Jūsų pneumatinėje sistemoje ką tik įvyko katastrofiškas sandariklio gedimas, dėl kurio gamyba buvo sustabdyta 8 valandoms ir dėl kurio prarastos tūkstančiai eurų pajamų. Pagrindinė priežastis? Netinkamai parinkta eksploatacinei aplinkai tinkama sandariklio medžiaga. Cheminis poveikis, ekstremalios temperatūros ar nesuderinamos terpės gali sunaikinti net ir aukščiausios kokybės sandariklius ne per metus, o per kelias valandas.
Norint tinkamai pasirinkti vožtuvo sandariklio medžiagą, reikia suderinti elastomero cheminę sudėtį su eksploatavimo sąlygomis: NBR tinka bendrosios paskirties taikymams, FKM (Viton®) – atsparumui cheminėms medžiagoms ir aukštai temperatūrai, o HNBR – geresnėms eksploatacinėms savybėms platesniame temperatūrų ir cheminių medžiagų diapazone, suderinamumas nustatomas pagal polimero struktūrą ir priedų sudėtį.
Praėjusį mėnesį padėjau Robertui, naftos chemijos gamyklos techninės priežiūros vadybininkui Luizianoje, išspręsti pasikartojančias sandariklių gedimų problemas jo proceso dujų vožtuvuose, kurios kasmet kainuodavo $50 000 dolerių dėl prastovų ir atsarginių dalių.
Turinys
- Kokios yra pagrindinės vožtuvų sandariklių medžiagų savybės?
- Kaip NBR, FKM ir HNBR skiriasi savo savybėmis?
- Kas lemia cheminį suderinamumą ir kaip jį įvertinti?
- Kaip pasirinkti tinkamą sandariklio medžiagą jūsų reikmėms?
Kokios yra pagrindinės vožtuvų sandariklių medžiagų savybės?
Elastomerinių sandarinimo medžiagų molekulinės struktūros ir pagrindinių savybių supratimas yra labai svarbus norint numatyti jų veikimą ir ilgaamžiškumą konkrečiose taikymo srityse.
Vožtuvo sandariklio medžiagos yra sukryžminti polimerai1 su specifinėmis molekulinėmis struktūromis, kurios nulemia jų atsparumą temperatūrai, cheminėms medžiagoms, suspaudimui ir senėjimui, o jų savybės priklauso nuo polimero pagrindinės grandinės chemijos, kryžminio susiejimo tankio ir priedų paketo.
Polimerinės pagrindinės grandinės chemija
Pagrindinė polimero grandinės struktūra lemia pagrindines savybes, tokias kaip lankstumas, atsparumas cheminėms medžiagoms ir temperatūrinis stabilumas. Skirtingos pagrindinės grandinės cheminės savybės suteikia iš esmės skirtingas charakteristikas.
Kryžminio susiejimo sistemos
Sukryžminimas sukuria trimatį tinklą, kuris suteikia elastomerams elastingumo savybių. Siera, peroksidas ir kitos sukryžminimo sistemos daro įtaką cheminiam atsparumui, atsparumui temperatūrai ir atsparumui suspaudimui.
Priedų paketai
Antioksidantai, plastifikatoriai, užpildai ir perdirbimo pagalbinės medžiagos turi didelę įtaką galutiniam sandarinimo savybėms. Tas pats bazinis polimeras gali turėti labai skirtingas savybes, priklausomai nuo naudojamų priedų.
