في الصناعة التحويلية، عادة ما يكون المهندسون المسؤولون عن الختم هم الأعضاء الأكثر تطلبًا في فريق المشروع.
عندما تعمل الآلة بشكل طبيعي، لا أحد يفكر فيك؛ ولكن بمجرد حدوث تسرب في المعدات (للماء أو الزيت أو الغاز) في موقع العميل، فإن أول شخص يتحمل المسؤولية هو بلا شك مهندس الختم.
يقوم المهندس الإنشائي أولاً بفحص أبعاد الخندق والتأكد من أنها مرسومة بدقة وفقاً لمواصفات التسامح. يقوم قسم IQC بعد ذلك بالتحقق من تقرير المصنع، والتحقق من أن المنتجات الموردة من قبل الشركات المصنعة الكبرى تلبي جميع المعايير المطلوبة. وفي نهاية المطاف، تقع مسؤولية تحليل الفشل بشكل مباشر على مهندس الختم.
لقد قمت بإزالة الحلقة -المعيبة؛ وكان سطحه سليماً وخالياً من الشقوق أو علامات التآكل الكيميائي. التغيير الوحيد هو أنه تم تسويته ولا يمكن إعادته إلى شكله الأصلي.
في هذه المرحلة، التركيز فقط على قوة الشد وقيم صلابة Shore المدرجة في مواصفات المواد الخاصة بالمورد قد يفشل في تحديد السبب الفعلي للفشل.
في عالم مواد البوليمر المختومة،-يتم تحديد أداء الختم على المدى الطويل في كثير من الأحيان ليس من خلال صلابة المادة أو قوة الشد، ولكن من خلال معلمة يتم الاستهانة بها كثيرًا: مجموعة الضغط (CS).
دعونا نستكشف هذه المعلمة بعمق من ثلاث وجهات نظر.
0 1
الختم - ما الذي يتم ختمه بالضبط؟
قبل مناقشة التشوه الدائم الانضغاطي، من الضروري تصحيح المفهوم الميكانيكي الخاطئ الشائع: لا يعتمد الختم على "الحجب" بل على "الدعم".
صورة
عند إدخال حلقة دائرية من السيليكون- في الأخدود المعدني وربط الحافة، يتم ضغط السيليكون (عادة بنسبة 15%-30%).
السيليكون مادة مرنة للغاية. عند ضغطها، تتشوه سلاسلها الجزيئية بالقوة، مما يولد قوة ارتداد قوية (ضغط الاتصال) تسعى إلى العودة إلى حالتها الأصلية.
قوة الارتداد هذه تعارض بقوة الجدار المعدني. من الناحية النظرية، طالما أنه يتجاوز ضغط السائل الداخلي، فلن يتسرب الوسط على الإطلاق.
لذلك، يكمن جوهر الختم في التوفير المستمر للقوة المرنة بواسطة سلاسل جزيئية السيليكون تحت الضغط، مما يمكنها من الالتصاق بقوة بالأسطح المعدنية.
0 2
ما الذي يسبب فشل الختم؟
بما أن الختم يعتمد على قوة الاستعادة، فماذا يحدث إذا اختفت هذه القوة؟
ما هو التشوه الدائم الضاغط؟
قمنا بفرد هلام السيليكون بنسبة 25%، وخبزناه في فرن على حرارة 120 درجة لمدة 70 ساعة، ثم نخرجه ونتركه ليبرد ويعود إلى شكله الأصلي.
إذا تمكن من استعادة سُمكه الأصلي بالكامل، فإن CS=0% (مطاط صناعي مثالي غير موجود في الواقع).
إذا أصبح مسطحًا تمامًا ولم يتعافى على الإطلاق، فإن CS=100% (يشير إلى أنه أصبح من البلاستيك الصلب).
لماذا لا تستطيع السلاسل الجزيئية "العودة إلى حالتها الأصلية"؟ المشكلة تكمن على المستوى المجهري:
المستوى الجسدي – تخفيف التوتر وإعادة تنظيم تجزئة السلسلة
يتكون السيليكون من تشابك السلاسل الجزيئية الطويلة. عندما تتعرض لضغط طويل في درجات حرارة عالية،
فهو يقلل من إجهاده الداخلي من خلال الانزلاق التدريجي وإعادة التنظيم.
إنه يشبه الضغط على كرة غزل رقيقة في الجزء السفلي من الصندوق لمدة عام-بحلول وقت إخراجها، تكون قد تكيفت بالفعل مع شكلها المسطح وبالكاد يمكنها استعادة زغبها الأصلي.
يؤدي هذا "التسوية" الجسدية إلى انخفاض تدريجي في قوة الارتداد.
المستوى الكيميائي – كسر وإعادة تنظيم روابط الارتباط المتبادل
هذا هو الجانب الأكثر أهمية. تعتمد مرونة السيليكون على الروابط المتقاطعة - بين السلاسل الجزيئية (مثل روابط الكبريت-).
في ظل درجات الحرارة المرتفعة والضغط لفترة طويلة، تنكسر روابط الوصلات المتقاطعة- الأصلية، مما يؤدي إلى فقدان قوة الجر المرنة.
