อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วช่วยให้วิศวกรอธิบายลักษณะที่อีลาสโตเมอร์แข็งขึ้นเมื่ออุณหภูมิลดลง แต่ไม่ใช่อุณหภูมิวิกฤตสากลที่ทำให้ซีลล้มเหลว ค่า Tg ที่รายงานจะผูกกับคอมพาวด์ ชิ้นทดสอบ วิธีทดสอบ ความถี่ อัตราการให้ความร้อน และหลักเกณฑ์การรายงานที่กำหนด ค่าเพียงค่าเดียวจึงไม่อาจยืนยันได้ว่ากระบอกสูบนิวเมติกจะยังซีลได้ในขณะสตาร์ตเย็นหรือไม่
ความแตกต่างนี้ทำให้กระบวนการเลือกวัสดุต้องเปลี่ยนไป แทนที่จะเปรียบเทียบตารางอุณหภูมิทั่วไปของ NBR, โพลียูรีเทน, FKM หรือซิลิโคน ควรระบุคอมพาวด์ให้ชัดเจนและสอบถามว่ามีหลักฐานใดรองรับพิกัดอุณหภูมิใช้งานต่ำสุด จากนั้นทดสอบกระบอกสูบที่ประกอบสมบูรณ์ด้วยความดัน ระยะพัก สภาวะการหล่อลื่น และรูปแบบการเคลื่อนที่จริง
ประเด็นสำคัญ
- ISO 4664-3 ถือว่า Tg ที่ได้จาก DMA เป็นข้อมูลแนะแนว ไม่ใช่ขีดจำกัดการใช้งานที่สมบูรณ์
- Tg, TR10, ความแข็งเกห์แมน และความเปราะ ให้คำตอบต่อคำถามที่แตกต่างกัน
- อนุมัติคอมพาวด์ซีลที่ระบุแน่นอนเมื่อผ่านการทดสอบการรั่วหลังแช่เย็น ความดันเริ่มเคลื่อน และการทำงานเป็นรอบที่เป็นตัวแทนของงานจริงแล้วเท่านั้น
อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วบอกอะไรเกี่ยวกับซีลกระบอกสูบได้จริง
ISO 4664-3 ครอบคลุมยางวัลคาไนซ์ที่มีความแข็ง 30 ถึง 80 IRHD และกำหนดค่า Tg จากจุดสูงสุดของ tan delta ระหว่างการไล่อุณหภูมิที่ค่าความเครียดและความถี่ที่กำหนด มาตรฐานอธิบายค่านี้ว่าเป็นแนวทางสำหรับอุณหภูมิใช้งาน ไม่ใช่อุณหภูมิผ่านหรือไม่ผ่านสำหรับซีลสำเร็จรูป (ISO 4664-3:2021)
อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว (Tg) คือจุดที่นิยามตามวิธีทดสอบภายในช่วงซึ่งการเคลื่อนที่ระดับโมเลกุลและการตอบสนองเชิงกลของพอลิเมอร์อสัณฐานเปลี่ยนแปลงอย่างชัดเจนตามอุณหภูมิ อีลาสโตเมอร์ประกอบด้วยส่วนของสายโซ่พอลิเมอร์ที่สามารถจัดเรียงตัวใหม่ได้เมื่อมีพลังงานความร้อนและเวลาเพียงพอ เมื่ออุณหภูมิลดลง การเคลื่อนที่เหล่านี้จะช้าลง มอดูลัสสะสมเพิ่มขึ้น และการหน่วงเปลี่ยนแปลง
จุดที่เลือกนำมารายงานมีความสำคัญ รายงาน DMA อาจใช้จุดเริ่มต้นการเปลี่ยนแปลงของมอดูลัสสะสม จุดสูงสุดของมอดูลัสสูญเสีย หรือจุดสูงสุดของ tan delta ซึ่งแต่ละจุดไม่ได้เกิดที่อุณหภูมิเดียวกัน ISO 4664-3 ลดความกำกวมบางส่วนด้วยการกำหนดให้ใช้จุดสูงสุดของ tan delta สำหรับวิธีนี้ แต่ค่าจากวิธีอื่นอาจใช้คำนิยามที่ต่างออกไป
ดังนั้น Tg จึงตอบคำถามที่เฉพาะเจาะจงว่า ภายใต้เงื่อนไขห้องปฏิบัติการที่ระบุ การตอบสนองแบบหนืดหยุ่นที่วัดได้ถึงจุดเปลี่ยนตามนิยามของวิธีทดสอบที่อุณหภูมิใด แต่ไม่ได้ตอบคำถามด้านการใช้งานต่อไปนี้โดยตรง:
- ปากซีลจะยังคงสัมผัสผิวหลังแช่เย็นนานแปดชั่วโมงหรือไม่
- ต้องใช้ความดันเท่าใดจึงจะทำให้กระบอกสูบเริ่มเคลื่อน
- จาระบียังเข้าถึงผิวสัมผัสเลื่อนได้หรือไม่
- ซีลคืนตัวเร็วพอที่ความเร็วสั่งงานหรือไม่
- ชุดประกอบยังผ่านเกณฑ์การรั่วหลังสตาร์ตเย็นซ้ำหลายครั้งหรือไม่
