Elastomerler, iyi esneklikleri ve düşük maliyetleri nedeniyle yaygın olarak sızdırmazlık malzemeleri olarak kullanılmaktadır.Bununla birlikte, malzemeler kimyasal yaşlanmaya maruz kaldıklarından, düşük sıcaklıklarda veya çok uzun süre kullanılamamaları gibi kullanımlarında sınırlamalar vardır.Yaşlandıkça, elastomerler kademeli olarak esnekliklerini ve elastik olarak toparlanma yeteneklerini kaybederler, bu da belirtilenden daha yüksek sızıntı oranlarına yol açabilir.Radyoaktif atık kapları gibi bazı uygulamalarda, contaları değiştirmek kolay olmadığından birkaç on yıllık bir hizmet ömrü gereklidir.Bu nedenle HNBR, EPDM ve FKM'den imal edilen O-Ringler için 5 yıla varan hızlandırılmış yaşlandırma programı uygulanmıştır.
Ömür tahminindeki yaygın bir sorun, ilgili son kullanma tarihi kriterinin seçilmesidir; bu, ISO 11346'da incelenen özellikte, örneğin gerilimde uzama gibi %50'lik bir değişikliktir.O-ring contalar için, sıkıştırma seti genellikle ömür kriteri olarak kullanılır, örneğin %57 (%10 geri kazanılabilirliğe karşılık gelir) veya %85.Ancak O-Ring kaçak oranı, sızdırmazlık sisteminin hizmet ömrü ile doğrudan ilgili olan tek parametredir.Diğer malzeme özellikleri, hatta sıkıştırma seti, yalnızca gösterge olarak kullanılabilir ve conta arızası için bir temel olarak kullanılamaz.Bu nedenle, tüm bileşen, yani O-Ring, eskitilmiş contanın sızıntı oranını test etmek için hem sıkıştırılmamış hem de flanşlar arasında sıkıştırılmış olarak eskitilir.Ek olarak, hizmet ömrüne ulaşılıp ulaşılmadığının kaçak oranı ölçümleriyle belirlenmesi, Dinamik Mekanik Analiz (DMA) ile test edilen sıkıştırma seti, sertlik veya viskoelastik kayıp faktörü gibi test edilebilir özelliklerle daha kolay ilişkilidir.Bununla birlikte, homojen olmayan eskimeye ve dolayısıyla yanlış eskime verileri ve ömür tahminine yol açabilen difüzyonla sınırlı oksidasyon (DLO) etkisinden kaçınmak için özen gösterilmelidir. DLO etkisi, oksijen kısmi basıncı, numune boyutu, zaman, sıcaklık ve malzeme (oksijen geçirgenliği).O-ringlere ek olarak, O-ring konstrüksiyonunun uygun olmadığı veya DLO etkisinden dolayı sonuçların yanlış olabileceği yerlerde malzeme özelliklerinin test edilmesi için 2 mm kalınlığında film eskitilmiştir.
Sonuçlar ve tartışma
1. Film malzemesi ile ölçüm
1.1 Sertlik
HNBR ve EPDM için, yaşlandırma sırasında sertlikteki büyük artış nedeniyle, sertlik bir süre yaşlandırıldıktan sonra Shore D sertliğine dönüştürülür.İki sertlik arasındaki korelasyon, yaşlandırılmamış bir numunenin Shore A sertliği ve Shore D sertliği test edilerek belirlenir.80 Shore A sertliği, 33 Shore D sertliğine eşdeğerdir.
Hem HNBR hem de EPDM için yaşlanma sırasında sertlikte gözlenen artış, meydana gelen çapraz bağlanma reaksiyonundan, oksijen bağlanmasından kaynaklanan yüksek polariteden ve HNBR için plastikleştirici kaybından kaynaklanmaktadır.HNBR için alkil, alkoksi veya peroksi grupları aracılığıyla meydana gelen çapraz bağlanma reaksiyonları baskındır.Öte yandan EPDM, çapraz bağlanma (monomer 3 aracılığıyla) ve zincir kırma (propilen fraksiyonu) üretir.ENB bağlantılarından daha fazla propilen bağlantısı olduğu için, propilen bağlantıları oksidasyona ENB bağlantılarından daha dirençli olmasına rağmen, zincir kırma reaksiyonları baskındır. propilen bağlantılarının β-kırılmasıyla keton gruplarının.
