Nhiệt độ chuyển thủy tinh giúp kỹ sư đặc trưng hóa mức độ cứng dần của elastomer khi nhiệt độ hạ xuống, nhưng đây không phải một nhiệt độ hỏng phớt có thể áp dụng cho mọi trường hợp. Giá trị Tg được công bố chỉ có ý nghĩa đối với một hợp chất, mẫu thử, phương pháp thử, tần số, tốc độ gia nhiệt và quy ước báo cáo cụ thể. Chỉ riêng giá trị đó không thể xác lập liệu xi lanh khí nén có làm kín được khi khởi động lạnh hay không.
Sự phân biệt này làm thay đổi quy trình lựa chọn. Thay vì so sánh các bảng nhiệt độ chung cho NBR, polyurethane, FKM hoặc silicone, hãy chỉ rõ chính xác hợp chất và yêu cầu bằng chứng làm cơ sở cho giới hạn nhiệt độ sử dụng tối thiểu. Sau đó, thử nghiệm xi lanh đã lắp hoàn chỉnh ở đúng áp suất, thời gian dừng, điều kiện bôi trơn và biên dạng chuyển động thực tế.
Điểm chính cần nhớ
- ISO 4664-3 xem Tg xác định bằng DMA là thông tin hướng dẫn, không phải giới hạn sử dụng đầy đủ.
- Tg, TR10, độ cứng Gehman và độ giòn trả lời những câu hỏi khác nhau.
- Chỉ phê duyệt đúng hợp chất phớt sau các phép thử đại diện về rò rỉ khi ngâm lạnh, lực khởi động và chu kỳ vận hành.
Nhiệt độ chuyển thủy tinh thực sự cho biết điều gì về phớt xi lanh?
ISO 4664-3 áp dụng cho cao su lưu hóa có độ cứng từ 30 đến 80 IRHD và xác định Tg từ đỉnh tan delta trong quá trình quét nhiệt độ ở biến dạng cùng tần số đã quy định. Tiêu chuẩn mô tả giá trị này là thông tin hướng dẫn về nhiệt độ sử dụng, chứ không phải nhiệt độ đạt/không đạt đối với một phớt hoàn chỉnh (ISO 4664-3:2021).
Nhiệt độ chuyển thủy tinh (Tg) là một điểm được xác định theo phương pháp trong vùng mà độ linh động phân tử và đáp ứng cơ học của polymer vô định hình thay đổi rõ rệt theo nhiệt độ. Elastomer chứa các đoạn mạch polymer có thể sắp xếp lại khi năng lượng nhiệt và thời gian cho phép. Khi nhiệt độ giảm, các chuyển động này chậm lại, mô đun tích trữ tăng và đặc tính giảm chấn thay đổi.
Điểm nào được dùng để báo cáo là vấn đề quan trọng. Báo cáo DMA có thể sử dụng điểm bắt đầu thay đổi của mô đun tích trữ, đỉnh mô đun tổn hao hoặc đỉnh tan delta. Các điểm này không xuất hiện ở cùng một nhiệt độ. ISO 4664-3 loại bỏ một phần sự mơ hồ bằng cách quy định đỉnh tan delta cho phương pháp của mình, nhưng giá trị từ phương pháp khác có thể dùng định nghĩa khác.
Vì vậy, Tg chỉ trả lời một câu hỏi hẹp: trong các điều kiện phòng thí nghiệm đã nêu, đáp ứng đàn nhớt đo được đạt đến điểm chuyển tiếp do phương pháp quy định ở đâu? Tg không trực tiếp trả lời các câu hỏi ứng dụng sau:
- Mép phớt có duy trì tiếp xúc sau tám giờ ngâm lạnh không?
- Cần áp suất bao nhiêu để xi lanh bắt đầu chuyển động?
- Mỡ bôi trơn có còn tới được bề mặt trượt không?
- Phớt có hồi phục đủ nhanh ở tốc độ được ra lệnh không?
- Cụm lắp có đáp ứng giới hạn rò rỉ sau nhiều lần khởi động lạnh không?