ซีลกระบอกสูบอาจแข็งขึ้นจนกระทบแรงเสียดทานหรือการคืนตัวก่อนถึงค่า Tg ที่รายงานได้ ซีลสถิตอาจยังรักษาความดันได้ในสภาวะที่ซีลไดนามิกไม่สามารถเคลื่อนตามผิวสัมผัส รูปทรง อัตราการบีบอัด การเสริมแรงด้วยความดัน ความเรียบผิว ระยะเคลียร์รันซ์ สารหล่อลื่น และอัตราการเคลื่อนที่ ล้วนมีผลต่อความแตกต่างนี้
คำถามทางวิศวกรรมที่ใช้ประโยชน์ได้ไม่ใช่ “Tg ของพอลิเมอร์เท่าใด” แต่คือ “สมบัติที่วัดได้ข้อใดกลายเป็นข้อจำกัดของการออกแบบซีลนี้ ณ อุณหภูมิและอัตราการเปลี่ยนรูปนี้” Tg ช่วยระบุตำแหน่งช่วงการเปลี่ยนสถานะ แต่ไม่สามารถชี้กลไกที่เป็นข้อจำกัดได้ด้วยตัวเอง
สำหรับการเลือกวัสดุที่ครอบคลุมทั้งสภาวะร้อนและเย็น โปรดดู ผลของอุณหภูมิต่อซีลกระบอกสูบ คู่มือนี้มุ่งอธิบายเฉพาะวิธีตีความหลักฐานด้านอุณหภูมิต่ำ
เหตุใดอีลาสโตเมอร์ชนิดเดียวกันจึงอาจมีค่า Tg ที่รายงานมากกว่าหนึ่งค่า
TA Instruments ระบุผล DMA ที่ใช้กันทั่วไปสามแบบ ได้แก่ จุดเริ่มต้นของมอดูลัสสะสม จุดสูงสุดของมอดูลัสสูญเสีย และจุดสูงสุดของ tan delta พร้อมแสดงว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะที่วัดได้เปลี่ยนตามความถี่ของการเปลี่ยนรูป ดังนั้นตัวเลข Tg จะยังไม่ครบถ้วนหากไม่ระบุวิธีทดสอบและจุดประเมินร่วมด้วย (TA Instruments)
DSC และ DMA ไม่ได้ตรวจวัดสัญญาณทางกายภาพชนิดเดียวกัน การวิเคราะห์เชิงความร้อนแบบสแกนดิฟเฟอเรนเชียลตรวจจับการเปลี่ยนแปลงความจุความร้อน ส่วนการวิเคราะห์เชิงกลแบบไดนามิกวัดการเปลี่ยนแปลงความแข็งและการหน่วงภายใต้การเปลี่ยนรูปแบบสั่น แม้แต่ในการทดสอบ DMA ความถี่ก็เปลี่ยนระยะเวลาที่สายโซ่พอลิเมอร์มีสำหรับตอบสนอง
ความถี่ที่สูงขึ้นมักทำให้อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะที่รายงานจาก DMA สูงขึ้น เพราะการตอบสนองระดับโมเลกุลต้องเกิดภายในรอบเวลาที่สั้นลง อัตราการให้ความร้อน รูปร่างชิ้นทดสอบ แอมพลิจูดความเครียด ประวัติความร้อน สภาวะการวัลคาไนซ์ ปริมาณพลาสติไซเซอร์ สารตัวเติม และของไหลที่วัสดุดูดซึม ยังส่งผลต่อผลลัพธ์หรือการตีความได้เช่นกัน
| ผลที่รายงาน | สิ่งที่เครื่องมือตรวจวัด | ข้อมูลที่ต้องระบุร่วมกับค่า | ข้อจำกัดหลักในการเลือกซีล |
|---|---|---|---|
| DSC Tg | ขั้นการเปลี่ยนแปลงของความจุความร้อน | มาตรฐาน อัตราการให้ความร้อน ประวัติความร้อน จุดเริ่มต้นหรือจุดกึ่งกลาง | ไม่วัดการคืนแรงสัมผัสหรือแรงเสียดทานขณะเลื่อน |
| DMA Tg | มอดูลัสสะสม มอดูลัสสูญเสีย และการตอบสนองทางเฟส | มาตรฐาน ความถี่ ความเครียด ฟิกซ์เจอร์ และลักษณะเส้นโค้งที่เลือก | ผลลัพธ์ขึ้นอยู่กับมาตราส่วนเวลาและจุดประเมินที่เลือก |
| ค่า Tg จากผู้จำหน่ายโดยไม่ระบุวิธี | ไม่ทราบ | ต้องมีรายงานการทดสอบฉบับเต็ม | ไม่เหมาะสำหรับเปรียบเทียบคอมพาวด์โดยตรง |
| อุณหภูมิใช้งานต่ำสุด | พิกัดของผลิตภัณฑ์หรือคอมพาวด์ | คอมพาวด์ ตัวกลาง งานสถิตหรือไดนามิก และหลักฐานการรับรองที่แน่นอน | อาจใช้กับรูปทรงซีลหรืองานอื่นไม่ได้ |
ISO 22768 ครอบคลุมการหาค่า Tg ด้วย DSC สำหรับยางดิบและน้ำยาง ส่วน ISO 4664-3 ครอบคลุมยางวัลคาไนซ์ด้วยการทดสอบแบบไดนามิก ความแตกต่างของขอบเขตนี้มีความสำคัญ ไม่ควรนำค่า DSC ของพอลิเมอร์ดิบไปกล่าวอ้างเสมือนเป็นขีดจำกัดการทำงานที่ผ่านการทดสอบของซีลนิวเมติกสำเร็จรูป (ISO 22768:2020)
