راهنمای اجزای لاستیکی: PU در مقابل چرخ های لاستیکی، واشر EPDM، انتخاب حلقه O

چرخ های پلی اورتان در مقابل چرخ های لاستیکی: انتخاب مواد مناسب

انتخاب مواد چرخ به طور مستقیم ظرفیت بار، حفاظت از کف، مقاومت غلتشی، سطح سر و صدا و عمر مفید را تعیین می کند. پلی اورتان (PU) و لاستیک دو انتخاب غالب الاستومری هستند برای کاستورهای صنعتی، تجهیزات جابجایی مواد و وسایل نقلیه سبک، اما آنها در محدوده سختی، مقاومت شیمیایی و رفتار سایش تفاوت اساسی دارند.

چرخ های پلی اورتان از فرمول های ایزوسیانات-پلیول ریخته گری یا قالب گیری تزریقی می شوند و می توانند در محدوده سختی Shore A از 40A تا 95A بدون تغییر در شیمی پایه تولید شوند. چرخ‌های لاستیکی از لاستیک طبیعی (NR)، لاستیک استایرن-بوتادین (SBR)، نیتریل (NBR) یا نئوپرن (CR) ولکانیزه می‌شوند که هر کدام مشخصات عملکردی مشخصی را ارائه می‌دهند. این دو ماده اغلب فضای کاربردی یکسانی را اشغال می کنند اما به ندرت بدون معاوضه قابل تعویض هستند.

تصمیم معمولاً به نوع طبقه و بار بستگی دارد. چرخ‌های پلی‌اورتان در کف‌های بتنی سخت و صاف تحت بارهای سنگین عملکرد بهتری از لاستیک دارند ، مقاومت غلتشی به طور قابل توجهی کمتر و عمر آج طولانی تر را ارائه می دهد. چرخ‌های لاستیکی بر روی سطوح ناهموار یا ناهموار، در محیط‌های سردخانه‌ای که PU شکننده می‌شود، ترجیح داده می‌شوند، و در هر جایی که باید از علامت‌گذاری کف کاملاً اجتناب شود - برخی از ترکیبات لاستیکی حتی تحت بارهای سنگین که باعث انتقال مواد توسط چرخ PU می‌شود، باقی نمی‌ماند.

در محیط‌های مرطوب، پلی‌اورتان مبتنی بر اتر بر PU مبتنی بر استر ترجیح داده می‌شود، زیرا پیوندهای استری در تماس طولانی‌مدت با آب هیدرولیز می‌شوند و منجر به لایه‌لایه شدن و ترک خوردن می‌شوند. چرخ‌های لاستیکی طبیعی و SBR آب محدودی را جذب می‌کنند و چسبندگی را حفظ می‌کنند، اما می‌توانند در غوطه‌وری پایدار کمی متورم شوند.

واشر لاستیکی EPDM : خواص و کاربردها

لاستیک اتیلن پروپیلن دی ان مونومر (EPDM) ماده انتخابی برای واشر و مهر و موم در محیط های بیرونی، دمای بالا و محیط های در معرض مواد شیمیایی است که در آن لاستیک طبیعی، نیتریل یا نئوپرن زودتر تجزیه می شود. ستون فقرات پلیمری اشباع آن - جزء دی ان تنها 3 تا 8 درصد از زنجیره را تشکیل می دهد و صرفاً به عنوان محل اتصال عرضی استفاده می شود - به EPDM مقاومت استثنایی در برابر ازن، تابش UV و اکسیداسیون می دهد که باعث ایجاد ترک سریع در لاستیک های غیر اشباع می شود.

ویژگی های کلیدی عملکرد واشر EPDM:

• محدوده دما: -50 درجه سانتیگراد تا 150 درجه سانتیگراد مداوم، با گشت و گذارهای کوتاه مدت تا 175 درجه سانتیگراد در سرویس بخار. این باعث می شود EPDM ماده واشر استاندارد برای سیستم های خنک کننده خودرو، کانال های HVAC و فلنج های ژاکت بخار باشد.
• مقاومت در برابر آب و بخار: EPDM حداقل آب را جذب می کند و در برابر تورم در آب داغ و بخار کم فشار مقاومت می کند. این ماده غالب برای اتصالات و اتصالات لوله آب آشامیدنی تحت گواهینامه NSF/ANSI 61 است.
• مقاومت شیمیایی: در برابر اسیدهای رقیق، قلیایی ها، کتون ها، الکل ها و مایعات هیدرولیکی استر فسفات عالی است. مقاومت ضعیف در برابر روغن‌های نفتی، سوخت‌ها و حلال‌های معطر - واشرهای NBR یا فلوئوروالاستومری باید در کاربردهای تماس با روغن مشخص شوند.
• مجموعه فشرده سازی: EPDM فرموله شده با پراکسید به خوبی پس از 70 ساعت در دمای 150 درجه سانتیگراد (روش B ASTM D395) به مقادیر فشرده سازی 15 تا 30 درصد دست می یابد و از حفظ طولانی مدت نیروی آب بندی بدون شل شدن اطمینان می دهد.
• هوازدگی در فضای باز: واشرهای EPDM خواص مکانیکی خود را پس از 10 سال قرار گرفتن در معرض در فضای باز بدون تثبیت کننده های UV حفظ می کنند و آنها را برای سیستم های شیشه ای دیوار پرده ای، درزهای غشایی سقف و درزگیر درب واگن راه آهن استاندارد می کند.