Phớt xi lanh có thể cứng đến mức ảnh hưởng tới ma sát hoặc khả năng hồi phục trước khi đạt Tg được công bố. Phớt tĩnh cũng có thể giữ áp suất trong những điều kiện mà phớt động không thể bám theo bề mặt chuyển động. Hình học, độ ép, tác dụng ép phớt bằng áp suất, độ nhám bề mặt, khe hở, chất bôi trơn và tốc độ chuyển động đều ảnh hưởng đến sự khác biệt đó.
Câu hỏi kỹ thuật hữu ích không phải là “Tg của polymer là bao nhiêu?” mà là “Tính chất đo được nào trở thành yếu tố giới hạn trong thiết kế phớt này, ở nhiệt độ và tốc độ biến dạng này?” Tg giúp xác định vùng chuyển tiếp, nhưng tự nó không chỉ ra cơ chế giới hạn.
Để lựa chọn vật liệu rộng hơn cho cả điều kiện nóng và lạnh, xem nhiệt độ ảnh hưởng thế nào đến phớt xi lanh. Hướng dẫn này chỉ tập trung vào cách diễn giải bằng chứng ở nhiệt độ thấp.
Vì sao cùng một elastomer có thể có nhiều giá trị Tg được công bố?
TA Instruments chỉ ra ba kết quả DMA thường dùng—điểm bắt đầu của mô đun tích trữ, đỉnh mô đun tổn hao và đỉnh tan delta—đồng thời cho thấy nhiệt độ chuyển tiếp đo được thay đổi theo tần số biến dạng. Vì vậy, một con số Tg sẽ không đầy đủ nếu không kèm phương pháp thử và điểm đánh giá (TA Instruments).
DSC và DMA không quan sát cùng một tín hiệu vật lý. Phép đo nhiệt lượng quét vi sai phát hiện sự thay đổi nhiệt dung. Phân tích cơ động lực học đo sự thay đổi độ cứng và độ giảm chấn dưới biến dạng dao động. Ngay cả trong DMA, tần số thử cũng làm thay đổi khoảng thời gian mà mạch polymer có thể đáp ứng.
Tần số cao hơn thường làm nhiệt độ chuyển tiếp DMA được báo cáo tăng lên vì đáp ứng phân tử phải diễn ra trong một chu kỳ ngắn hơn. Tốc độ gia nhiệt, hình dạng mẫu, biên độ biến dạng, lịch sử nhiệt, trạng thái lưu hóa, hàm lượng chất hóa dẻo, chất độn và chất lưu hấp thụ cũng có thể ảnh hưởng đến kết quả hoặc cách diễn giải.
| Kết quả được báo cáo | Đại lượng thiết bị quan sát | Thông tin phải đi kèm giá trị | Hạn chế chính khi lựa chọn phớt |
|---|---|---|---|
| Tg theo DSC | Bước thay đổi nhiệt dung | Tiêu chuẩn, tốc độ gia nhiệt, lịch sử nhiệt, điểm bắt đầu hay điểm giữa | Không đo khả năng hồi phục lực tiếp xúc hoặc ma sát trượt |
| Tg theo DMA | Mô đun tích trữ, mô đun tổn hao và đáp ứng pha | Tiêu chuẩn, tần số, biến dạng, đồ gá, đặc trưng đường cong được chọn | Kết quả phụ thuộc thang thời gian và điểm đánh giá được chọn |
| Tg của nhà cung cấp nhưng không nêu phương pháp | Không rõ | Cần báo cáo thử đầy đủ | Không phù hợp để so sánh trực tiếp các hợp chất |
| Nhiệt độ sử dụng tối thiểu | Thông số của sản phẩm hoặc hợp chất | Đúng hợp chất, môi chất, chế độ tĩnh hay động, cơ sở thẩm định | Có thể không áp dụng được cho hình học phớt hoặc ứng dụng khác |
ISO 22768 quy định cách xác định Tg bằng DSC cho cao su thô và latex cao su, còn ISO 4664-3 áp dụng cho cao su lưu hóa bằng thử nghiệm động. Sự khác biệt về phạm vi này rất quan trọng. Không được trình bày giá trị DSC của polymer thô như thể đó là giới hạn vận hành đã thử nghiệm của phớt khí nén hoàn chỉnh (ISO 22768:2020).