| Nekilnojamojo turto kategorija | Poveikis veiklos rezultatams | Pagrindiniai veiksniai | Matavimo metodai |
|---|---|---|---|
| Atsparumas cheminėms medžiagoms | Medijos suderinamumas | Polimero poliarumas, kryžminis susiejimas | Panardinimo bandymas, išbrinkimo matavimas |
| Temperatūros diapazonas | Eksploatavimo ribos | Polimerų stabilumas, priedai | Šiluminis senėjimas, trapumas esant žemai temperatūrai |
| Mechaninės savybės | Sandarinimo jėga, nusidėvėjimas | Sąsajų tankis, užpildai | Tempimo, Suspaudimo rinkinys2, dilimas |
| Pralaidumas | Dujų/skysčių difuzija | Molekulinė struktūra, kristalinumas | Prasiskverbimo greičio bandymas |
Roberto naftos chemijos gamykla naudojo standartinius NBR sandariklius sieros vandenilio aplinkoje, kur sieros junginiai ardojo sieros kietintus NBR kryžminius ryšius. Mes perėjome prie mūsų Bepto FKM sandariklių su peroksido kietinimu, kurie pasižymi puikiu atsparumu cheminėms medžiagoms. ⚗️
Senėjimo ir degradacijos mechanizmai
Supratimas, kaip sandarikliai laikui bėgant susidėvi – dėl oksidacijos, ozono poveikio, terminio susidėvėjimo ar cheminio poveikio – padeda numatyti tarnavimo laiką ir pasirinkti tinkamas medžiagas.
Aplinkos streso veiksniai
Dažnai veikia keli aplinkos veiksniai: temperatūros svyravimai, cheminių medžiagų poveikis, mechaninis poveikis ir UV spinduliai gali sinergiškai veikti ir pagreitinti sandariklio susidėvėjimą.
Kaip NBR, FKM ir HNBR skiriasi savo savybėmis?
Kiekviena pagrindinė sandariklių medžiagų grupė turi savitų privalumų ir trūkumų, priklausančių nuo jų molekulinės struktūros ir tipinių sudėčių.
NBR (nitrilas) užtikrina puikų atsparumą aliejui ir ekonomiškumą, tačiau jo temperatūros diapazonas yra ribotas, FKM (fluoroelastomeras) užtikrina puikų atsparumą cheminėms medžiagoms ir temperatūrai, tačiau yra brangesnis, o HNBR (hidrogenizuotas nitrilas) užpildo šią spragą, užtikrindamas didesnį atsparumą temperatūrai ir ozonui.
NBR (nitrilo butadieno kaučiukas) savybės
NBR pasižymi puikiu atsparumu naftos aliejams, degalams ir daugeliui hidraulinių skysčių. Akrilonitrilo kiekis (paprastai 18–50%) lemia atsparumą aliejui – didesnis kiekis užtikrina geresnį atsparumą aliejui, tačiau sumažina lankstumą esant žemai temperatūrai.
FKM (fluoroelastomeras) savybės
FKM užtikrina išskirtinį atsparumą cheminėms medžiagoms dėl stiprių anglies ir fluoro ryšių jo pagrindinėje grandinėje. Jis išlaiko savybes esant aukštai temperatūrai ir yra atsparus daugumai cheminių medžiagų, išskyrus stiprias bazes ir kai kuriuos specializuotus tirpiklius.
HNBR (hidrogenizuotas nitrilas) privalumai
HNBR derina NBR atsparumą alyvai su pagerintu atsparumu temperatūrai ir atsparumu ozonui dėl hidrinimas3 polimero pagrindinės grandinės, pašalinant reaktyvias dvigubas jungtis.
| Medžiaga | Temperatūros diapazonas | Atsparumas cheminėms medžiagoms | Sąnaudų veiksnys | Tipinės programos |
|---|---|---|---|---|
| NBR | nuo -40 °C iki +120 °C | Geri aliejai/kuro rūšys | 1.0x | Bendrieji pneumatiniai/hidrauliniai |
| HNBR | nuo -40 °C iki +150 °C | Puikūs aliejai/kuro rūšys | 2.5x | Automobilių pramonė, aukšta temperatūra |
| FKM | Nuo -20 °C iki +200 °C | Puikus platus spektras | 4-6x | Cheminis perdirbimas, aviacijos ir kosmoso pramonė |
Konkretūs laipsnių skirtumai
Kiekvienoje medžiagų grupėje skirtingi tipai pasižymi optimaliomis savybėmis. Pavyzdžiui, FKM tipai skiriasi nuo bendrosios paskirties iki specialių sudėčių, skirtų garui, aminams ar ekstremalioms temperatūroms.