FKM, yaşlanma sırasında esasen sertlikte bir değişiklik göstermez.
2. Dinamik mekanik analiz
EPDM ve HNBR için, tanδ zirvesi yüksek sıcaklığa doğru kaymıştır, bu da camsı geçiş sıcaklığının (Tg) yaşlandırmadan sonra arttığını gösterir.Ek olarak, yaşlandırmadan sonra HNBR ve EPDM'nin tanδ pikleri azaldı, bu da çapraz bağ yoğunluğunun arttığını ve moleküler aktivitenin azaldığını gösteriyor.150°C'de 98 gün yaşlandırmanın ardından, HNBR'nin bütil g'si 38 K artarken EPDM'nin Tg'si 15 K arttı. Contaların düşük sıcaklık sınırlama sıcaklığına yakın uygulamalarda bu koşullar dikkate alınmalıdır. Tg'nin malzemenin en düşük çalışma sıcaklığında büyük etkisi vardır.Öte yandan FKM, 150.C'de 98d yaşlandırıldıktan sonra önemli bir değişiklik göstermedi.
2. O-Ring Testi
2.1 Sertlik dağılımı
O-ring (φ10mm) filmden (φ2mm) çok daha kalın olduğundan, yaşlanma difüzyonla sınırlı oksidasyon (DLO) etkisinden etkilenir.Bu etki, dahili oksijen tüketiminin hızı, çevredeki havadan içeriye doğru difüzyon hızından daha hızlı olduğunda ortaya çıkar, bu da daha az dahili yaşlanmaya ve düzensiz yaşlanmaya neden olur.
daha az, homojen olmayan yaşlanma ile sonuçlanır, bu da yaşlanma verilerini bozar ve beklenen ömrü olduğundan fazla gösterir.Numune kesiti boyunca yapılan mikrosertlik testi, DLO etkisi hakkında daha fazla bilgi ortaya çıkarabilir.Katsayı ve sertlik doğrusal olmayan bir ilişkiye sahip olduğundan, eşit olmayan şekilde yaşlandırılmış numunelerin iç ve dış modülü arasındaki fark çok daha fazladır. numunenin yüzeyi.Bunun nedeni, dahili olarak daha az oksijen bulunduğundan homojen olmayan yaşlanmaya yol açan DLO etkisi olabilir. Etki 10 gün sonra azalır, ancak daha uzun yaşlanma sürelerinde daha belirgindir.Öte yandan, 30 günlük EPDM yaşlandırma sonrasında kesitte sertlik homojensizliği gözlenmemiştir.Bununla birlikte, DLO etkisinin neden olduğu üniform olmayan yaşlanma, 150 °C'de 101 günlük yaşlanmadan sonra da gözlendi.
2.2 Basınçlı stres gevşemesi (CSR)
Maksimum etki, Şekil 8'de gösterildiği gibi, 150°C'de gerçekleştirilen sıkıştırma gerilimi gevşeme testinin sonuçlarından gözlemlenebilir. Gevşeme, ölçülenin oranı olarak ifade edilir.