Nếu hai bảng dữ liệu nhà cung cấp nêu các giá trị Tg khác nhau, đừng vội kết luận hợp chất nào làm kín lạnh tốt hơn. Trước tiên, hãy so sánh công thức polymer, điều kiện lưu hóa, tiêu chuẩn thử, điểm đánh giá, tần số hoặc tốc độ gia nhiệt, điều hòa mẫu và môi chất thử. Chỉ dữ liệu được thu trong điều kiện tương đương mới cho phép xếp hạng có ý nghĩa.
Các phép thử nhiệt độ thấp cần dùng cùng Tg
ISO 2921 đo độ hồi phục theo nhiệt độ sau khi mẫu cao su kéo giãn được làm đông và làm ấm, còn ISO 1432 đo độ cứng tương đối từ nhiệt độ phòng xuống khoảng −120°C. Kết hợp hai phép thử này cung cấp thêm hai góc nhìn—khả năng hồi phục và sự cứng hóa—mà chỉ riêng Tg không thể định lượng để thẩm định phớt (ISO 2921; ISO 1432).
Không phép thử mẫu vật liệu đơn lẻ nào tái tạo được mép phớt có bôi trơn trượt trên ống xi lanh được mài tinh hoặc cần piston. Một bộ hồ sơ thẩm định có cơ sở cần kết hợp nhiều phép đo, mỗi phép được chọn theo dạng hỏng mà nó có thể phát hiện.
Tg theo phân tích cơ động lực học
DMA hữu ích để so sánh đặc tính chuyển tiếp của các hợp chất đã định danh khi cùng sử dụng một tiêu chuẩn, tần số, biến dạng và điểm đánh giá. Phương pháp này giúp giải thích vì sao độ cứng và độ giảm chấn thay đổi nhanh trong một vùng nhiệt độ nhất định. Tuy nhiên, DMA vẫn không mô phỏng độ ép phớt, tác dụng ép phớt bằng áp suất hoặc tiếp xúc trượt.
Độ hồi phục theo nhiệt độ
Phép thử TR kéo giãn mẫu, làm đông, nhả mẫu rồi ghi lại độ hồi phục khi nhiệt độ tăng. TR10 là nhiệt độ tại đó mẫu đã co hồi được 10% so với độ giãn ở trạng thái đông. Parker mô tả TR10 là chỉ báo hữu ích cho phớt động và phớt tĩnh chịu áp suất dao động, đồng thời phân biệt với chế độ áp suất tĩnh ổn định (Sổ tay O-Ring của Parker).
TR10 không phải một đại lượng có thể thay thế tương đương cho Tg. ASTM D1329 mô tả TR là phương pháp so sánh cần dùng cùng các phép thử nhiệt độ thấp khác và lưu ý mối liên hệ của nó với độ mềm dẻo ở nhiệt độ thấp cũng như hiện tượng kết tinh (ASTM D1329).
Độ cứng Gehman
Phép thử Gehman so sánh độ cứng xoắn ở nhiệt độ thấp với độ cứng tại nhiệt độ tham chiếu. Phương pháp này hữu ích khi thiết kế phụ thuộc vào độ mềm dẻo thay vì khả năng chịu va đập. Kết quả vẫn chỉ là tính chất của mẫu thử; nó không bao gồm ứng suất tiếp xúc tại mép phớt hoặc dung sai lắp ráp.
Độ giòn ở nhiệt độ thấp
ISO 812 đánh giá hư hỏng giòn trong điều kiện va đập quy định. Tiêu chuẩn nêu rõ rằng kết quả không nhất thiết là nhiệt độ thấp nhất mà vật liệu có thể sử dụng. Một phớt có thể đạt điều kiện lưu trữ không va đập nhưng thiếu khả năng hồi phục cần thiết để làm kín động, hoặc có thể không đạt một phép thử va đập không giống dạng biến dạng thực tế.
Suy giảm ứng suất nén và rò rỉ linh kiện
ISO 3384-2 đo phản lực còn duy trì của mẫu cao su bị nén trong quá trình thay đổi chu kỳ nhiệt độ. Kết quả có thể hỗ trợ những thiết kế mà khả năng duy trì lực tiếp xúc là quan trọng, nhưng mẫu thử vẫn không phải phớt xi lanh hoàn chỉnh. Bằng chứng cuối cùng cần bao gồm phép đo rò rỉ và chuyển động trên cụm lắp thực tế (ISO 3384-2:2019).