หากเอกสารข้อมูลจากผู้จำหน่ายสองรายระบุค่า Tg ต่างกัน อย่าเพิ่งสรุปว่าคอมพาวด์หนึ่งซีลได้ดีกว่าในสภาวะเย็น ขั้นแรกให้เปรียบเทียบสูตรพอลิเมอร์ สภาวะการวัลคาไนซ์ มาตรฐานทดสอบ จุดประเมิน ความถี่หรืออัตราการให้ความร้อน การปรับสภาพ และตัวกลางทดสอบ เฉพาะข้อมูลที่ทดสอบด้วยเงื่อนไขเทียบเคียงกันเท่านั้นจึงใช้จัดอันดับอย่างมีความหมายได้
การทดสอบอุณหภูมิต่ำที่ควรใช้ร่วมกับ Tg
ISO 2921 วัดการคืนตัวตามอุณหภูมิหลังจากยืดชิ้นทดสอบยาง แช่แข็ง และอุ่นขึ้น ส่วน ISO 1432 วัดความแข็งสัมพัทธ์ตั้งแต่อุณหภูมิห้องจนถึงประมาณ -120°C เมื่อนำมาร่วมกัน การทดสอบทั้งสองให้มุมมองด้านการคืนตัวและการแข็งตัวเพิ่มขึ้น ซึ่ง Tg เพียงอย่างเดียวไม่สามารถระบุเป็นปริมาณสำหรับการรับรองซีลได้ (ISO 2921; ISO 1432)
ไม่มีการทดสอบชิ้นงานคูปองแบบใดแบบหนึ่งที่จำลองปากซีลซึ่งมีสารหล่อลื่นและเลื่อนสัมผัสกับท่อขัดละเอียดหรือก้านลูกสูบได้ครบถ้วน ชุดหลักฐานการรับรองที่น่าเชื่อถือจึงต้องรวมการวัดหลายแบบ โดยเลือกแต่ละแบบตามลักษณะความเสียหายที่ต้องการตรวจพบ
Tg จากการวิเคราะห์เชิงกลแบบไดนามิก
DMA มีประโยชน์ในการเปรียบเทียบพฤติกรรมช่วงเปลี่ยนสถานะของคอมพาวด์ที่ระบุชัดเจน เมื่อใช้มาตรฐาน ความถี่ ความเครียด และจุดประเมินเดียวกัน ช่วยอธิบายว่าเหตุใดความแข็งและการหน่วงจึงเปลี่ยนอย่างรวดเร็วในช่วงอุณหภูมิหนึ่ง แต่ยังไม่จำลองการบีบอัดซีล การเสริมแรงด้วยความดัน หรือการสัมผัสแบบเลื่อน
การคืนตัวตามอุณหภูมิ
การทดสอบ TR จะยืดชิ้นทดสอบ แช่แข็ง ปลดแรง แล้วบันทึกการคืนตัวเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น TR10 คืออุณหภูมิที่ชิ้นทดสอบคืนตัวได้ 10% จากระยะยืดในสภาวะแช่แข็ง Parker อธิบายว่า TR10 เป็นตัวบ่งชี้ที่มีประโยชน์สำหรับซีลไดนามิกและซีลสถิตที่รับความดันเป็นจังหวะ พร้อมแยกพฤติกรรมนี้ออกจากงานสถิตที่รับความดันคงที่ (คู่มือโอริง Parker)
TR10 ไม่ใช่ค่าที่ใช้แทน Tg ได้โดยตรง ASTM D1329 อธิบายว่าการทดสอบ TR เป็นวิธีเปรียบเทียบที่ต้องใช้ร่วมกับการทดสอบอุณหภูมิต่ำอื่น และกล่าวถึงความสัมพันธ์กับความยืดหยุ่นที่อุณหภูมิต่ำและพฤติกรรมการตกผลึก (ASTM D1329)
ความแข็งเกห์แมน
การทดสอบเกห์แมนเปรียบเทียบความแข็งต่อการบิดที่อุณหภูมิต่ำกับความแข็ง ณ อุณหภูมิอ้างอิง มีประโยชน์เมื่อการออกแบบต้องอาศัยความยืดหยุ่นมากกว่าความทนต่อแรงกระแทก อย่างไรก็ตาม ผลลัพธ์ยังเป็นสมบัติของชิ้นทดสอบ ไม่ได้รวมความเค้นสัมผัสที่ปากซีลหรือค่าคลาดเคลื่อนของชุดประกอบ
ความเปราะที่อุณหภูมิต่ำ
ISO 812 ประเมินการแตกแบบเปราะภายใต้เงื่อนไขแรงกระแทกที่กำหนด มาตรฐานเตือนอย่างชัดเจนว่าผลลัพธ์ไม่จำเป็นต้องเป็นอุณหภูมิต่ำสุดที่วัสดุใช้งานได้ ซีลอาจผ่านสภาวะเก็บรักษาที่ไม่มีแรงกระแทกแต่คืนตัวไม่เพียงพอสำหรับการซีลแบบไดนามิก หรืออาจไม่ผ่านการทดสอบแรงกระแทกที่ไม่ใกล้เคียงกับการเปลี่ยนรูปจริงของซีล
การคลายความเค้นอัดและการรั่วของชิ้นส่วน