F kuvvetinin başlangıç kuvveti F'ye oranı. F kuvvetinin başlangıç kuvveti F'ye oranı. F0, test sıcaklığında 30 dakikalık gevşeme sonrasındaki kuvvet olarak tanımlanır.Her materyalden üç numune test edildi ve iyi tekrar üretilebilirlik gösterildi.EPDM %10 artık kuvvet kriterine ulaştığı için test 55 gün sonra sonlandırıldı.Gözlemlenen gevşemeler, fiziksel etkilerden (örn. dolaşıklık kayması, asılı zincir uçlarının gevşemesi) ve kimyasal reaksiyonlardan (örn. oksidatif zincir kırılması) kaynaklanmaktadır. FKM, yalnızca %75'lik küçük bir gevşeme ile yüksek sıcaklığa dayanıklı malzemesinin avantajlarını göstermiştir. 55d'den sonra.Buna karşılık, EPDM aynı anda yalnızca %10 artık kuvvete sahipti.hNBR, EPDM'den daha hızlı düşmeye başladı, ancak düşüş yaklaşık 20 gün sonra artık değişmedi.Bunun nedeni, daha fazla kuvvet tutan numunenin daha az iç yaşlanmasına neden olan DLO etkisidir.
2.3 Sıkıştırma seti (CS)
CS genellikle yaşlanma süresiyle birlikte artar çünkü çapraz bağlanma, sıkıştırma durumuyla dengede olan yeni kimyasal bağlar oluşturur.Zincir kırılması ve bağ kırılması, toparlanma yeteneğinin kaybı.Sertlik ve Tg ile karşılaştırıldığında.Yaşlanma sıcaklığındature 150'den düşük ℃, EPDM CS değeri de önemli ölçüde artar.Bunun nedeni, zincirin kırılması ve ters yönde çapraz bağlanma reaksiyonlarının yaşlanma süreci ile sertlik ve Tg'nin ölçülen değerde sadece küçük bir değişikliğe neden olmasıdır. ancak CS'ye yol açan iki tip reaksiyonun üst üste binmesi artar.Numune yaşlanma sürecinde küçülürse.CS değeri, örneğin çapraz bağlantı nedeniyle %100'ün üzerine çıkabilir.
2.4 Sızıntı oranının ölçülmesi
Sızıntı oranı, flanşta eskitilmiş bir O-ring ile ölçülür.Sızdırmazlık oranında önemli bir artış conta ömrünün sonu olarak kabul edilir.Şekil 11 gösteriyor
eskimiş bir O-Ring'in sızıntı oranının, eskimiş bir O-Ring'e kıyasla biraz iyileştiğini (azaldığını) gösterir.Bunun bir nedeni, kauçuğun zaman ve sıcaklıktan etkilenerek sızdırmazlık yüzeyinin pürüzlülüğüne daha iyi uyum sağlamasıdır.Ek olarak, yaşlandırılmış HNBR'nin sızıntı oranındaki önemli azalma, malzemenin yaşlanması sırasında çapraz bağ yoğunluğunun artmasından kaynaklanabilir, bu da 150'de 98 günlük yaşlanmadan sonra malzemeye nüfuz eden gaz moleküllerinin sayısında bir azalmaya neden olabilir. °C'de, sertlik ve DMA mekanik özellikler ve sıkıştırma kalıcı deformasyon (cS) değerlerinde 8O (HNBR) ve 94'e (EPDM) ( gösterilen sertlik ve DMA değerlerinin filmden test edildiğine dikkat edilmelidir). HNBR'nin 150°C'de eskitilmesinden sonra, O-ringlerdeki görünür DLO etkisi nedeniyle, O-ringler filme kıyasla daha küçük bir eskitme etkisi gösterdi. .Bununla birlikte, 184 gün yaşlandırmanın ardından, hem HNBR hem de EPDM için CS değerleri 100'ü aştı ve bu, O-ringlerin geri kazanım yüksekliğinin 7,5 mm'lik flanş aralığından daha az olduğunu gösteriyor.EPDM O-halkaları, 150°C'de 184 gün eskidikten sonra tamamen sızdırıyordu; bu, O-halkaları ve flanşlar arasında serbestçe akan hava olduğundan, kaçak oranı ölçülmeden önce vakumlamanın mümkün olmadığını gösteriyordu.HNBR için, O-halkaları 20°C ve 60°C'de sızdırmazdı.Bunun nedeni O-ringlerin hâlâ yapışkan olması olabilir.Bunun nedeni, O-Ring'in hala flanşa yapışık olması olabilir.Bu yapışma etkisi, sıkıştırma ile eskitilmiş yarım O-halkalar iki düz plaka arasından çıkarıldığında belirgindi.üç HNBRO halkasından biri 184d için 150°C'de eskidikten sonra 30°C'ye soğutulduğunda sızdırdı, ancak 20°C'de tekrar test edildiğinde sızıntı yapmadı.O-ring 20°C'de sızdırmıyordu.Termal büzülmenin yapışık yüzeyler arasında bir yol açması mümkündür.Ölçülen HNBR kaçak oranı büyük bir dağılıma sahiptir, bu da neden yalnızca bir O-ringin sızdırdığını açıklar ve O-ringin 150°C'de 184 gün eskidikten sonra artık kullanım için uygun olmadığı varsayılabilir.Sonuçlar, diğer özelliklerden ödün verilmiş olsa bile O-ringlerin artık daha fazla kullanım için uygun olmadığını göstermektedir.