Vì sao các bảng nhiệt độ chung cho NBR, FKM, polyurethane và silicone không an toàn?
Parker liệt kê nitrile dùng thông thường đến −34°C và một họ nitrile nhiệt độ thấp đến −55°C, chênh lệch 21°C ngay trong cùng một họ polymer. Sổ tay này cũng cảnh báo rằng môi chất và điều kiện ứng dụng có thể làm thay đổi dải sử dụng, đồng thời yêu cầu thử nghiệm trong điều kiện thực tế (Sổ tay O-Ring của Parker).
“NBR” chỉ một họ polymer, không phải một công thức hoàn chỉnh. Hàm lượng acrylonitrile, chất hóa dẻo, chất độn, hệ lưu hóa, độ cứng và quy trình gia công đều ảnh hưởng đến đáp ứng ở nhiệt độ thấp. Biên dạng phớt tạo thêm một lớp ảnh hưởng: hai hợp chất có dữ liệu phòng thí nghiệm tương tự vẫn có thể tạo lực mép phớt hoặc ma sát khác nhau trong các hình học khác nhau.
FKM cũng cho thấy vấn đề tương tự. Trelleborg công bố các giá trị TR10 từ −30°C đến −45°C cho họ FKM XLT. Những giá trị này thuộc về các công thức nhiệt độ thấp đã định danh và không thể gán cho mọi phớt FKM (Trelleborg Sealing Solutions).
Polyurethane đặc biệt khó khái quát vì “PU” có thể chỉ nhiều hóa học, độ cứng, phụ gia và phương pháp gia công khác nhau. Không có cơ sở để khẳng định chung rằng polyurethane luôn mềm dẻo ở nhiệt độ thấp tốt hơn NBR hoặc FKM. Hãy yêu cầu dữ liệu cho đúng cấp vật liệu được cung cấp.
Silicone thường duy trì độ mềm dẻo ở nhiệt độ thấp hơn nhiều elastomer hydrocarbon, nhưng điều đó không tự động biến nó thành vật liệu phớt động xi lanh tốt nhất. Khả năng chống mài mòn, chống xé, chống đùn khe hở, tương thích chất bôi trơn, áp suất, độ nhám bề mặt và yêu cầu số chu kỳ có thể loại bỏ một hợp chất vốn có vẻ hấp dẫn.
Khi xem xét đề xuất của nhà cung cấp, hãy yêu cầu tối thiểu các thông tin nhận dạng sau:
| Hạng mục bắt buộc | Vì sao quan trọng |
|---|---|
| Nhà sản xuất và mã hợp chất | Ngăn tên họ polymer được dùng thay cho vật liệu được kiểm soát |
| Polymer và hệ lưu hóa | Giúp giải thích đặc tính hóa học và nhiệt |
| Độ cứng và trạng thái mẫu | Ảnh hưởng đến khả năng so sánh với báo cáo phòng thí nghiệm |
| Kết quả Tg hoặc TR kèm phương pháp | Giúp diễn giải được nhiệt độ đã báo cáo |
| Mức nhiệt độ sử dụng tối thiểu và cơ sở | Phân biệt tuyên bố sản phẩm với giá trị của vật liệu thô |
| Chất bôi trơn và môi chất đã phê duyệt | Tính đến hiện tượng chiết tách, trương nở, độ nhớt và tương thích hóa học |
| Ứng dụng tĩnh hay động | Ngăn giới hạn của O-ring tĩnh được áp dụng cho phớt chuyển động tịnh tiến |
Trong các lần đánh giá ứng dụng của chúng tôi, báo cáo hữu ích nhất từ nhà cung cấp hiếm khi là tài liệu in nhiệt độ thấp nhất trên bìa. Đó là báo cáo xác định rõ hợp chất, phương pháp, điều hòa mẫu, môi chất, mẫu thử và chế độ làm việc dự kiến của phớt, vì các chi tiết này cho phép đội ngũ kỹ thuật đánh giá liệu bằng chứng có thể áp dụng cho ứng dụng hay không.