والأهم من ذلك، أن الجذور الحرة الناتجة عن الكسر ستعمل على إعادة-تشكيل روابط متصالبة جديدة-في ظل ظروف مضغوطة للمادة- مما يؤدي إلى قفل السلاسل الجزيئية بشكل فعال في "حالة مسطحة". وحتى بعد إزالة القوة الخارجية، تمنع هذه الروابط الكيميائية الجديدة المادة من العودة إلى تكوينها الأصلي.
الانزلاق الفيزيائي + إعادة التركيب الكيميائي=تشوه ضغطي دائم.
تؤدي قيمة CS الأعلى إلى هلام السيليكون المسطح وضغط الاتصال الأضعف. في النهاية، عندما تصبح قوة الارتداد غير كافية مقارنة بضغط السائل، يحدث التسرب.
0 3
كيف ينبغي معالجة ذلك من منظور هندسي؟
والآن بعد أن فهمنا الآليات الأساسية، كيف يمكننا تجنب هذا الخطر عند تصميم الأختام واختيار المواد؟
1. عند تفسير بيانات CS، قم دائمًا بتوضيح شروط الاختبار.
غالبًا ما ينص جدول الخصائص الفيزيائية المقدم من المورد على "التشوه الدائم تحت الضغط: 25%".ومع ذلك، في أي درجة حرارة، وتحت أي نسبة ضغط، وإلى متى تم أخذ هذه القياسات؟
إذا تم قياس قيمة CS بنسبة 25% عند 100 درجة، فقد ترتفع إلى أكثر من 50% في ظل ظروف التشغيل الفعلية البالغة 150 درجة بسبب الشيخوخة الحرارية والأكسدة المتسارعة.
الشرط الأساسي هو أنه عند تقييم قيمة CS، يجب ألا تقل درجة حرارة الاختبار عن الحد الأقصى لدرجة حرارة التشغيل للمنتج، ويجب أن تكون مدة الاختبار 70 ساعة أو 168 ساعة على الأقل. فقط هذه البيانات يمكن أن تكون بمثابة مرجع صالح للاختيار.
2. ركز على نظام الارتباط المتبادل-بدلاً من زيادة الصلابة بشكل أعمى
إذا كانت قيمة CS لا تلبي المتطلبات، فلا تحاول التعويض عن طريق زيادة صلابة هلام السيليكون-لا يمكن للصلابة عكس التشوه الدائم. وبدلاً من ذلك، يجب توجيه التدخل إلى نظام الارتباط الكيميائي -للمادة.
لنأخذ NBR أو EPDM كأمثلة: تشكل أنظمة فلكنة الكبريت التقليدية روابط كبريتية- ذات طاقة منخفضة للرابطة، والتي تكون عرضة للكسر وإعادة التشكيل عند درجات حرارة عالية، مما يؤدي إلى انخفاض قيم CS.
من خلال اعتماد نظام الفلكنة بالبيروكسيد، يتم تكوين روابط كربونية-مفردة من الكربون، والتي تظهر طاقة رابطة عالية ومقاومة للانقسام وإعادة التركيب تحت ضغط درجة حرارة عالية-، وبالتالي تقليل تشوه الضغط الدائم بشكل كبير.
إن المفاضلة-تمثل في انخفاض مقاومة التمزق للمواد المفلكنة -البيروكسيد. يمثل هذا توازنًا نموذجيًا بين تحقيق "عدم قابلية التمزق" والحفاظ على "خصائص الارتداد".
3. التعويض عن توهين المواد CS من خلال التصميم الهيكلي
إذا تم تحسين قيمة CS الخاصة بالمادة إلى حدها المادي (على سبيل المثال، 30%)، فكيف يمكننا ضمان استمرار أداء الختم على مدى-الاستخدام طويل الأمد؟
وبما أننا نعلم أنها ستفقد بعض المرونة، فيجب علينا دمج هذه الخسارة في بدل الضغط عند تصميم أبعاد الأخدود.
ومع ذلك، لا يمكن زيادة نسبة الضغط إلى ما لا نهاية. عندما يكون معدل الضغط مرتفعًا بشكل مفرط (يتجاوز 40%)، يزداد الضغط الداخلي داخل البوليمر بشكل كبير، مما يؤدي إلى كسر ميكانيكي سابق لأوانه للسلاسل الجزيئية وبالتالي تسارع تدهور CS.
الأسلوب الأكثر فعالية هو أن يقوم المهندسون الإنشائيون ومهندسو المواد بشكل مشترك باشتقاق تفاوت الأخدود استنادًا إلى منحنى تخفيف الضغط-الذي لا يضر بسلامة السيليكون ولا يفشل في الحفاظ على نسبة ضغط مانعة للتسرب كافية بعد عشر سنوات.
إنشاء الختم يعني في الأساس أن تصبح صديقًا وعدوًا للوقت.
لا يركز مهندس الختم الحقيقي فقط على ضمان منع تسرب الماء في لحظة اكتمال التجميع.
ويكمن اهتمامهم في ما إذا كانت السلسلة الجزيئية، بعد ثلاث أو خمس أو حتى عشر سنوات-تحت التعرض المتكرر لدرجات الحرارة المرتفعة والضغط الشديد-، ستظل مرتبطة بقوة بالسطح المعدني.
إذا كان لديك ختم يتسرب باستمرار ولكن لا يمكنك تحديد السبب، أو وجدت أن جداول خصائص المورد مربكة-فلا تتردد في الاتصال بمهندس المبيعات لدينا لإبلاغه بالرسومات والعينات الفاشلة.