Kompromisai dėl našumo
Nė viena medžiaga neišsiskiria visomis savybėmis. NBR yra ekonomiškas, bet turi temperatūros apribojimus, FKM yra atsparus cheminėms medžiagoms, bet yra brangesnis ir gali būti trapūs žemoje temperatūroje, HNBR yra subalansuotas, bet kainuoja šiek tiek daugiau.
Neseniai dirbau su Lisa, kuri vadovauja maisto perdirbimo įmonei Viskonsine, kur jos paraiškoje buvo reikalaujama ir FDA atitikties, ir atsparumo valymui garais. Mūsų HNBR sandarikliai užtikrino reikiamus patvirtinimus ir atsparumą temperatūrai jos sanitarinių vožtuvų programoms.
Sudėtinių junginių optimizavimas
Sandariklių gamintojai gali optimizuoti kiekvienos medžiagų grupės sudėtį konkrečioms taikymo sritims, reguliuodami kietumą, priedų paketus ir kietinimo sistemas, kad pagerintų tam tikras savybes.
Kas lemia cheminį suderinamumą ir kaip jį įvertinti?
Sandariklių medžiagų ir proceso terpės cheminis suderinamumas priklauso nuo molekulinės sąveikos, kurią galima numatyti ir išbandyti taikant nusistovėjusius metodus.
Cheminis suderinamumas nustatomas pagal tirpumo parametrus, poliarumo atitikimą ir specifines chemines reakcijas tarp elastomero ir terpės, įvertintas taikant standartizuotus panardinimo bandymus, išbrinkimo matavimus ir pagreitinto senėjimo protokolus.
Tirpumo parametro teorija
Hanseno tirpumo parametrai4 numatoma suderinamumas remiantis dispersijos jėgomis, poliarinėmis sąveikomis ir vandenilio jungtimis. Medžiagos su panašiais parametrais paprastai yra suderinamos (ir gali kelti problemų sandarikliams).
Polaritetas ir molekulinės sąveikos
Poliariniai elastomerai, tokie kaip NBR, yra atsparūs nepoliarinėms alyvoms, tačiau gali išbrinkti poliariniuose tirpikliuose. Nepoliariniai elastomerai, tokie kaip EPDM, yra atsparūs poliarinėms cheminėms medžiagoms, tačiau išbrinkti alyvose. FKM unikali struktūra yra atspari tiek poliarinėms, tiek nepoliarinėms medžiagoms.
Cheminio puolimo mechanizmai
Įvairios cheminės medžiagos veikia elastomerus skirtingais mechanizmais: išbrinkimu (grįžtamuoju), priedų ekstrahavimu, grandinės skilimu, kryžminio ryšio skilimu arba naujų kryžminių ryšių susidarymu, dėl kurio medžiaga sukietėja.
Standartizuoti bandymų metodai
ASTM D4715 (panardinimo bandymas), ISO 1817 (skysčio panardinimas) ir ASTM D1414 (atsparumas garams) numato standartizuotus metodus cheminio suderinamumo vertinimui kontroliuojamomis sąlygomis.
| Bandymo metodas | Trukmė | Sąlygos | Matavimai | Paraiškos |
|---|---|---|---|---|
| ASTM D471 | 70 valandų | 23 °C panardinimas | Tūrio/kietumo pokytis | Bendras suderinamumas |
| Spartesnis senėjimas | 168+ valandos | Padidėjusi temperatūra | Keli objektai | Ilgalaikis prognozavimas |
| Dinaminis testavimas | Kintamasis | Faktinės paslaugų sąlygos | Funkcinis našumas | Patvirtinimas realiomis sąlygomis |
Suderinamumo vertinimo sistemos
Pramonėje naudojamos įvairios vertinimo sistemos (A = puikus, B = geras, C = vidutinis, D = prastas), pagrįstos tūrio padidėjimu, kietumo pokyčiu ir tempimo savybių išsaugojimu po cheminio poveikio.
Sinerginis poveikis
Daugybė cheminių medžiagų, temperatūra ir stresas gali sąveikauti sinergiškai ir sukelti suderinamumo problemas, kurių neįmanoma numatyti atliekant atskirų komponentų bandymus, todėl reikia atlikti sistemos lygio vertinimą.