ISO 3384-2 วัดแรงต้านที่ยังคงเหลือในชิ้นทดสอบยางอัดระหว่างการเปลี่ยนอุณหภูมิเป็นรอบ ข้อมูลนี้ช่วยสนับสนุนการออกแบบที่ต้องรักษาแรงสัมผัส แต่ชิ้นทดสอบก็ยังไม่ใช่ซีลกระบอกสูบทั้งชุด หลักฐานขั้นสุดท้ายควรรวมการวัดการรั่วและการเคลื่อนที่บนชุดประกอบจริง (ISO 3384-2:2019)
เหตุใดตารางอุณหภูมิทั่วไปของ NBR, FKM, โพลียูรีเทน และซิลิโคนจึงไม่น่าไว้วางใจ
Parker ระบุว่าไนไตรล์สำหรับงานทั่วไปใช้งานได้ต่ำถึง -34°C ส่วนตระกูลไนไตรล์อุณหภูมิต่ำใช้งานได้ถึง -55°C ซึ่งต่างกัน 21°C ภายในพอลิเมอร์ตระกูลเดียวกัน คู่มือฉบับเดียวกันยังเตือนว่าตัวกลางและสภาวะใช้งานอาจเปลี่ยนช่วงที่ใช้ได้ และกำหนดให้ทดสอบในสภาวะใช้งานจริง (คู่มือโอริง Parker)
“NBR” เป็นชื่อพอลิเมอร์ตระกูลหนึ่ง ไม่ใช่สูตรสำเร็จ ปริมาณอะคริโลไนไตรล์ พลาสติไซเซอร์ สารตัวเติม ระบบวัลคาไนซ์ ความแข็ง และกระบวนการผลิต ล้วนมีผลต่อการตอบสนองที่อุณหภูมิต่ำ รูปทรงของซีลเพิ่มตัวแปรอีกชั้นหนึ่ง คอมพาวด์สองชนิดที่มีข้อมูลห้องปฏิบัติการใกล้เคียงกันอาจสร้างแรงที่ปากซีลหรือแรงเสียดทานต่างกันเมื่อใช้รูปทรงต่างกัน
FKM ก็แสดงประเด็นเดียวกัน Trelleborg เผยแพร่ค่า TR10 ตั้งแต่ -30°C ถึง -45°C สำหรับตระกูล XLT FKM ค่าเหล่านี้เป็นของสูตรอุณหภูมิต่ำที่ระบุชัดเจน และไม่สามารถนำไปใช้กับซีล FKM ทุกชนิดได้ (Trelleborg Sealing Solutions)
โพลียูรีเทนสรุปรวมได้ยากเป็นพิเศษ เพราะ “PU” อาจหมายถึงเคมี ความแข็ง สารเติมแต่ง และกระบวนการผลิตที่ต่างกัน คำกล่าวทั่วไปว่าโพลียูรีเทนมีความยืดหยุ่นในสภาวะเย็นดีกว่า NBR หรือ FKM เสมอจึงไม่มีหลักฐานเพียงพอ ควรขอข้อมูลของเกรดที่จัดส่งจริง
ซิลิโคนมักรักษาความยืดหยุ่นที่อุณหภูมิต่ำกว่าอีลาสโตเมอร์ไฮโดรคาร์บอนหลายชนิด แต่ไม่ได้หมายความว่าจะเป็นวัสดุซีลกระบอกสูบไดนามิกที่ดีที่สุดโดยอัตโนมัติ การสึกหรอ ความต้านทานการฉีกขาด ความต้านทานการอัดรีด ความเข้ากันได้กับสารหล่อลื่น ความดัน ความเรียบผิว และจำนวนรอบการทำงาน อาจทำให้คอมพาวด์ที่ดูน่าสนใจไม่เหมาะกับงาน
เมื่อตรวจสอบข้อเสนอจากผู้จำหน่าย ควรกำหนดข้อมูลประจำวัสดุขั้นต่ำดังต่อไปนี้:
| รายการที่ต้องมี | เหตุผลที่สำคัญ |
|---|---|
| ผู้ผลิตและรหัสคอมพาวด์ | ป้องกันการใช้เพียงชื่อพอลิเมอร์ตระกูลหนึ่งแทนวัสดุที่ควบคุมได้ |
| พอลิเมอร์และระบบวัลคาไนซ์ | ช่วยอธิบายพฤติกรรมทางเคมีและความร้อน |
| ความแข็งและสภาวะชิ้นทดสอบ | มีผลต่อการเปรียบเทียบกับรายงานห้องปฏิบัติการ |
| ผล Tg หรือ TR พร้อมวิธีทดสอบ | ทำให้ตีความอุณหภูมิที่รายงานได้ |
| พิกัดอุณหภูมิใช้งานต่ำสุดและหลักฐาน | แยกคำกล่าวอ้างของผลิตภัณฑ์ออกจากค่าของวัตถุดิบ |
| สารหล่อลื่นและตัวกลางที่อนุมัติ | ครอบคลุมการสกัด การบวม ความหนืด และความเข้ากันได้ทางเคมี |
| งานสถิตหรือไดนามิก | ป้องกันการนำขีดจำกัดโอริงสถิตไปใช้กับซีลลูกสูบกลับไปกลับมา |
จากการทบทวนงานใช้งานของเรา รายงานจากผู้จำหน่ายที่มีประโยชน์ที่สุดมักไม่ใช่ฉบับที่พิมพ์อุณหภูมิต่ำสุดไว้บนปก แต่เป็นรายงานที่ระบุคอมพาวด์ วิธีทดสอบ การปรับสภาพ ตัวกลาง ชิ้นทดสอบ และหน้าที่ของซีลไว้อย่างชัดเจน เพราะรายละเอียดเหล่านี้ช่วยให้ทีมวิศวกรรมประเมินได้ว่าหลักฐานนั้นใช้กับงานจริงได้หรือไม่