واشرهای EPDM در پروفیل های ورقه ای، نواری، قالبی و اکسترود شده موجود هستند. EPDM اسفنجی (منبسط شده) در مواردی استفاده می شود که سازگاری با سطوح نامنظم بیشتر از مقاومت فشاری بالا مهم است - معمولاً در مهر و موم درب محفظه و اتصالات پانل که بار پیچ و مهره محدود است. EPDM جامد برای واشرهای صفحه فلنج و کوپلینگ های لوله که در آن تنش نشستن باید در چرخه های طولانی سرویس حفظ شود، مشخص شده است.

حلقه های سیلیکونی در مقابل حلقه های لاستیکی: زمانی که شیمی مواد باعث افزایش عملکرد آب بندی می شود

انتخاب مواد اورینگ یکی از مهم ترین تصمیمات در طراحی آب بندی سیال است. الاستومر اشتباه در یک کاربرد دینامیک یا در دمای بالا منجر به تورم، شکست مجموعه فشرده سازی، حمله شیمیایی یا اکستروژن می شود که هر کدام منجر به نشت یا خرابی سیستم می شود. اورینگ های سیلیکونی و لاستیکی از نظر شکل و عملکرد مشابه به نظر می رسند اما از نظر ساختار پلیمری، خواص مکانیکی و سازگاری شیمیایی با یکدیگر تفاوت اساسی دارند.

اورینگ سیلیکونی (VMQ - وینیل متیل سیلیکون) از ستون فقرات Si-O به جای ستون فقرات کربنی استفاده می کند. پیوند Si-O ذاتاً از نظر حرارتی پایدارتر از پیوندهای C-C است و به سیلیکون مقاومت دمایی آن از -60 درجه سانتیگراد تا 230 درجه سانتیگراد مداوم (و تا 260 درجه سانتیگراد برای گریدهای فلوئوروسیلیکون) می دهد. سیلیکون همچنین از نظر فیزیولوژیکی خنثی است و آن را به استانداردی برای مهر و موم های فرآوری مواد غذایی، دارویی و تجهیزات پزشکی تبدیل می کند که به FDA 21 CFR 177.2600 یا USP Class VI نیاز دارند.

با این حال، سیلیکون دو نقطه ضعف قابل توجه در کاربردهای آب بندی دینامیکی دارد: استحکام کششی کم (5 تا 10 مگاپاسکال در مقابل 15 تا 25 مگاپاسکال برای NBR) و مقاومت پارگی ضعیف تحت حرکت رفت و برگشتی یا چرخشی، اورینگ های سیلیکونی سریعتر از جایگزین های NBR، EPDM، یا FKM سائیده می شوند. در سیل استاتیک یا برنامه های با چرخه پایین این محدودیت ها به ندرت مواجه می شوند.

اورینگ لاستیکی خانواده گسترده‌ای را پوشش می‌دهد: NBR (نیتریل) پرمصرف‌ترین است، با مقاومت عالی در برابر روغن‌های نفتی، سوخت‌ها و سیالات هیدرولیک معدنی در دمای -40 تا 120 درجه سانتی‌گراد. EPDM در خدمات آب، بخار و ازن برتری دارد. نئوپرن (CR) مقاومت متوسطی در برابر روغن و آب و هوا ایجاد می کند. و FKM (Viton) تهاجمی ترین محیط های شیمیایی و دمایی (تا 200 درجه سانتیگراد مداوم) را کنترل می کند. انتخاب صحیح کاملاً به محیط سیال، فشار، دما و ایستا یا دینامیک بودن کاربرد بستگی دارد.

