Oikean laajenevan tiivisteen materiaalin valinta

Tärkeimmät kriteerit laajenevien tiivisteaineiden valinnassa

Suoritusvaatimukset, jotka ohjaavat materiaalivalintaa

Ilmaliittimien materiaalien valinnassa kaikki alkaa siitä, että tarkastellaan, mitä käyttö edellyttää. Dynaamisissa tiivisteissä tarvitaan elastomeereja, jotka säilyvät joustavina, vaikka paineet nousevat noin 150 psi:iin, ja jotka silti kestävät litistymistä ajan myötä. Joidenkin alan tietojen mukaan noin kaksi kolmasosaa kaikista tiivisterikkoutumista johtuu siitä, että materiaali ei vastaa käyttötapaa, erityisesti toistuvien kuormitussyklien yhteydessä, kuten Parker Hannifinin vuoden 2023 tutkimustuloksissa huomautetaan. Tyhjiöjärjestelmät tuovat esiin täysin erilaisen haasteen. Kaasujen läpäisevyys näiden tiivisteiden läpi voi vaihdella dramaattisesti eri materiaalien välillä. Nitraali- ja fluorikarboniyhdisteiden välillä on noin kolmen sadan prosentin ero läpäisevyydessä, mikä tarkoittaa, että toinen materiaali saattaa pitää tiivisteen tiukasti suljettuna, kun taas toinen antaa ilman päästä kokonaan läpi.

Tärkeimmät tekijät elastomeerien valinnassa dynaamisiin tiivistyssovelluksiin

Kun valitaan oikeaa elastomeerimateriaalia, kolme päätä tekijää nousee esiin: mitkä lämpötilat sille tulevat (jotkin huippuluokan FKM:t voivat toimia -65 °F:sta aina 450 °F:een asti), miten se reagoi erilaisiin kemikaaleihin ja kuinka usein sitä aktivoitetaan. Viimeaikaiset testit ovat paljastaneet jotain mielenkiintoista EPDM-kumista. Sen jälkeen kun se on kestänyt noin 100 000 puristussykliä näissä pneumaattisissa järjestelmissä, se säilyttää yhä noin 92 % alkuperäisestä kimmoisuudestaan, mikä itse asiassa ylittää silikonin, kun puhutaan mekaanisesta kestävyydestä pitkällä aikavälillä. Myös kumiteollisuus on tehnyt viime aikoina melko vaikuttavaa edistystä. Nämä uudet hybridiyhdistelmät kestävät noin 40 % pidempään tiukkoja sterilointiprosesseja, joita käytetään lääketeollisuudessa, verrattuna tavallisiin vanhoihin kumimateriaaleihin. On helppo ymmärtää, miksi yhä useammat yritykset siirtyvät käyttämään näitä uusia vaihtoehtoja.

Miten materiaaliominaisuudet vaikuttavat tiivisteen tehokkuuteen ja kestoaikaan

Materiaalien vetolujuus, noin 1 800 psi tai korkeampi vahvistetuissa versioissa, vaikuttaa merkittävästi siihen, kuinka hyvin ne ylittävät aukot epätasaisilla pinnoilla, jotka eivät sovi täydellisesti yhteen. Käytöstä ja kulumisesta puhuttaessa on melko suuri ero tavallisen neopreenin ja erityisten polyuretaanivahvisteisten tyyppejen välillä. Testit osoittavat, että nämä voivat kestää kulutusta viisi kertaa paremmin ISO 4649 -standardin mukaan. Pitkän aikavälin suorituskykyä tarkasteltaessa tietyt otsoninkestävät materiaalit, kuten CR, säilyttävät noin 85 % alkuperäisestä kovuudestaan, vaikka niitä olisi säilytetty auringonvalossa yli 10 000 tuntia. Tämäntyyppinen kestävyys tekee niistä erittäin tärkeitä ulkokäyttöön tarkoitetuissa sovelluksissa, joissa sääolosuhteet voivat olla raskaita laitteille.

Kumitiivisteiden kemiallinen ja lämpötilan kestävyys

Kemiallisen yhteensopivuuden arviointi vaativissa teollisissa ympäristöissä

Ilmaliitäintiivistereiden maailma muuttuu varsin haastavaksi kemiallisten prosessitehtaiden, jäteveden käsittelylaitosten ja lääketeollisuuden valmistusprosessien yhteydessä. Vuonna 2011 julkaistun Journal of Power Sourcesin tutkimuksen mukaan noin kaksi kolmasosaa varhaisista tiivisterikkoutumisista johtuu siitä, että materiaalit eivät sovi yhteen happojen, emästen tai erilaisten liuottimien kanssa. Tuoreemmat löydökset vuoden 2024 polymeerien stabiilisuutta käsittelevästä raportista osoittavat kuitenkin jotain mielenkiintoista. Fluorisilikonikumi, jota usein lyhennetään nimellä FSR, menettää alle kolme prosenttia painostaan koko kahdentoista kuukauden ajanjakson aikana, kun sitä altistetaan ympäristöille, joiden pH vaihtelee pH:sta 2 aina pH:hin 11 asti. Tämä tekee siitä huomattavasti kestävämmän verrattuna tavallisiin EPDM- ja neopreenitiivisteihin, joita useimmat ihmiset edelleen käyttävät nykyään.