Tg thấp hơn không phải là tiêu chí xếp hạng chất lượng; đó chỉ là một thuộc tính thiết kế. Chọn hợp chất chỉ vì có Tg được báo cáo thấp nhất có thể phải đánh đổi khả năng chống mài mòn, tương thích chất lưu, chống đùn khe hở, khả năng gia công hoặc độ ổn định ở nhiệt độ cao mà xi lanh cũng cần.
Xem hướng dẫn lựa chọn vật liệu phớt toàn diện hơn khi phơi nhiễm hóa chất và mài mòn cũng quan trọng như khả năng làm việc trong lạnh.
Xác lập nhiệt độ vận hành tối thiểu thực tế của phớt
Parker phân biệt đáp ứng động gần TR10 với khả năng làm kín tĩnh ở áp suất ổn định, trong một số ứng dụng O-ring có thể thấp hơn khoảng 8°C. Sự khác biệt có điều kiện này cho thấy việc trừ một giá trị cố định khỏi nhiệt độ môi trường là không an toàn. Hãy xác định nhiệt độ tối thiểu của phớt bằng phép đo hoặc mô hình đã được xác nhận trên máy thực tế (Sổ tay O-Ring của Parker).
Khí nén có thể lạnh đi khi giãn nở và xả, nhưng nhiệt độ tại phớt phụ thuộc vào nhiều yếu tố hơn áp suất đầu vào. Tỷ số áp suất, hạn chế tại van và đường xả, thể tích ống, tần suất chu kỳ, thời gian dừng, truyền nhiệt, khối lượng xi lanh, độ ẩm và vị trí cảm biến đều có ảnh hưởng. Phép tính cố định “nhiệt độ môi trường trừ 25°C” che khuất những biến số này.
Hãy lắp thiết bị đo cho ứng dụng trước khi quy định một giới hạn nhiệt độ thấp mang tính quyết định. Khi thiết kế cho phép, đặt cảm biến tiếp xúc phù hợp gần vùng phớt. Số đo hồng ngoại từ bề mặt xi lanh bóng có thể sai lệch vì độ phát xạ và góc quan sát ảnh hưởng đến kết quả.
Ghi lại ít nhất các điều kiện sau:
- Nhiệt độ môi trường thấp nhất và thời gian ngâm lạnh
- Áp suất cấp tại máy, không chỉ tại phòng máy nén
- Tần suất chu kỳ, hành trình, tốc độ, thời gian dừng và tải
- Cấu hình van, ống, bộ điều chỉnh lưu lượng và đường xả
- Nhiệt độ ống xi lanh hoặc nắp đầu gần phớt cần đánh giá
- Điểm sương của khí nén và mọi dấu hiệu hơi ẩm hoặc đóng băng
- Cấp chất bôi trơn và đặc tính nhiệt độ thấp được công bố
Theo kinh nghiệm của chúng tôi, bản ghi đồng bộ nhiệt độ tại chỗ, áp suất buồng và thời điểm bắt đầu chuyển động giúp giải quyết tranh luận về khởi động lạnh nhanh hơn các phép kiểm tra rời rạc. Nó cho biết phớt có thực sự lạnh khi ma sát hoặc rò rỉ thay đổi hay không, đồng thời xác định vấn đề áp suất hay lưu lượng có xảy ra cùng lúc không.
Số đo tức thời thấp nhất không phải lúc nào cũng là điểm thiết kế duy nhất. Phớt có thể chịu được một quá độ ngắn nhưng không hồi phục sau thời gian dừng dài. Ngược lại, xi lanh có thể ấm lên khi chạy nhiều chu kỳ. Hãy thử cả chuyển động đầu tiên khi lạnh và điều kiện vận hành đã ổn định.
Đối với hệ thống thường xuyên vận hành dưới điểm đóng băng, cần xem xét toàn bộ xi lanh. Chất lượng khí, nước ngưng, mỡ bôi trơn, cảm biến, ống dẫn, giảm chấn, lắp đặt và co ngót vật liệu có thể trở thành yếu tố giới hạn trước cả hợp chất phớt. Dùng hướng dẫn thiết kế xi lanh khí nén dưới 0°C để đánh giá ở cấp hệ thống.
Rò rỉ khi khởi động lạnh, chuyển động dính-trượt hoặc vết nứt có chứng minh phớt đã vượt qua Tg không?
