تغییر شکل دائمی فشاری در الاستومرها

تغییر شکل دائمی فشاری در الاستومرها

تغییر شکل دائمی ناشی از فشار در الاستومرها یک ویژگی حیاتی برای واشرها، آب‌بندها و اجزای لاستیکی است. این یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های عملکردی الاستومرها (مواد لاستیکی مانند)، فوم‌ها و پلیمرهای نرم است. این تغییر شکل دائمی باقی مانده پس از رها شدن ماده پس از فشرده‌سازی طولانی مدت را اندازه‌گیری می‌کند. به عبارت ساده، نشان می‌دهد که یک ماده پس از فشرده‌سازی چقدر خوب یا بد به شکل اولیه خود باز می‌گردد.

تغییر شکل دائمی فشاری در الاستومرها

این ویژگی به ویژه در کاربردهایی مانند حلقه‌های اورینگ، واشرها، المان‌های آب‌بندی، فوم‌های ضربه‌گیر و هر قطعه‌ای که نیاز به حفظ استحکام آب‌بندی یا انعطاف‌پذیری خود در طول زمان تحت فشار مداوم دارد، بسیار مهم است.

وقتی یک الاستومر فشرده می‌شود (مثلاً یک حلقه O شکل بین دو سطح فشرده می‌شود)، زنجیره‌ها و پیوندهای عرضی پلیمر دوباره مرتب می‌شوند. با گذشت زمان (به‌ویژه تحت گرما، قرار گرفتن طولانی مدت در معرض مواد شیمیایی) برخی از این تغییرات دائمی می‌شوند. وقتی نیروی فشاری برداشته می‌شود، ماده به طور کامل به حالت اولیه خود باز نمی‌گردد.

در تغییر شکل دائمی فشاری،

  • تغییر شکل دائمی ناشی از فشار صفر، نشان‌دهنده‌ی بازیابی عالی است. ماده به‌طور کامل به ضخامت اولیه‌ی خود بازمی‌گردد (ایده‌آل است، اما در استفاده‌ی طولانی‌مدت در دنیای واقعی نادر است).
  • در فشردگی ۱۰۰٪، هیچ بهبودی از تغییر شکل دائمی وجود ندارد. ماده در ضخامت فشرده شده خود باقی می‌ماند (که برای اهداف آب‌بندی کاملاً ناموفق است).

مواد آب‌بندی خوب، تحت شرایط آزمایش استاندارد، 10 تا 30 درصد تغییر شکل دائمی نشان می‌دهند؛ مقادیر بالاتر نشان‌دهنده عملکرد ضعیف در درازمدت است.

رایج‌ترین فرمول در روش B از استاندارد «ASTM D395 Rubber property - Standard test methods for permanent compression deforming» یافت می‌شود. درصد پایین‌تر نشان‌دهنده‌ی بازگشت الاستیک بهتر است.

تغییر شکل دائمی فشاری ناشی از ترکیبی از فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی است:

  • آرامش فیزیکی: بازآرایی زنجیره‌ها و گره‌های پلیمری تحت کشش
  • تغییرات شیمیایی: در دماهای بالا، ممکن است در حالت کشیده شده، پیوندهای عرضی اضافی تشکیل شوند (تغییر شکل قفل شونده) یا پیوندهای عرضی موجود بشکنند (پارگی زنجیره).
  • رهاسازی تنش و خزش: مرتبط اما متفاوت: رهاسازی تنش، از دست دادن نیرو تحت تغییر شکل ثابت است، خزش افزایش تغییر شکل تحت نیروی ثابت است. تغییر شکل دائمی فشاری، اثر دائمی خالص را پس از برداشتن بار نشان می‌دهد.

عواملی که تغییر شکل دائمی فشاری را بدتر می‌کنند عبارتند از:

  • دمای بالا (تسریع در تغییرات شیمیایی)
  • زمان فشرده سازی طولانی
  • فشرده‌سازی بیش از حد (فراتر از فشرده‌سازی توصیه‌شده، مثلاً حداقل 30 درصد برای بسیاری از اورینگ‌ها)
  • انتخاب نامناسب مواد یا عمل‌آوری ناکافی
  • قرار گرفتن در معرض مایعات، ازن یا اکسیژن.

استاندارد اصلی برای تعیین تغییر شکل دائمی فشاری در الاستومرها ASTM D395 است. این استاندارد دو روش را شرح می‌دهد:

  • روش الف نیروی ثابت
  • روش ب: انحراف ثابت (بیشتر برای الاستومرها رایج است)

نمونه‌ها معمولاً به مدت ۲۲ تا ۷۰ ساعت در دمای خاص (مثلاً ۷۰ درجه، ۱۰۰ درجه یا ۱۵۰ درجه) تا فشار ۲۵ درصد فشرده می‌شوند، سپس پس از دوره بازیابی، رها شده و اندازه‌گیری می‌شوند.

استانداردهای دیگر شامل «ISO 815-1 لاستیک، ولکانیزه یا ترموپلاستیک - تعیین تغییر شکل فشاری دائمی» و روش‌های مشابه برای فوم‌ها می‌شود.