• از سیلیکون در موارد زیر استفاده کنید: درجه حرارت شدید غالب است، رعایت مواد غذایی/پزشکی مورد نیاز است، مهر و موم ثابت است، یا انعطاف پذیری در دمای پایین بسیار مهم است.
• از لاستیک NBR در موارد زیر استفاده کنید: تماس روغن نفت، سوخت یا مایع هیدرولیک معدنی در یک کاربرد دینامیکی وجود دارد
• از EPDM زمانی استفاده کنید که: آب داغ، بخار، خنک کننده گلیکول، یا قرار گرفتن در معرض ازن در فضای باز چالش آب بندی است
• وقتی از FKM (Viton) استفاده کنید: هم دمای بالا و هم محیط های شیمیایی تهاجمی به طور همزمان وجود دارند

سیلیکون هرگز نباید در تماس با مایعات مبتنی بر نفت، بخار بالای 120 درجه سانتیگراد (که ستون فقرات Si-O را هیدرولیز می کند) یا اسیدهای غلیظ استفاده شود. در این محیط ها، ترکیبات لاستیکی که به طور خاص برای رسانه های خدماتی فرموله شده اند، علی رغم سقف های حرارتی پایین تر، به طور مداوم از سیلیکون بهتر عمل می کنند.

اجزای لاستیکی قالب‌گیری شده: طراحی، فرآیند و ملاحظات مواد

اجزای لاستیکی قالب‌گیری شده - از جمله مهر و موم‌ها، گیره‌ها، جداکننده‌های ارتعاش، ضربه‌گیرها، چکمه‌های گرد و غبار، دیافراگم‌ها و پروفیل‌های سفارشی - از طریق سه روش قالب‌گیری اولیه تولید می‌شوند که هر کدام برای هندسه‌ها، حجم‌ها و انواع مواد متفاوت هستند.

• قالب گیری فشاری: یک لایه لاستیکی از پیش وزن شده (پریفرم) در یک حفره قالب باز قرار می گیرد، قالب تحت نیروی پرس هیدرولیک بسته می شود و حرارت باعث ولکانیزاسیون می شود. کندترین روش در بین سه روش (زمان چرخه 3 تا 15 دقیقه بسته به ضخامت مقطع و ترکیب)، اما از کم هزینه ترین ابزار استفاده می کند و عملاً هیچ تنش داخلی در قسمت تمام شده ایجاد نمی کند. استاندارد برای اجزای با سطح مقطع بزرگ، جداکننده‌های دیواره ضخیم، و موادی که فرآیند تزریق آنها دشوار است (مانند ترکیبات اسفنجی EPDM).
• قالب گیری انتقالی: لاستیک در یک گلدان در بالای حفره های قالب بارگذاری می شود و از طریق کانال های اسپرو به داخل حفره های بسته تحت فشار قوچ منتقل می شود. سازگاری ابعادی بهتر از قالب‌گیری فشرده و قابلیت قالب‌گیری درج‌ها (فلز یا پلاستیک) در محل. هزینه ابزار متوسط ​​است. روش ارجح برای حلقه های O دقیق، مهر و موم های کوچک، و اجزای اتصال لاستیکی به فلز در حجم تولید متوسط.
• قالب گیری تزریقی: ترکیب لاستیکی در یک بشکه گرم شده پلاستیکی شده و با سرعت بالا به یک قالب کاملاً بسته و گرم تزریق می شود. کوتاه ترین زمان چرخه (30-90 ثانیه برای قطعات کوچک)، بالاترین دقت ابعادی، و بهترین مناسب برای تولید با حجم بالا از هندسه های پیچیده. به بالاترین سرمایه‌گذاری ابزارآلات، اما کمترین هزینه برای هر قطعه در مقیاس نیاز دارد. برای مهر و موم خودرو، اجزای دستگاه های پزشکی و دستگیره های محصولات مصرفی که در میلیون ها واحد در سال تولید می شود استفاده می شود.

دستورالعمل‌های طراحی حیاتی برای قطعات لاستیکی قالب‌گیری شده عبارتند از:

• زوایای پیش نویس: برای رهاسازی قالب تمیز بدون پارگی یا اعوجاج، حداقل 3 تا 5 درجه بادکش روی تمام دیوارهای عمودی لازم است، به ویژه برای قطعاتی با پروفیل های پیچیده یا درج های فلزی به هم چسبیده.
• خطوط فلش: خط جداسازی قالب یک فلاش نازک ایجاد می کند که باید با فلاش زدن (غلت زدن برودتی، پیرایش دستی یا لیزر) از بین برود. طراحی قطعه باید خطوط جداسازی را در مناطق غیر بحرانی آب بندی در صورت امکان قرار دهد.
• تحمل: تلورانس های لاستیکی قالب گیری شده از استانداردهای ASTM D3568 یا DIN 7715 پیروی می کنند. تلورانس های قابل دستیابی معمولی 0.2± میلی متر برای ویژگی های کوچک و ± 0.5-1.0٪ از ابعاد برای مقاطع بزرگتر است که منعکس کننده تنوع ابعادی ذاتی در انقباض ولکانیزاسیون است (معمولاً 1.5-3٪ برای اکثر ترکیبات).
• اتصال لاستیک به فلز: درج های فلزی با سنگ ریزه آماده می شوند و قبل از قالب گیری با Chemlok یا عامل پیوند دهنده معادل آن پر می شوند. آزمایش استحکام باند بر اساس ASTM D429 باید برای کاربردهای حیاتی ایمنی که در آن شکست چسب باعث از بین رفتن قطعه می شود، مشخص شود.