ค่า Tg ที่ต่ำกว่าไม่ใช่อันดับคุณภาพ แต่เป็นเพียงคุณลักษณะด้านการออกแบบข้อหนึ่ง การเลือกคอมพาวด์เพียงเพราะมีค่า Tg ที่รายงานต่ำที่สุด อาจต้องแลกกับความทนการสึก ความเข้ากันได้กับของไหล ความต้านทานการอัดรีด ความสามารถในการผลิต หรือเสถียรภาพที่อุณหภูมิสูง ซึ่งกระบอกสูบก็ต้องการเช่นกัน
หากการสัมผัสสารเคมีและการสึกหรอมีความสำคัญพอ ๆ กับการตอบสนองในสภาวะเย็น โปรดดู คู่มือการเลือกวัสดุซีล ฉบับครอบคลุม
การกำหนดอุณหภูมิใช้งานต่ำสุดที่แท้จริงของซีล
Parker แยกพฤติกรรมไดนามิกใกล้ค่า TR10 ออกจากการซีลสถิตภายใต้ความดันคงที่ ซึ่งในงานโอริงบางประเภทอาจใช้งานได้ต่ำกว่าอีกราว 8°C ความแตกต่างแบบมีเงื่อนไขนี้แสดงว่าไม่ควรใช้ค่าหักอุณหภูมิแวดล้อมแบบตายตัวกับทุกงาน ควรกำหนดอุณหภูมิต่ำสุดของซีลจากการวัดหรือแบบจำลองที่ผ่านการตรวจสอบของเครื่องจักรจริง (คู่มือโอริง Parker)
อากาศอัดอาจเย็นลงระหว่างการขยายตัวและการระบาย แต่ความดันขาเข้าไม่ใช่ปัจจัยเดียวที่กำหนดอุณหภูมิบริเวณซีล อัตราส่วนความดัน ข้อจำกัดที่วาล์วและทางระบาย ปริมาตรท่อ อัตรารอบ ระยะพัก การถ่ายเทความร้อน มวลกระบอกสูบ ความชื้น และตำแหน่งเซนเซอร์ ล้วนมีผล การคำนวณตายตัวว่า “อุณหภูมิแวดล้อมลบ 25°C” จะบดบังตัวแปรเหล่านี้
ติดตั้งเครื่องมือวัดในงานจริงก่อนกำหนดขีดจำกัดอุณหภูมิต่ำที่สำคัญ หากการออกแบบเอื้ออำนวย ให้ติดเซนเซอร์สัมผัสที่เหมาะสมใกล้บริเวณซีล การอ่านค่าอินฟราเรดจากผิวกระบอกสูบที่มันวาวอาจทำให้เข้าใจผิด เพราะค่าการแผ่รังสีและแนวการมองเห็นมีผลต่อผลวัด
อย่างน้อยควรบันทึกสภาวะต่อไปนี้:
- อุณหภูมิแวดล้อมต่ำสุดและระยะเวลาแช่เย็น
- ความดันจ่ายที่เครื่องจักร ไม่ใช่เฉพาะในห้องคอมเพรสเซอร์
- อัตรารอบ ระยะชัก ความเร็ว ระยะพัก และโหลด
- การจัดวาล์ว ท่อ ตัวควบคุมอัตราการไหล และทางระบาย
- อุณหภูมิท่อหรือฝาท้ายใกล้ซีลที่เกี่ยวข้อง
- จุดน้ำค้างของอากาศอัด และหลักฐานความชื้นหรือการเกิดน้ำแข็ง
- เกรดสารหล่อลื่นและสมบัติอุณหภูมิต่ำที่ผู้ผลิตระบุ
จากประสบการณ์ของเรา บันทึกอุณหภูมิเฉพาะจุด ความดันในห้องกระบอก และจังหวะเริ่มเคลื่อนที่ที่ซิงโครไนซ์กัน ช่วยหาข้อยุติเรื่องปัญหาสตาร์ตเย็นได้เร็วกว่าการตรวจวัดแยกเป็นครั้ง ๆ ข้อมูลนี้แสดงว่าซีลเย็นจริงหรือไม่ในขณะที่แรงเสียดทานหรือการรั่วเปลี่ยนไป และมีปัญหาความดันหรือการไหลเกิดพร้อมกันหรือไม่
ค่าต่ำสุดชั่วขณะไม่ใช่จุดออกแบบเพียงจุดเดียวเสมอไป ซีลอาจทนต่อการเปลี่ยนแปลงชั่วครู่ได้ แต่คืนตัวไม่ได้หลังพักเป็นเวลานาน ในทางกลับกัน กระบอกสูบอาจอุ่นขึ้นเมื่อทำงานซ้ำหลายรอบ จึงต้องทดสอบทั้งการเคลื่อนที่ครั้งแรกในสภาวะเย็นและสภาวะทำงานที่อุณหภูมิคงตัวแล้ว
สำหรับระบบที่ทำงานต่ำกว่าจุดเยือกแข็งอย่างต่อเนื่อง ต้องพิจารณากระบอกสูบทั้งชุด คุณภาพอากาศ น้ำควบแน่น จาระบี เซนเซอร์ ท่อ ระบบกันกระแทก การติดตั้ง และการหดตัวของวัสดุ อาจกลายเป็นข้อจำกัดก่อนคอมพาวด์ซีล โปรดใช้ คู่มือออกแบบกระบอกสูบนิวเมติกสำหรับอุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์ เพื่อทบทวนในระดับระบบ