ISO 812 hỗ trợ hai loại kết quả: nhiệt độ thấp nhất không xảy ra hư hỏng giòn và nhiệt độ tại đó 50% mẫu thử bị hỏng. Tiêu chuẩn cũng nêu rằng cả hai giá trị đều không nhất thiết là nhiệt độ sử dụng thấp nhất. Vì vậy, rò rỉ hoặc hư hỏng khi khởi động lạnh không thể chứng minh phớt đã vượt qua Tg (ISO 812:2017).
Phớt cứng có thể làm tăng áp suất khởi động và gây chuyển động dính-trượt. Tuy nhiên, mỡ bôi trơn đặc lên cũng có thể gây hiện tượng tương tự. Áp suất tại điểm sử dụng giảm, đường xả bị hạn chế, tải ngang, hơi ẩm đóng băng, nhiễm bẩn, hư hỏng bề mặt và co ngót kích thước cũng có thể tạo ra các triệu chứng nhạy với lạnh.
| Hiện tượng quan sát | Khả năng liên quan đến Tg | Kiểm tra khác trước khi quy nguyên nhân |
|---|---|---|
| Rò rỉ sau thời gian ngâm lạnh dài | Khả năng hồi phục hoặc lực tiếp xúc giảm | Hư hỏng phớt, co ngót, áp suất, tình trạng lòng xi lanh, dung sai lắp ráp |
| Áp suất chuyển động đầu tiên cao | Độ cứng phớt tăng | Độ nhớt mỡ, sai lệch tâm, tải ngang, ma sát dẫn hướng, áp suất cấp thấp |
| Chuyển động ban đầu giật cục | Dính-trượt tại bề mặt làm kín | Cài đặt tiết lưu xả, đáp ứng van, thay đổi tải, kẹt dẫn hướng |
| Rò rỉ giảm sau khi chạy chu kỳ | Cụm lắp ấm lên và đáp ứng vật liệu được cải thiện | Băng tan, mỡ phân bố lại, áp suất cấp hồi phục |
| Nứt hoặc sứt mép | Có thể đã xảy ra biến dạng giòn | Ozone, ăn mòn hóa học, vết cắt khi lắp, mỏi, đùn khe hở |
| Biến dạng vĩnh viễn | Khả năng hồi phục hoặc đáp ứng nén kém | Trương nở, lão hóa nhiệt, nén quá mức, chất bôi trơn không tương thích |
Hãy bắt đầu bằng phép so sánh có kiểm soát. Đo độ rò rỉ, áp suất chuyển động đầu tiên, vận tốc và nhiệt độ ở trạng thái ấm và lạnh với cùng tải cùng cài đặt van. Kiểm tra phớt và các bề mặt tiếp xúc sau thử nghiệm. Nếu có thể, lặp lại phép thử với một hợp chất tham chiếu đã biết trong khi giữ nguyên phần còn lại của xi lanh.
Không dùng giai đoạn làm ấm làm bằng chứng về tính phù hợp. Nếu máy phải chuyển động an toàn ở nhiệt độ quy định tối thiểu, chuyển động đầu tiên theo lệnh là một phần của phép thử nghiệm thu. Tăng áp suất để cưỡng bức xi lanh lạnh chuyển động có thể gây tăng tốc bất ngờ khi ma sát giảm.
Đối với các dạng hư hỏng không liên quan đến nhiệt độ, hãy so sánh quan sát với hướng dẫn về loại phớt xi lanh công nghiệp và cơ chế hư hỏng.
Thử độ giòn của cao su cũng phải được tách biệt với thử va đập kim loại. Hướng dẫn độ giòn xi lanh cấp vùng cực giải thích vì sao kết quả Charpy của mẫu kim loại không thể chứng nhận một xi lanh hoàn chỉnh dùng trong lạnh.
Phớt nhiệt độ thấp cần được thẩm định thế nào trước khi sản xuất?
ISO 3384-2 quy định hai phương pháp thay đổi chu kỳ nhiệt độ để đo suy giảm ứng suất nén, nhưng không phương pháp nào là phép thử rò rỉ xi lanh hoàn chỉnh. Việc thẩm định phải kết hợp dữ liệu vật liệu có kiểm soát với thử ngâm lạnh trên đúng xi lanh, hợp chất, chất bôi trơn, áp suất và chu kỳ chuyển động (ISO 3384-2:2019).