EPDM-, FFKM- ja PTFE-tiivisteiden vertaileva suorituskyky kemikaalien vaikutuksessa

Materiaali	Kemikaalikestävyyden vahvuudet	Tärkeimmät rajoitukset
EPDM	Hapot, höyry, pooliset liuottimet	Epäonnistuu hiilivedyissä
FFKM	Yleinen kestävyys (pH 0–14)	Korkea hinta (>3× EPDM)
PTFE	Kaikki teollisuuskemikaalit	Huono joustavuus alle -50 °C

Perfluoroelastomeerit (FFKM) säilyttävät 97 % vetolujuudestaan 1 000 tunnin otsonialtistuksen jälkeen, mikä tekee niistä ideaalisia täytettäviin tiivisteisiin öljynjalostamoissa ja puolijohdetehdassetteissa.

Yleisten täytettävien tiivisteiden lämpötila-alueet ja lämpötilavakaus

EPDM kestää -50 °C:sta 150 °C:een vaihtelevat syklit, kun taas FFKM toimii ilman puristusmuodonmuutosta -30 °C:sta 325 °C:een. PTFE:n yläraja +260 °C:ssa sisältää kriittisiä haittoja – sen 85 %:n kovuuden kasvu alhaisissa lämpötiloissa aiheuttaa usein haurasmurtumia kryogeenisissä sovelluksissa.

Tapauksesta: Tiivisteen rikkoutuminen nesteen ja lämmön epäyhteensopivuuden vuoksi

Biolääketehtaan valmistus keskeytyi 23 %, kun EPDM-ilmasulut hajosivat CIP-(clean-in-place)-järjestelmissä. Lämpötilan vaihtelu 140 °C:n höyrysteriloinnin ja 4 °C:n puskuriliuosten välillä aiheutti miksurit, joiden kautta 0,2 μm hiukkaset pääsivät steriilien alueiden sisälle – vikatila, joka poistui siirtymällä platina-kovettuihin silikoneihin.

Ilmasulkujen ympäristö- ja mekaaninen kestävyys

UV-, otsoni- ja kosteuskestävyys ulkoisissa sovelluksissa

Aurinkovalolle altistuvat ilmasulut hajoavat 3 kertaa nopeammin ilman UV-kestäviä materiaaleja, kuten EPDM:ää, joka säilyttää 90 % vetolujuudestaan 5 000 tunnin kiihdytetyn säänkestävyystestin jälkeen (2023 Material Degradation Report). Otsonikestävyys on ratkaisevan tärkeää teollisuusalueilla, joissa neopreenisulut kestävät jopa 50 ppm:n otsonipitoisuuksia halkeamatta – 35 % paremmin kuin perusnitraalikomposit.

EPDM- ja neopreenisulkujen pitkän aikavälin säänkestävyys

Kenttätutkimukset, jotka vertailevat 12 vuoden asennuksia, osoittavat:

Materiaali	Vetolujuuden säilyminen	Halkeamien muodostuminen	Tilavuuden lisääntyminen (vesi)
EPDM	82%	Ei mitään	+5%
Neopreeni	68%	Pintarakenteen murtumat	+12%

EPDM:n ylivoimainen suorituskyky ulkoisiin tiivisteisiin perustuu sen kyllästettyyn polymeerirunkoon, kun taas neopreenia suositaan väliaikaisissa merikäyttöön tarkoitetuissa asennuksissa nopeampien asennusjaksojen vuoksi.

Kulumiskestävyys ja mekaaninen lujuus vahvistettujen tiivisteiden suunnittelussa

Kangasvahvisteiset turvatulpat osoittautuivat ASTM D5963 -testissä 60 % kulumisvastuisemmiksi verrattuna homogeenisiin elastomeereihin, ja pidemmät polyesterialangat nostivat räjähdyspaineen arvon 150 psi:in. Vuoden 2021 kulumiskestävyystutkimus osoitti, että nylonvahvisteiset tiivisteet kestivät 18 000 sykliä ruostumattomia teräspintoja vasten verrattuna vahvistamattomien versioiden 6 500 sykliin.