การรั่ว การเคลื่อนแบบติดแล้วลื่น หรือรอยแตกขณะสตาร์ตเย็น พิสูจน์ได้หรือไม่ว่าซีลผ่านค่า Tg แล้ว
ISO 812 รองรับผลลัพธ์สองแบบ ได้แก่ อุณหภูมิต่ำสุดที่ไม่เกิดการแตกแบบเปราะ และอุณหภูมิที่ชิ้นทดสอบ 50% แตกเสียหาย อีกทั้งระบุว่าทั้งสองค่าไม่จำเป็นต้องเป็นอุณหภูมิต่ำสุดที่ใช้งานได้ ดังนั้นการรั่วหรือความเสียหายขณะสตาร์ตเย็นจึงพิสูจน์ไม่ได้ว่าซีลผ่านค่า Tg แล้ว (ISO 812:2017)
ซีลที่แข็งขึ้นอาจเพิ่มความดันเริ่มเคลื่อนและทำให้เกิดการเคลื่อนแบบติดแล้วลื่น แต่จาระบีที่ข้นขึ้นก็ให้ผลเช่นเดียวกัน ความดัน ณ จุดใช้งานที่ลดลง ทางระบายถูกจำกัด แรงด้านข้าง ความชื้นกลายเป็นน้ำแข็ง สิ่งปนเปื้อน ความเสียหายบนผิว และการหดตัวตามมิติ ก็ทำให้เกิดอาการไวต่อความเย็นได้
| สิ่งที่สังเกตพบ | ความเป็นไปได้ที่เกี่ยวกับ Tg | สิ่งอื่นที่ต้องตรวจก่อนระบุสาเหตุ |
|---|---|---|
| รั่วหลังแช่เย็นเป็นเวลานาน | การคืนตัวหรือแรงสัมผัสลดลง | ซีลเสียหาย การหดตัว ความดัน สภาพกระบอก และค่าคลาดเคลื่อนการประกอบ |
| ความดันเริ่มเคลื่อนสูง | ความแข็งของซีลเพิ่มขึ้น | ความหนืดจาระบี แนวไม่ตรง แรงด้านข้าง แรงเสียดทานชุดนำทาง และความดันจ่ายต่ำ |
| การเคลื่อนที่ช่วงแรกกระตุก | การติดแล้วลื่นที่ผิวซีล | การตั้งค่าควบคุมลมออก การตอบสนองวาล์ว การเปลี่ยนโหลด และชุดนำทางติดขัด |
| การรั่วลดลงหลังทำงานหลายรอบ | ชุดประกอบอุ่นขึ้นและวัสดุตอบสนองดีขึ้น | น้ำแข็งละลาย จาระบีกระจายตัวใหม่ และความดันจ่ายฟื้นตัว |
| รอยแตกหรือขอบบิ่น | อาจเกิดการเปลี่ยนรูปแบบเปราะ | โอโซน การกัดกร่อนทางเคมี รอยบาดจากการติดตั้ง ความล้า และการอัดรีด |
| รูปร่างเปลี่ยนถาวร | การคืนตัวหรือพฤติกรรมเมื่อถูกอัดไม่ดี | การบวม การเสื่อมสภาพจากความร้อน การอัดมากเกินไป และสารหล่อลื่นไม่เข้ากัน |
เริ่มจากการเปรียบเทียบแบบควบคุม วัดการรั่ว ความดันเริ่มเคลื่อน ความเร็ว และอุณหภูมิทั้งในสภาวะอุ่นและเย็น โดยใช้โหลดและการตั้งค่าวาล์วเดียวกัน ตรวจสอบซีลและผิวสัมผัสหลังทดสอบ หากทำได้ ให้ทดสอบซ้ำด้วยคอมพาวด์อ้างอิงที่ทราบสมบัติ โดยคงส่วนอื่นของกระบอกสูบไว้เหมือนเดิม
อย่าใช้ช่วงอุ่นเครื่องเป็นหลักฐานว่าซีลเหมาะสม หากเครื่องจักรต้องเคลื่อนที่อย่างปลอดภัยที่อุณหภูมิต่ำสุดตามข้อกำหนด การเคลื่อนที่ตามคำสั่งครั้งแรกก็เป็นส่วนหนึ่งของการทดสอบยอมรับ การเพิ่มความดันเพื่อฝืนให้กระบอกสูบเย็นเคลื่อนที่ อาจทำให้เกิดการเร่งโดยไม่คาดคิดเมื่อแรงเสียดทานลดลง
สำหรับรูปแบบความเสียหายที่ไม่เกี่ยวกับอุณหภูมิ ให้เปรียบเทียบสิ่งที่พบกับ คู่มือประเภทซีลกระบอกสูบอุตสาหกรรมและลักษณะความเสียหาย
การทดสอบความเปราะของยางต้องแยกจากการทดสอบแรงกระแทกของโลหะด้วย คู่มือความเปราะของกระบอกสูบเกรดขั้วโลก อธิบายว่าเหตุใดผล Charpy ของชิ้นทดสอบโลหะจึงไม่สามารถรับรองกระบอกสูบสำหรับงานเย็นทั้งชุดได้
ควรรับรองซีลอุณหภูมิต่ำอย่างไรก่อนการผลิต
ISO 3384-2 ระบุวิธีเปลี่ยนอุณหภูมิเป็นรอบสองวิธีเพื่อวัดการคลายความเค้นอัด แต่ไม่มีวิธีใดเป็นการทดสอบการรั่วของกระบอกสูบทั้งชุด การรับรองควรรวมข้อมูลวัสดุที่ควบคุมได้กับการทดสอบแช่เย็นของกระบอกสูบ คอมพาวด์ สารหล่อลื่น ความดัน และรอบการเคลื่อนที่จริง (ISO 3384-2:2019)