عملکرد مواد بسیار متفاوت است:

  • عالی (کم‌جاذبه): فلوروالاستومرها، برخی سیلیکون‌ها، الاستومرهای پرفلورینه با کارایی بالا.
  • مواد خوب: EPDM، نیتریل (NBR)، HNBR، برخی سیلیکون‌های مرغوب.
  • گیرش متوسط ​​تا زیاد: لاستیک طبیعی، سیلیکون‌های بازی، برخی الاستومرهای ترموپلاستیک.
  • ضعیف‌تر: موادی با چگالی اتصال عرضی کم یا ترکیباتی که به طور ناکافی ولکانیزه شده‌اند.

برای مثال، در آب‌بندی دمای بالا، فلورولاستومرها معمولاً پس از ۷۰ ساعت در دمای ۱۵۰ درجه، کمتر از ۲۰٪ گیرش نشان می‌دهند، در حالی که لاستیک طبیعی می‌تواند از ۵۰ تا ۸۰٪ گیرش فراتر رود.

در همین حال، مجموعه‌های فشرده‌سازی بالا، اورینگ‌ها یا واشرها را صاف می‌کنند و نیروی تماس را کاهش می‌دهند و هنگامی که قطعات حرکت می‌کنند یا می‌لرزند، نشتی رخ می‌دهد. واشرهای فومی ضخامت خود را از دست می‌دهند و حفره‌هایی تشکیل می‌شوند. برای واشرهای استاتیک طولانی مدت، باید موادی با تغییر شکل دائمی فشرده‌سازی کم انتخاب شوند، از درصد فشرده‌سازی بیش از حد باید اجتناب شود و افت دما باید در نظر گرفته شود.

تغییر شکل دائمی ناشی از فشار، یکی از مهم‌ترین ویژگی‌ها هنگام ارزیابی الاستومرها (مانند لاستیک‌ها، سیلیکون‌ها و فلوروالاستومرها) برای استفاده در دنیای واقعی است. این ویژگی مستقیماً تعیین می‌کند که آیا یک قطعه، مانند حلقه O، واشر، عنصر آب‌بندی یا بالشتک، تحت فشار مداوم برای ماه‌ها یا سال‌ها به طور قابل اعتمادی به کار خود ادامه خواهد داد یا اینکه دچار خرابی زودرس خواهد شد.

دلایل اصلی اهمیت این ویژگی به شرح زیر است:

  • این عملکرد آب‌بندی طولانی‌مدت را کنترل می‌کند: آب‌بندهای الاستومری برای حفظ فشار تماسی ثابت (نیروی آب‌بندی) در برابر سطوح جفت‌شده، به بازیابی الاستیک متکی هستند. هنگامی که تغییر شکل دائمی فشاری کم باشد، ماده تقریباً به شکل اولیه خود برمی‌گردد و آب‌بندی مؤثر در برابر مایعات، گازها، گرد و غبار یا فشار برای مدت طولانی حفظ می‌شود.
  • این روش، دوام در دنیای واقعی را در برابر گرما و زمان پیش‌بینی می‌کند: اکثر آزمایش‌های تغییر شکل دائمی فشاری در دماهای بالا و به مدت چند ساعت انجام می‌شوند. دماهای بالا موارد زیر را تسریع می‌کنند:
  • مهاربندی ضربدری اضافی در حالت کشیده (فشرده) (تغییر شکل را قفل می‌کند)
  • پارگی زنجیر یا شل شدن تنش (از بین رفتن دائمی خاصیت ارتجاعی)
  • تأثیر مستقیم بر ایمنی، قابلیت اطمینان و هزینه: تغییر شکل دائمی ناشی از فشار زیاد منجر به حالت‌های خرابی زیر می‌شود:
  • نشت مایع/گاز (سیستم‌های هیدرولیک، خطوط سوخت، فرآوری شیمیایی، داروهای زیستی، مواد غذایی و نوشیدنی‌ها)
  • ورود آلودگی (محفظه‌های الکترونیکی، خودرو، دستگاه‌های پزشکی)
  • افت فشار (سیستم‌های پنوماتیک، شیرها)
  • کاهش میرایی یا ضربه‌گیری ارتعاش (آب‌بندهای فومی، بست‌ها)

در نتیجه، تغییر شکل دائمی فشاری مهم است زیرا نشان می‌دهد که آیا یک الاستومر پس از فشرده شدن برای مدت طولانی، خاصیت ارتجاعی خود را از دست خواهد داد یا خیر، و در کاربردهای آب‌بندی، این از دست دادن خاصیت ارتجاعی اغلب به معنای از دست دادن آب‌بندی است. تغییر شکل دائمی فشاری، از دست دادن حافظه الاستومرها تحت بار مداوم است. برای عملکرد قابل اعتماد و طولانی مدت در واشرها و اجزای انعطاف‌پذیر، انتخاب ماده‌ای با تغییر شکل دائمی فشاری کم بسیار مهم است.

سال‌هاست که سازمان ما با کادری مجرب و متخصص، نیازهای مشتریان خود را درک کرده، خدمات آزمایش پیشرفته مورد نیاز آنها را ارائه می‌دهد و در ایجاد، پیاده‌سازی و بهبود سیستم‌های مدیریتی یاری می‌رساند. در این چارچوب، ما همچنین خدمات آزمایش تغییر شکل دائمی فشاری برای الاستومرها را به مشاغل ارائه می‌دهیم.

واتساپ