Hãy bắt đầu bằng hồ sơ chế độ làm việc bằng văn bản. Xác định nhiệt độ môi trường và nhiệt độ linh kiện tối thiểu, thời gian ngâm, áp suất vận hành, tải, hành trình, tốc độ, thời gian dừng, số chu kỳ, chất lượng khí, chất bôi trơn và mức rò rỉ cho phép. Nếu không có giới hạn nghiệm thu, thử nghiệm trong buồng lạnh chỉ tạo ra quan sát chứ không đưa ra quyết định phê duyệt khách quan.
1. Xem xét bằng chứng vật liệu có thể truy xuất
Yêu cầu mã hợp chất chính xác và các báo cáo làm cơ sở cho mức nhiệt độ thấp của nó. Ghi lại tiêu chuẩn, trạng thái mẫu, môi chất thử, định nghĩa kết quả và ngày thử. Bảng dữ liệu chỉ ghi “NBR nhiệt độ thấp” là không đủ cho một ứng dụng quan trọng.
2. Thiết lập đường cơ sở ở nhiệt độ ấm
Đo rò rỉ, áp suất khởi động, thời gian đi và về, độ ổn định tốc độ, đặc tính giảm chấn và độ lặp lại vị trí ở nhiệt độ tham chiếu. Phép thử ấm xác nhận cụm lắp hoạt động bình thường trước khi phơi lạnh và cung cấp đường cơ sở để so sánh.
3. Ngâm lạnh toàn bộ cụm lắp
Ngâm đủ lâu để thân xi lanh, nắp đầu, phớt, chất bôi trơn và phần cứng bên trong tiến gần điều kiện mục tiêu. Ghi nhiệt độ tại các vị trí đã xác định. Không được giả định nhiệt độ không khí trong buồng thử bằng nhiệt độ phớt.
4. Thử làm kín tĩnh trước khi chuyển động
Cấp áp suất vào một hoặc các buồng quy định và đo rò rỉ sau thời gian dừng yêu cầu. Thử cả hai chiều áp suất khi cách bố trí phớt yêu cầu. Cần đánh giá rò rỉ tĩnh trước khi nhiệt sinh ra do ma sát làm thay đổi nhiệt độ cụm lắp.
5. Thử chuyển động đầu tiên theo lệnh
Ghi áp suất tại thời điểm bắt đầu chuyển động, thời gian hành trình, biên dạng vận tốc, dính-trượt, vị trí và mọi âm thanh bất thường. Dùng biện pháp che chắn phù hợp cùng quy trình giảm rủi ro vì xi lanh lạnh có thể bất ngờ bật chuyển động.
6. Lặp lại các chu kỳ đại diện
Chạy chế độ làm việc quy định và theo dõi thay đổi của nhiệt độ, rò rỉ cùng ma sát. Bao gồm các khoảng dừng và khởi động lại liên quan. Thử chạy liên tục có thể bỏ sót lần khởi động lạnh sau thời gian dừng dài—nguyên nhân gây ra vấn đề thực tế.
7. Kiểm tra và thử lại
Kiểm tra mép phớt, bề mặt tiếp xúc, sự phân bố chất bôi trơn và mọi dấu hiệu nứt, mài mòn, đùn khe hở hoặc biến dạng vĩnh viễn. Lặp lại phép đo rò rỉ và chuyển động sau số chu kỳ quy định. Đối với phê duyệt sản xuất, cần lập hồ sơ định nghĩa điều gì được coi là hỏng và việc tháo rời có làm mất tính hợp lệ của so sánh tiếp theo hay không.
Kiểm soát thay đổi là một phần của thẩm định. Nếu hợp chất, quá trình lưu hóa, chất bôi trơn, hình học phớt, độ nhám bề mặt hoặc nhà cung cấp đã được phê duyệt thay đổi, phép thử lạnh trước đó có thể không còn đủ cơ sở cho cụm lắp. Quy cách mua hàng cần xác định những thay đổi nào phải được xem xét hoặc thẩm định lại.