Puristuksen, taipumisen ja kuormitussyklien vaikutus tiivisteen kestoon

Dynaamisiin sovelluksiin tarvitaan materiaaleja, joiden puristusmuodonmuutosarvo on alle 25 % ASTM D395 -standardin mukaan. Silikoniyhdisteet säilyttävät muotonsa, vaikka ne kestävätkin 500 000 taipumiskytkentää raskaiden teollisten koneiden käytössä. Ne suoriutuvat kolmesti paremmin kuin EPDM-kumi nopeissa tyhjennys- ja täyttötilanteissa, jotka esiintyvät jatkuvasti valmistuksessa. Kun materiaalit altistuvat ääriolosuhteille, lämpötilavaihteluiden ollessa miinus 40 asteesta pohjoisnavalta aina 120 asteeseen Celsius-asteikolla, yhteensopimattomat materiaalit alkavat kehittää väsymisrikkoja huomattavasti nopeammin. Nämä lämpötilan vaihtelut vähentävät huoltoväliä merkittävästi. Kiihdytetyissä vanhenemistesteissä havaitaan, että materiaalien käyttöikä laskee noin 70 %, jos ne eivät kestä tällaisia olosuhteita asianmukaisesti.

Säädösten noudattaminen ja alan kohtaiset materiaalivaatimukset

FDA:n vaatimusten mukaiset silikonit elintarvike- ja lääketeollisuuden sovelluksiin

Tuulensealit, jotka ovat suorassa kosketuksessa tuotteiden kanssa, perustuvat yleensä korkean puhtausasteen platina-hyytyneisiin silikoneihin. Nämä materiaalit täyttävät FDA:n asetuksen 21 CFR 177.2600 vaatimukset toistuvaan elintarvikkeisiin altistumiseen ja toimivat luotettavasti lämpötilavälillä miinus 60 astetta Celsius-astetta aina 230 asteeseen Celsius-astetta saakka. Vuonna 2023 julkaistun Pharmaceutical Engineering -lehden tutkimuksen mukaan testien mukaan nämä silikonitiivisteet säilyttivät noin 98 prosentin puristuspalautumisen, vaikka ne olisivatkin kertyneet 500 höyrysterilointikertaa. Tämä on melko vaikuttavaa verrattuna perinteisiin kumi vaihtoehtoihin näissä kriittisissä puhdistus- ja sterilointimenettelyissä, joita kutsutaan CIP:ksi ja SIP:ksi.

Tuulensealien materiaalivalinta jauheenkäsittelyjärjestelmissä

Eristysominaisuudet EPDM-yhdisteissä, joiden pintaresistanssi on ≤ 10⁶ Ω, estävät vaarallisten jauheiden kertymisen kemikaaliprosessointilaitteissa. Vuoden 2024 Powder Technology Handbook suosittelee räjähdysherkissä pölyympäristöissä johtavaa hiilipunalla vahvistettuja tiivisteitä, joissa on 73 % vähemmän syttymisincidenttejä verrattuna standardimuotoihin sisältämistesteissä.

Tiivisteiden standardit ja rakennusmääräykset säänneltyjen teollisuuden alojen osalta

Teollisuus	Tärkein standardi	Vaatimus aineellisuudesta	Testausprotokolla
Vedenkäsittely	NSF/ANSI 61	≤ 0,1 % irtoavia yhdisteitä	23 päivän seisottamistesti
Maanpäällinen öljyteollisuus	NORSOK M-710	-35 °C kylmäjoustavuus sertifioitu	ASTM D2137 menetelmä B
Ilmailu	AMS 3304	Nolla sienikasvua	MIL-STD-810G -sienikoe

Kolmannen osapuolen sertifioinnit, kuten UL 157, edellyttävät, että laajenevilla tiivisteillä on säilytettävä IP67-tiiviys 10 000 laajennusjakson jälkeen nimellispaineessa. Viimeaikaiset ASME BPE -standardien päivitykset vaativat nyt <0,2 μin Ra -pintakarheuden biolääketieteellisiin sovelluksiin.

UKK

Mitä tekijöitä tulisi ottaa huomioon valittaessa materiaaleja laajeneville tiivisteille?

Valittaessa materiaaleja laajeneville tiivisteille on tärkeää ottaa huomioon suorituskykyvaatimukset, kuten joustavuus, paineiden kestävyys, kemiallinen yhteensopivuus, lämpötila-alue ja mekaaninen lujuus.

Mitkä elastomeerimateriaalit tarjoavat parhaan kemiallisen kestävyyden?

Materiaalit, kuten FFKM ja PTFE, tarjoavat erinomaista kemiallista kestävyyttä, joista FFKM:llä on yleinen kestävyys laajalla pH-alueella.

Mikä on vetolujuuden merkitys laajenevilla tiivisteillä?

Vetolujuus on ratkaisevan tärkeä epätasaisilla pinnoilla olevien välien peittämisessä, vaikuttaen laajenevien tiivisteiden tehokkuuteen ja käyttöikään.

Miten ympäristöaltistus vaikuttaa tiivistemateriaaleihin?

Ultraviolettisäteily, otsoni ja kosteus voivat heikentää materiaaleja, mikä tekee UV-säteilylle kestävistä materiaaleista, kuten EPDM:stä, ihanteellisia ulkokäyttöön.