 100% kompression er der ingen gendannelse fra permanent deformation. Materialet forbliver i sin komprimerede tykkelse (fuldstændig utilstrækkeligt til forsegling).

Gode ​​tætningsmaterialer viser 10-30% permanent deformation under standard testforhold; højere værdier indikerer dårlig langsigtet ydeevne.

Den mest almindelige formel findes i metode B i standarden “ASTM D395 Rubber property - Standard test methods for permanent compression deformation”. En lavere procentdel indikerer bedre elastisk genvinding.

Kompressiv permanent deformation skyldes en kombination af fysiske og kemiske processer:

• Fysisk afslapning: Omorganisering af polymerkæder og knuder under spænding.
• Kemiske ændringer: Ved høje temperaturer kan der dannes yderligere tværbindinger i strakt tilstand (låsende deformation), eller eksisterende tværbindinger kan brydes (kædebrud).
• Spændingsrelaksation og krybning: Relateret, men forskelligt: ​​spændingsrelaksation er tabet af kraft under konstant deformation, krybning er den øgede deformation under konstant kraft. Kompressionsmæssig permanent deformation indfanger den permanente nettoeffekt, efter at lasten er aflastet.

Faktorer, der forværrer permanent kompressionsdeformation, omfatter:

• Høje temperaturer (fremskynder kemiske ændringer)
• Lang kompressionstid
• For høj kompression (ud over den anbefalede kompression, f.eks. mindst 30 procent for mange O-ringe)
• Dårligt materialevalg eller utilstrækkelig hærdning
• Eksponering for væsker, ozon eller ilt.

Den primære standard til bestemmelse af permanent kompressionsdeformation i elastomerer er ASTM D395. Denne standard beskriver to metoder:

• Metode A Konstant kraft
• Metode B Konstant afvigelse (mere almindelig for elastomerer)

Prøver komprimeres typisk til 25 procents tryk i 22-70 timer ved en bestemt temperatur (f.eks. 70 grader, 100 grader eller 150 grader), hvorefter de frigives og måles efter genopretningsperioden.

Andre standarder omfatter “ISO 815-1 Gummi, vulkaniseret eller termoplastisk - Bestemmelse af permanent trykdeformation” og lignende metoder til skum.

Materialernes ydeevne varierer meget:

• Fremragende (lav deformation): Fluorelastomerer, nogle silikoner, højtydende perfluorerede elastomerer.
• Gode ​​materialer: EPDM, nitril (NBR), HNBR, nogle premium silikoner.
• Mellem til høj hærdning: Naturgummi, basiske silikoner, nogle termoplastiske elastomerer.
• Svagere: Materialer med lav tværbindingstæthed eller utilstrækkeligt vulkaniserede forbindelser.

For eksempel viser fluorelastomerer ved højtemperaturforsegling typisk mindre end 20 % hærdning efter 70 timer ved 150 grader, mens naturgummi kan overstige 50-80 %.

Samtidig flader høj kompression O-ringe eller pakninger ud, hvilket reducerer kontaktkraften, og der opstår lækager, når dele bevæger sig eller vibrerer. Skumpakninger mister tykkelse, og der dannes hulrum. Til langvarige statiske pakninger bør der vælges materialer med lav kompression og permanent deformation, for høje kompressionsprocenter bør undgås, og temperaturfald bør overvejes.

Kompressionsdeformation er en af ​​de mest kritiske egenskaber, når man evaluerer elastomerer (såsom gummi, silikone og fluorelastomerer) til brug i den virkelige verden. Den bestemmer direkte, om en komponent, såsom en O-ring, pakning, tætningselement eller pude, vil fortsætte med at fungere pålideligt under kontinuerlig kompression i måneder eller år, eller om den vil svigte for tidligt.

Hovedårsagerne til, at denne funktion er så vigtig, er følgende:

• Det styrer langsigtet tætningsevne: Elastomere tætninger er afhængige af elastisk genvinding for at opretholde konstant kontakttryk (tætningskraft) mod kontaktflader. Når den kompressive permanente deformation er lav, vender materialet tilbage til næsten sin oprindelige form, og effektiv tætning mod væsker, gasser, støv eller tryk opretholdes i lang tid.
• Den forudsiger holdbarhed i den virkelige verden under varme og tid: De fleste kompressionstest af permanent deformation udføres ved høje temperaturer i timevis. Høje temperaturer accelererer:
• Yderligere tværafstivning i strakt (komprimeret) tilstand (fastlåser deformation)
• Kædebrud eller spændingsafslapning (permanent tab af elasticitet)
• Direkte indvirkning på sikkerhed, pålidelighed og omkostninger: Høj kompressionspermanent deformation fører til følgende fejltilstande:
• Væske-/gaslækager (hydrauliske systemer, brændstofledninger, kemisk forarbejdning, biofarmaceutiske produkter, fødevarer og drikkevarer)
• Forureningsindtrængning (elektroniske kabinetter, biler, medicinsk udstyr)
• Tryktab (pneumatiske systemer, ventiler)
• Reduceret vibrationsdæmpning eller polstring (skumtætninger, fastgørelseselementer)

Afslutningsvis er permanent kompressionsdeformation vigtig, fordi den indikerer, om en elastomer vil glemme sin elasticitet efter at have været komprimeret i lang tid, og i tætningsapplikationer betyder dette tab af elasticitet ofte et tab af tætning. Permanent kompressionsdeformation er tabet af elastomerers hukommelse under kontinuerlig belastning. For pålidelig og langvarig ydeevne i pakninger og fleksible komponenter er det afgørende at vælge et materiale med lav permanent kompressionsdeformation.

I mange år har vores organisation, med sit kompetente og erfarne team, forstået sine kunders behov, leveret de avancerede testtjenester, de har brug for, og hjulpet med etablering, implementering og forbedring af ledelsessystemer. Inden for denne ramme leverer vi også testtjenester til permanent deformation af elastomerer til virksomheder.