Câu hỏi thường gặp về Tg của phớt xi lanh
ISO 4664-3, ISO 2921, ISO 1432 và ISO 812 cung cấp bốn góc nhìn riêng biệt về đáp ứng ở nhiệt độ thấp: chuyển tiếp động, hồi phục, độ cứng và đáp ứng giòn khi va đập. Các kết quả bổ sung cho nhau, vì vậy quyết định kỹ thuật không nên xem bất kỳ một phép thử nào là nhiệt độ sử dụng tối thiểu chung.
Tg có phải là nhiệt độ vận hành tối thiểu của phớt xi lanh khí nén không?
Không. ISO 4664-3 mô tả Tg xác định bằng DMA là thông tin hướng dẫn về nhiệt độ sử dụng. Nhiệt độ vận hành tối thiểu của phớt hoàn chỉnh còn phụ thuộc vào công thức hợp chất, hình học, độ ép, chất bôi trơn, áp suất, tốc độ chuyển động, thời gian dừng, bề mặt và giới hạn rò rỉ. Hãy dùng Tg để sàng lọc, sau đó thẩm định xi lanh đã lắp hoàn chỉnh.
TR10 có hữu ích hơn Tg đối với phớt động không?
TR10 đánh giá trực tiếp khả năng hồi phục trong quá trình gia nhiệt có kiểm soát và thường hữu ích khi so sánh các hợp chất cao su ở nhiệt độ thấp. Tuy vậy, đây vẫn không phải phép thử phớt động hoàn chỉnh. Cần xác nhận đúng hợp chất và phương pháp, rồi đo độ rò rỉ, áp suất khởi động, ma sát và chuyển động trên đúng hình học phớt cùng hệ bôi trơn dự kiến.
Có thể dùng bảng Tg chung để so sánh NBR, FKM và polyurethane không?
Không an toàn. Parker công bố chênh lệch 21°C giữa dải nitrile dùng thông thường và nitrile nhiệt độ thấp, cho thấy công thức trong cùng một họ vật liệu có ảnh hưởng lớn đến mức nào. Hãy so sánh các hợp chất được định danh bằng phương pháp thử, môi chất, độ cứng và loại ứng dụng nhất quán, thay vì gán một Tg hoặc giới hạn sử dụng duy nhất cho từng tên polymer.
Rò rỉ tạm thời khi khởi động lạnh có chứng minh phớt đã chuyển sang trạng thái thủy tinh không?
Không. Khả năng hồi phục của elastomer suy giảm là một nguyên nhân có thể xảy ra, nhưng mỡ bôi trơn lạnh, hơi ẩm hoặc băng, áp suất tại điểm sử dụng thấp, lưu lượng bị hạn chế, tải ngang, co ngót kích thước hoặc hư hỏng bề mặt sẵn có cũng có thể gây biểu hiện tương tự. Hãy so sánh các phép đo nóng và lạnh có kiểm soát trước khi quy lỗi cho chuyển thủy tinh.
Nhà cung cấp cần cung cấp gì cho đề xuất phớt dùng ở nhiệt độ thấp?
Hãy yêu cầu mã hợp chất, polymer và hệ lưu hóa, độ cứng, phương pháp cùng báo cáo thử nhiệt độ thấp, cơ sở của mức nhiệt độ sử dụng tối thiểu, chất bôi trơn và môi chất tương thích, cũng như chế độ làm kín tĩnh hoặc động. Để phê duyệt sản xuất, còn cần kết quả rò rỉ sau ngâm lạnh và chuyển động đầu tiên trên cụm xi lanh đại diện, kèm giới hạn nghiệm thu bằng văn bản.
Nguồn và tài liệu tham khảo kỹ thuật
- ISO 4664-3:2021, xác định Tg cho cao su lưu hóa hoặc cao su nhiệt dẻo
- ISO 2921:2019, thử độ hồi phục theo nhiệt độ
- ISO 1432:2021, độ cứng hóa Gehman ở nhiệt độ thấp
- ISO 812:2017, độ giòn ở nhiệt độ thấp
- ISO 3384-2:2019, suy giảm ứng suất nén khi thay đổi chu kỳ nhiệt độ
- ASTM D1329-16(2021), phép thử độ hồi phục theo nhiệt độ
- Sổ tay O-Ring của Parker
- TA Instruments, sự phụ thuộc tần số của nhiệt độ chuyển thủy tinh
- Trelleborg Sealing Solutions, dữ liệu vật liệu FKM nhiệt độ thấp