سوالات متداول

• آیا چرخ های پلی یورتان کف انبار را علامت می زنند یا به آن آسیب می رسانند؟

  فرمول‌های سخت‌تر پلی‌اورتان (بالاتر از 90 Shore A) می‌توانند روی کف‌های بتنی با پوشش اپوکسی یا صیقلی، به‌ویژه هنگام چرخش تحت بار، آثاری از خود به جای بگذارند. درجات نرمتر PU (70-85A) معمولاً طبقات را در شرایط نورد معمولی علامت گذاری نمی کنند. فرمول‌های بدون علامت‌گذاری از اکثر تولیدکنندگان در دسترس هستند، بدون کربن بلک یا سایر رنگدانه‌هایی که به سطوح کف منتقل می‌شوند. اگر علامت گذاری کف یک الزام مطلق است، چرخ های لاستیکی طبیعی یا لاستیک ترموپلاستیک (TPR) که دارای علامت گذاری نیستند، ایمن ترین مشخصات هستند.

• آیا می توان از واشر EPDM با مبرد استفاده کرد؟

  EPDM با چندین مبرد از جمله R-134a و آمونیاک (R-717) سازگار است، اما با R-22، R-410A و اکثر ترکیبات HFC در کاربردهای فشار بالا که مبرد می تواند در واشر نفوذ کند و باعث کاهش فشار انفجاری شود، عملکرد ضعیفی دارد. HNBR (نیتریل هیدروژنه) یا FKM برای کاربردهای آب بندی مبرد HFC مناسب تر است. همیشه سازگاری را با داده های سازگاری الاستومری سازنده مبرد در فشار و دمای عملیاتی بررسی کنید.

• چرا اورینگ سیلیکونی من در روغن هیدرولیک متورم می شود؟

  سیلیکون مقاومت ضعیفی در برابر سیالات هیدرولیک مبتنی بر نفت دارد. مولکول‌های روغن غیرقطبی در شبکه سیلیکونی قطبی پخش می‌شوند و بسته به نوع و دما روغن، تورم حجمی 20 تا 50 درصد یا بیشتر ایجاد می‌کنند. این تورم باعث افزایش سطح مقطع اورینگ می شود، ممکن است باعث اکستروژن شیار شود و پس از تکرار سیکل های مرطوب-خشک منجر به تغییر ابعاد دائمی و از دست دادن نیروی آب بندی می شود. اورینگ های سیلیکونی را در سرویس روغن هیدرولیک با NBR (برای روغن معدنی) یا FKM (برای سیالات هیدرولیک مصنوعی و سرویس در دمای بالا) جایگزین کنید.

• کدام ترکیب لاستیکی برای پایه های جداکننده لرزش در فضای باز بهتر است؟

  لاستیک طبیعی (NR) دارای بالاترین قابلیت ارتجاعی و عمر خستگی نسبت به الاستومرها است و از نظر عملکرد دینامیکی بهترین انتخاب برای جداکننده‌های لرزش است. با این حال، NR در ازن و قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش بدون افزودنی های آنتی اوزونانت تجزیه می شود. برای کاربردهای خارج از منزل، NR مخلوط شده با EPDM یا کلروپرن (CR)، یا EPDM به تنهایی، مقاومت لازم در برابر آب و هوا را در حالی که خواص دینامیکی کافی را حفظ می کند، فراهم می کند. اگر آلودگی روغن در محیط بیرون امکان پذیر باشد، نئوپرن (CR) انتخاب بهتری نسبت به NR خالص یا EPDM است.

• زمان معمول برای قطعات لاستیکی قالب گیری سفارشی چقدر است؟

  زمان تولید قطعات لاستیکی قالب‌گیری شده سفارشی به دو مرحله تقسیم می‌شود: ابزارسازی و تولید. ابزارسازی قالب فشرده برای یک قطعه ساده معمولاً 3 تا 5 هفته طول می کشد. قالب‌های انتقال یا تزریق با تحمل‌های سخت‌تر یا حفره‌های متعدد به 6 تا 10 هفته نیاز دارند. زمان تولید پس از تأیید ابزار معمولاً 2 تا 4 هفته برای ترکیبات استاندارد است. مجموع زمان ارائه مقاله اول 8 تا 14 هفته برای قطعات قالب‌گیری سفارشی جدید معمول است. سرویس‌های ابزارسازی سریع می‌توانند این را با هزینه ابزار بالاتر به 4 تا 6 هفته کاهش دهند، و بسیاری از تولیدکنندگان قالب‌های هندسی استاندارد (اورینگ، واشر تخت، گرومت) را برای تحویل بسیار سریع‌تر نگهداری می‌کنند.