เริ่มจากจัดทำโปรไฟล์หน้าที่เป็นลายลักษณ์อักษร กำหนดอุณหภูมิแวดล้อมและอุณหภูมิชิ้นส่วนต่ำสุด ระยะเวลาแช่ ความดันทำงาน โหลด ระยะชัก ความเร็ว ระยะพัก จำนวนรอบ คุณภาพอากาศ สารหล่อลื่น และค่าการรั่วที่ยอมรับได้ หากไม่มีเกณฑ์ยอมรับ การทดสอบในห้องเย็นจะให้เพียงสิ่งที่สังเกตพบ แต่ไม่สามารถตัดสินอนุมัติอย่างเป็นรูปธรรมได้
1. ทบทวนหลักฐานวัสดุที่สอบย้อนกลับได้
ขอรหัสคอมพาวด์ที่แน่นอนและรายงานที่รองรับพิกัดอุณหภูมิต่ำ บันทึกมาตรฐาน สภาวะชิ้นทดสอบ ตัวกลางทดสอบ คำนิยามผลลัพธ์ และวันที่ เอกสารข้อมูลที่ระบุเพียง “NBR อุณหภูมิต่ำ” ไม่เพียงพอสำหรับงานสำคัญ
2. กำหนดค่าฐานในสภาวะอุ่น
วัดการรั่ว ความดันเริ่มเคลื่อน เวลาเดินหน้าและถอยกลับ เสถียรภาพความเร็ว พฤติกรรมระบบกันกระแทก และความสามารถในการกลับตำแหน่งเดิมซ้ำ ณ อุณหภูมิอ้างอิง การทดสอบสภาวะอุ่นยืนยันว่าชุดประกอบสมบูรณ์ก่อนสัมผัสความเย็น และให้ค่าฐานสำหรับเปรียบเทียบ
3. แช่เย็นชุดประกอบทั้งหมด
แช่นานพอให้ตัวกระบอก ฝาท้าย ซีล สารหล่อลื่น และชิ้นส่วนภายในเข้าใกล้อุณหภูมิเป้าหมาย บันทึกอุณหภูมิ ณ ตำแหน่งที่กำหนด อย่าคิดว่าอุณหภูมิอากาศในห้องทดสอบเท่ากับอุณหภูมิซีล
4. ทดสอบการซีลสถิตก่อนเคลื่อนที่
จ่ายความดันให้ห้องกระบอกตามที่กำหนดและวัดการรั่วหลังครบระยะพัก ทดสอบทั้งสองทิศทางความดันเมื่อการจัดวางซีลกำหนดไว้ ควรประเมินการรั่วสถิตก่อนความร้อนจากแรงเสียดทานทำให้อุณหภูมิชุดประกอบเปลี่ยนไป
5. ทดสอบการเคลื่อนที่ตามคำสั่งครั้งแรก
บันทึกความดันขณะเริ่มเคลื่อน เวลาเดินทาง โปรไฟล์ความเร็ว อาการติดแล้วลื่น ตำแหน่ง และเสียงผิดปกติ ใช้อุปกรณ์ป้องกันและขั้นตอนลดความเสี่ยงที่เหมาะสม เพราะกระบอกสูบเย็นอาจหลุดจากแรงยึดและเคลื่อนอย่างฉับพลัน
6. ทำซ้ำตามรอบงานที่เป็นตัวแทน
เดินระบบตามหน้าที่ที่กำหนดและติดตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ การรั่ว และแรงเสียดทาน รวมช่วงหยุดและเริ่มใหม่ที่เกี่ยวข้อง การทดสอบเดินรอบต่อเนื่องอาจไม่พบปัญหาสตาร์ตเย็นหลังพักนานซึ่งเป็นปัญหาจริง
7. ตรวจสอบและทดสอบซ้ำ
ตรวจปากซีล ผิวสัมผัส การกระจายสารหล่อลื่น และหลักฐานการแตกร้าว การสึก การอัดรีด หรือการเปลี่ยนรูปถาวร ทดสอบการรั่วและการเคลื่อนที่ซ้ำหลังครบจำนวนรอบที่กำหนด สำหรับการอนุมัติผลิต ต้องจัดทำเอกสารระบุสิ่งที่ถือว่าเป็นความล้มเหลว และการถอดประกอบทำให้การเปรียบเทียบครั้งต่อไปใช้ไม่ได้หรือไม่
การควบคุมการเปลี่ยนแปลงเป็นส่วนหนึ่งของการรับรอง หากคอมพาวด์ที่อนุมัติ ระบบวัลคาไนซ์ สารหล่อลื่น รูปทรงซีล ความเรียบผิว หรือผู้จำหน่ายเปลี่ยนไป การทดสอบเย็นเดิมอาจไม่รองรับชุดประกอบอีกต่อไป ข้อกำหนดจัดซื้อควรระบุว่าการเปลี่ยนแปลงใดต้องทบทวนหรือรับรองใหม่
คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับ Tg ของซีลกระบอกสูบ
ISO 4664-3, ISO 2921, ISO 1432 และ ISO 812 ให้มุมมองพฤติกรรมอุณหภูมิต่ำที่แตกต่างกันสี่ด้าน ได้แก่ การเปลี่ยนสถานะแบบไดนามิก การคืนตัว ความแข็ง และการตอบสนองแบบเปราะต่อแรงกระแทก ผลลัพธ์เหล่านี้เสริมกัน ดังนั้นการตัดสินใจทางวิศวกรรมไม่ควรถือว่าการทดสอบใดเพียงแบบเดียวเป็นอุณหภูมิใช้งานต่ำสุดสากล