Sonuçlar, O-ringlerin, diğer özellikler eskimeden büyük ölçüde etkilenmiş olsa bile, sızıntı yapamayacağını göstermektedir.Benzer şekilde, yalnızca 1 N/cm artık sızdırmazlık kuvvetiyle bile O-Halkası sızdırmaz kalır.Bu durum, statik koşullar altında sızıntı oranının malzeme özelliklerindeki değişim kadar hassas olmadığını ve malzeme özelliklerinde önemli bir azalmanın bile önemli bir zararlı etkisinin olmadığını göstermektedir.Artan sızıntı nedeniyle conta arızasını malzeme özellikleriyle ilişkilendirirken, arızaya kadar geçen sürenin daha kesin bir şekilde belirlenmesi gerekir.
3. Sonuçlar
HNBR, EPDM ve FKM'nin eskitme testleri O halkaları ve filmler, yaşlanma sürecinde özelliklerde önemli değişiklikler gösterdi.HNBR'nin viskoelastik kayıp faktörü olan tan(3), muhtemelen yaşlanma sürecine hakim olan çapraz bağlanma reaksiyonu nedeniyle çapraz bağlanma yoğunluğunda bir artışa neden olarak azaldı ve sertlik ve önemli ölçüde arttı.Ek olarak, HNBRO şekilli halkaların difüzyon etkisi, 125°C ve 150.C'de yaşlanma sırasında oksidatif etkileri sınırladı ve bu da, çarpık sıkıştırma gerilimi gevşeme sonuçlarıyla sonuçlandı.EPDM'nin 150°C'de yaşlandırıldığındaki sertlik ve DMA test sonuçları, HNBR'ninkine benzer, ancak daha az değişkendi.75.C, 100°C ve 125°C'de yaşlandırılan EPDM'nin sertliği biraz değişirken, sıkıştırma kalıcı deformasyonu (Cs), muhtemelen CS'yi artıran zincir kırılması ve çapraz bağlanma reaksiyonları nedeniyle, tüm yaşlandırma sıcaklıklarında önemli ölçüde arttı. ve sertlik bu yaşlanma reaksiyonlarından ters yönde etkilenmiştir.fkm, sertlikte değişiklik olmaksızın diğer malzemelere göre daha iyi yaşlanma direncine ve 150°C'de gevşeme testinde daha yüksek artık kuvvete sahipti.Sıkıştırma kalıcı deformasyonu yaşlanmadan sonra pek değişmez.Sızdırmazlık oranı testi, diğer özellikler büyük ölçüde azaltılsa bile O-ring'in sızdırmaz kaldığını gösterir.Bu, ömür sonu kriterleri seçiminin tahmin edilen ömür üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğunu ve malzeme özelliklerini içeren standart göstergelerin, statik kaçak oranı gibi bileşen işleviyle mutlaka ilgili olmayabileceğini göstermektedir.