Mūsų "Bepto" techninė komanda turi plačią cheminio suderinamumo duomenų bazę ir teikia konkrečioms reikmėms skirtų bandymų paslaugas, kad būtų užtikrintas optimalus sandarinimo medžiagos pasirinkimas sudėtingoje aplinkoje.
Realaus pasaulio ir laboratorijos sąlygos
Laboratoriniai suderinamumo bandymai gali nevisiškai atspindėti faktines eksploatavimo sąlygas, susijusias su temperatūros svyravimais, mechaniniu poveikiu, užteršimu ir cheminiais mišiniais, todėl bandymų rezultatus reikia vertinti atsargiai.
Kaip pasirinkti tinkamą sandariklio medžiagą jūsų reikmėms?
Sistemingas sandariklio medžiagos pasirinkimas reikalauja įvertinti visas eksploatavimo sąlygas, našumo reikalavimus ir ekonominius veiksnius, kad būtų optimizuotas ilgalaikis sistemos našumas.
Efektyvus sandariklio medžiagos pasirinkimas vyksta pagal sistemingą procesą: apibrėžiamos eksploatavimo sąlygos (temperatūra, slėgis, terpė), nustatomi kritiniai eksploatacinių savybių reikalavimai, įvertinamos medžiagų galimybės pagal suderinamumo duomenų bazes, atsižvelgiama į ekonominius veiksnius ir, jei reikia, pasirinkimas patvirtinamas bandymais.
Eksploatavimo sąlygų analizė
Užregistruokite visas eksploatavimo sąlygas: temperatūros diapazoną (įskaitant pereinamuosius reiškinius), slėgio lygius, chemines medžiagas (įskaitant valymo priemones), mechaninius įtempius ir aplinkos veiksnius, pvz., ozono ar UV spindulių poveikį.
Veiklos reikalavimų prioritetų nustatymas
Nustatykite svarbiausius veikimo reikalavimus: sandarumo efektyvumą, numatomą tarnavimo laiką, techninės priežiūros intervalus, saugos reikalavimus ir atitikties teisės aktams reikalavimus (FDA, USP VI klasė ir kt.).
Medžiagų atrankos procesas
Naudokite suderinamumo duomenų bazes ir gamintojo rekomendacijas, kad atrinktumėte tinkamas medžiagas, pašalintumėte akivaizdžiai nesuderinamas galimybes ir nustatytumėte kandidatus išsamiam vertinimui.
Ekonominė analizė
Atsižvelkite į bendras nuosavybės išlaidas: pradines medžiagų išlaidas, montavimo darbus, techninės priežiūros dažnumą, prastovų išlaidas ir atsarginių dalių prieinamumą per numatomą sistemos tarnavimo laiką.
| Atrankos veiksnys | Svoris | NBR | HNBR | FKM | Sprendimo poveikis |
|---|---|---|---|---|---|
| Cheminis suderinamumas | Aukštas | Geras | Geras | Puikus | Pirminė atranka |
| Temperatūros galimybės | Vidutinis | Ribotas | Geras | Puikus | Antrinis veiksnys |
| Sąnaudų aspektai | Vidutinis | Puikus | Geras | Prastas | Ekonominė pusiausvyra |
| Prieinamumas/vykdymo terminas | Žemas | Puikus | Geras | Geras | Praktiniai aspektai |
Testavimas ir patvirtinimas
Kritinėms taikmenoms arba neaiškioms sąlygoms atlikite taikmenoms skirtus bandymus: suderinamumo bandymus su tikra medžiaga, pagreitintą senėjimą arba bandymus lauke, kad patvirtintumėte medžiagos pasirinkimą.
Tiekėjo techninė pagalba
Bendradarbiaukite su sandariklių gamintojais, kurie teikia techninę pagalbą, suderinamumo duomenų bazes, individualius mišinius ir pagalbą taikant inžineriją, kad galėtumėte optimizuoti medžiagų pasirinkimą.