Tg คืออุณหภูมิใช้งานต่ำสุดของซีลกระบอกสูบนิวเมติกหรือไม่
ไม่ใช่ ISO 4664-3 ระบุว่า Tg ที่ได้จาก DMA เป็นเพียงแนวทางสำหรับอุณหภูมิใช้งาน อุณหภูมิใช้งานต่ำสุดของซีลสำเร็จรูปยังขึ้นอยู่กับสูตรคอมพาวด์ รูปทรง อัตราการบีบอัด สารหล่อลื่น ความดัน อัตราการเคลื่อนที่ ระยะพัก ผิวสัมผัส และเกณฑ์การรั่ว ใช้ Tg เพื่อคัดกรองเบื้องต้น แล้วจึงรับรองด้วยการทดสอบกระบอกสูบที่ประกอบสมบูรณ์
TR10 มีประโยชน์มากกว่า Tg สำหรับซีลไดนามิกหรือไม่
TR10 ประเมินการคืนตัวระหว่างการอุ่นอย่างควบคุมโดยตรง จึงมักมีประโยชน์เมื่อต้องเปรียบเทียบคอมพาวด์ยางที่อุณหภูมิต่ำ แต่ก็ยังไม่ใช่การทดสอบซีลไดนามิกที่สมบูรณ์ ต้องยืนยันคอมพาวด์และวิธีทดสอบที่แน่นอน แล้ววัดการรั่ว ความดันเริ่มเคลื่อน แรงเสียดทาน และการเคลื่อนที่กับรูปทรงซีลและระบบหล่อลื่นที่จะใช้งานจริง
ใช้ตาราง Tg ทั่วไปเปรียบเทียบ NBR, FKM และโพลียูรีเทนได้หรือไม่
ไม่ควร Parker เผยแพร่ช่วงอุณหภูมิของไนไตรล์สำหรับงานทั่วไปกับไนไตรล์อุณหภูมิต่ำที่ต่างกัน 21°C ซึ่งแสดงให้เห็นว่าสูตรคอมพาวด์มีผลอย่างมากแม้อยู่ในพอลิเมอร์ตระกูลเดียวกัน ควรเปรียบเทียบคอมพาวด์ที่ระบุชัดเจนด้วยวิธีทดสอบ ตัวกลาง ความแข็ง และประเภทงานที่สอดคล้องกัน แทนการกำหนดค่า Tg หรือขีดจำกัดใช้งานเพียงค่าเดียวให้กับชื่อพอลิเมอร์แต่ละชนิด
การรั่วชั่วคราวขณะสตาร์ตเย็นพิสูจน์ได้หรือไม่ว่าซีลเข้าสู่สภาวะคล้ายแก้วแล้ว
ไม่ได้ การคืนตัวของอีลาสโตเมอร์ที่ลดลงเป็นเพียงหนึ่งในสาเหตุที่เป็นไปได้ จาระบีเย็น ความชื้นหรือน้ำแข็ง ความดัน ณ จุดใช้งานต่ำ การไหลถูกจำกัด แรงด้านข้าง การหดตัวตามมิติ หรือความเสียหายเดิมบนผิวสัมผัส ก็ทำให้เกิดอาการคล้ายกันได้ ควรเปรียบเทียบค่าที่วัดภายใต้สภาวะอุ่นและเย็นอย่างควบคุมก่อนสรุปว่าสาเหตุมาจากการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว
ผู้จำหน่ายควรให้ข้อมูลอะไรสำหรับข้อเสนอซีลอุณหภูมิต่ำ
ขอข้อมูลรหัสคอมพาวด์ ระบบพอลิเมอร์และการวัลคาไนซ์ ความแข็ง วิธีทดสอบอุณหภูมิต่ำและรายงาน หลักฐานที่ใช้กำหนดอุณหภูมิใช้งานต่ำสุด สารหล่อลื่นและตัวกลางที่เข้ากันได้ รวมถึงระบุว่าเป็นงานสถิตหรือไดนามิก สำหรับการอนุมัติผลิตจริง ควรกำหนดให้มีผลการรั่วหลังแช่เย็นและผลการเคลื่อนที่ครั้งแรกจากชุดกระบอกสูบตัวแทน พร้อมเกณฑ์ยอมรับเป็นลายลักษณ์อักษร
แหล่งข้อมูลและเอกสารอ้างอิงทางเทคนิค
- ISO 4664-3:2021 การหาค่า Tg ของยางวัลคาไนซ์หรือยางเทอร์โมพลาสติก
- ISO 2921:2019 การทดสอบการคืนตัวตามอุณหภูมิ
- ISO 1432:2021 การแข็งตัวที่อุณหภูมิต่ำตามวิธีเกห์แมน
- ISO 812:2017 ความเปราะที่อุณหภูมิต่ำ
- ISO 3384-2:2019 การคลายความเค้นอัดเมื่อเปลี่ยนอุณหภูมิเป็นรอบ
- ASTM D1329-16(2021) การทดสอบการคืนตัวตามอุณหภูมิ
- คู่มือโอริง Parker
- TA Instruments อิทธิพลของความถี่ต่ออุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว
- Trelleborg Sealing Solutions ข้อมูลวัสดุ FKM อุณหภูมิต่ำ