Mūsų "Bepto" inžinierių komanda teikia visapusišką pagalbą renkantis sandarinimo medžiagas, įskaitant nestandartinių junginių kūrimą unikalioms reikmėms ir plačias suderinamumo bandymų galimybes.
Dokumentavimas ir standartizavimas
Dokumento medžiagų pasirinkimo pagrindimas ir standartinių medžiagų specifikacijų nustatymas panašioms taikmenoms, siekiant užtikrinti nuoseklumą ir palengvinti būsimą techninę priežiūrą bei keitimą.
Nuolatinis tobulinimas
Stebėkite sandariklio veikimą eksploatacijos metu, dokumentuokite gedimų tipus ir pagrindines priežastis bei nuolat tobulinkite medžiagų atrankos kriterijus, remdamiesi faktine praktine patirtimi ir naujų medžiagų kūrimu.
Tinkamas sandariklio medžiagos pasirinkimas yra labai svarbus pneumatinės sistemos patikimumui užtikrinti, todėl reikia sistemingai vertinti eksploatavimo sąlygas, medžiagų savybes ir ekonominius veiksnius, kad būtų optimizuotas ilgalaikis veikimas.
Dažnai užduodami klausimai apie vožtuvų sandariklių medžiagas ir cheminį suderinamumą
Klausimas: Ar galiu naudoti NBR sandariklius visose pneumatinėse sistemose?
NBR puikiai tinka bendram suspaustam orui ir daugeliui pneumatinės įrangos taikymų, tačiau gali netikti aukštai temperatūrai, ozono poveikiui ar tam tikroms cheminėms aplinkoms, kuriose geriau rinktis HNBR arba FKM.
Klausimas: Kaip sužinoti, ar mano dabartinė sandariklio medžiaga yra suderinama su nauja chemine medžiaga?
Susipažinkite su cheminio suderinamumo lentelėmis, susisiekite su sandariklio gamintoju arba atlikite suderinamumo bandymus su konkrečiu cheminės medžiagos ir sandariklio medžiagos deriniu jūsų darbo sąlygomis.
Klausimas: Kodėl sandarikliai neveikia, nors suderinamumo lentelės rodo, kad jie turėtų veikti?
Suderinamumo lentelės pateikia bendrus nurodymus, tačiau faktinis veikimas priklauso nuo konkrečių junginių sudėties, darbo sąlygų, sinergetinio poveikio ir sandariklio montavimo kokybės.
Klausimas: Ar verta mokėti papildomą kainą už FKM sandariklius standartinėse oro sistemose?
Paprastai ne – NBR arba HNBR užtikrina pakankamą našumą standartiniam suspaustam orui už žymiai mažesnę kainą. FKM yra pateisinamas tik tuomet, kai reikalingas jo pranašumas atsparumo cheminėms medžiagoms arba temperatūrai atžvilgiu.
Klausimas: Kaip dažnai reikia profilaktiškai keisti vožtuvų sandariklius?
Keitimo intervalai priklauso nuo medžiagos, eksploatavimo sąlygų ir svarbos. Stebėkite sandariklio veikimą ir nustatykite keitimo grafiką remdamiesi faktine eksploatavimo patirtimi, o ne savavališkai nustatytais laiko intervalais.
-
Suprasti pagrindinę cheminę struktūrą, kuri suteikia elastomerinėms medžiagoms elastingumą ir sandarumo savybes. ↩
-
Sužinokite, kaip šis svarbus matas lemia sandariklio gebėjimą išlaikyti sandarumo jėgą ilgą laiką esant nuolatiniam įtempimui. ↩
-
Atraskite procesą, naudojamą NBR konvertuoti į HNBR, pašalinant reaktyvias dvigubas jungtis ir pagerinant atsparumą aukštai temperatūrai ir ozonui. ↩
-
Susipažinkite su pažangia modeliavimo sistema, kurią chemikai naudoja elastomerų ir tirpiklių išbrinkimui bei suderinamumui prognozuoti. ↩
-
Susipažinkite su konkrečia standartine procedūra, naudojama matuoti plombų masės, tūrio ir kietumo pokyčius po sąlyčio su skysčiu. ↩
