Часто задаваемые вопросы о герметичности эластомеров в мембранных клапанах
Причины утечек после длительного срока эксплуатации
Здесь вы найдете ответы на вопросы, которые нам часто задают о герметичности мембранных клапанов.
Если у вас есть конкретный вопрос, напишите нам по электронной почте, мы будем рады вам помочь.
Почему мембранные клапаны со временем теряют свою герметичность?
Мембранные клапаны являются основными уплотнительными элементами в гигиенических и промышленных применениях. Их функциональная надежность в значительной степени зависит от свойств используемого эластомера.
Однако под воздействием постоянных термических и механических нагрузок, например, в результате повторяющихся циклов SIP, типичные свойства этого материала изменяются. Эти изменения происходят в зависимости от времени и являются характерными для эластомеров.
Поэтому утечки не обязательно возникают из-за ошибок монтажа или неправильного проектирования, а могут быть результатом типичных для материала процессов релаксации и деформации.
Какие процессы, характерные для материала, влияют на герметичность уплотнения?
Если эластомер подвергается длительной нагрузке, его деформация не остается постоянной. Напротив, она постепенно увеличивается. Это явление описывается эффектами ползучести и релаксации напряжений. Причина заключается во взаимодействии физических и химических факторов, в частности, в вязкоупругих свойствах и молекулярной структуре материала.
Вязкоупругость и молекулярная перестройка
Эластомеры являются вязкоупругими. При деформации часть приложенной энергии сохраняется, а другая часть рассеивается.
Длинные полимерные цепи сшиты между собой и частично переплетены. Эта структура влияет на поведение материала под нагрузкой. Скорость и характер молекулярной перестройки зависят, в частности, от:
- химической структуры
- продолжительности нагрузки
- Температур
- скорости деформации
Остаточная деформация при сжатии (Compression Set)
Остаточная деформация под давлением описывает степень, в которой эластомер возвращается в исходное состояние после длительной деформации. Низкое значение означает хорошую упругость.
Часто низкий показатель остаточной деформации сопровождается более высокой степенью сшивания. Такая структура материала может снижать его устойчивость к растрескиванию при высоких механических нагрузках.
Какие последствия это имеет в практической деятельности?
Релаксация напряжения и потеря уплотняющей способности
Релаксация напряжения означает зависимое от времени снижение механического напряжения, накопленного в эластомере. В мембранном клапане этот эффект проявляется в виде постоянного снижения силы контактного уплотнения. С увеличением срока эксплуатации мембрана теряет свое первоначальное предварительное напряжение, в результате чего уплотняющее действие может ослабевать.
Дотягивание как краткосрочная мера
После первого теплового цикла дотягивание может частично компенсировать утраченную уплотняющую силу. Это позволяет краткосрочно снизить риск внешней утечки. Однако основная проблема остается. Релаксация напряжения продолжается, поэтому с увеличением времени эксплуатации требуются более высокие силы дотягивания.
Механическая перегрузка и образование трещин
Повторное или сильное затягивание значительно увеличивает механическую нагрузку. Особенно в местах конструкционных переходов и зажимов возникают высокие локальные напряжения. При превышении предела нагрузки сначала появляются микротрещины, которые со временем распространяются и в конечном итоге могут привести к появлению видимых трещин и выходу мембраны из строя.
Какие конструктивные последствия это влечет за собой – и как эта проблема решена в GOETZE?
Из типичных свойств эластомеров можно сделать вывод, что постоянную надежную герметичность невозможно обеспечить только за счет дотягивания или оптимизации отдельного параметра материала. Решающее значение имеет конструктивное исполнение уплотнительного устройства в мембранном клапане. Только так можно надежно предотвратить утечки и преждевременное повреждение мембраны.
Мембранные клапаны GOETZE обладают запатентованным конструктивным преимуществом в системе уплотнения. Встроенная в привод напорная втулка из нержавеющей стали выполняет функцию механического компенсатора и обеспечивает постоянное сжатие мембраны.
Таким образом, оптимизируется не отдельный параметр, а учитывается взаимодействие свойств эластомера, предварительного напряжения и механической нагрузки. Цель — обеспечить стабильную герметичность даже при термических и механических нагрузках.
Основные вопросы и ответы о герметичности эластомеров в мембранных клапанах
Мембранные клапаны выполняют важную функцию уплотнения в гигиенических и промышленных применениях. Эта функция в значительной степени зависит от свойств используемого эластомера. Однако под воздействием постоянных термических и механических нагрузок, например, в результате повторяющихся циклов SIP, типичные свойства этого материала изменяются.
Эти изменения, зависящие от времени, могут в долгосрочной перспективе привести к потере уплотняющей функции. Поэтому утечки не обязательно возникают из-за неправильной сборки, а могут быть следствием типичных для материала эффектов старения и релаксации.
Если эластомер подвергается длительной механической нагрузке, его деформация не остается постоянной. Напротив, она постепенно увеличивается. Это явление описывается эффектами ползучести и релаксации напряжений. Причина заключается во взаимодействии физических и химических факторов. Решающее значение имеют вязкоупругие свойства материала и его молекулярная структура. Еще одним важным показателем является так называемая остаточная деформация при сжатии (Compression Set), которая указывает, насколько сильно эластомер восстанавливает свою первоначальную форму после длительной деформации.
Эластомеры, как правило, являются вязкоупругими. Это означает, что при деформации часть приложенной энергии сохраняется в материале, а другая часть рассеивается.
Полимерные цепи эластомера сшиты между собой и частично переплетены. Такая структура обеспечивает эластичность, но в то же время ограничивает подвижность цепей. Скорость и характер молекулярной перестройки зависят, в частности, от:
- химической структуры эластомера
- продолжительности нагрузки
- температур
- скорости деформации
Эти факторы определяют, насколько сильно и быстро механические свойства изменяются с течением времени.
Релаксация напряжения описывает зависимое от времени снижение механического напряжения, накопленного в эластомере. В мембранном вентиле этот эффект приводит к тому, что первоначально приложенное предварительное напряжение мембраны непрерывно снижается. Сила контактного уплотнения снижается с увеличением срока эксплуатации, что может привести к снижению уплотняющего эффекта. Таким образом, утечки могут возникать даже в том случае, если вентиль был правильно смонтирован и рассчитан вначале.
После первого теплового цикла дотягивание соединения может частично компенсировать потерю уплотняющей силы. Это позволяет краткосрочно снизить риск внешней утечки. Однако это не решает основную проблему. Релаксация напряжения эластомера продолжается. С увеличением времени эксплуатации для поддержания уплотняющего эффекта требуются все более высокие силы дотягивания.
Повторное или сильное затягивание значительно увеличивает механическую нагрузку на мембрану. Особенно в местах конструкционных переходов и зажимов возникают высокие локальные напряжения. При превышении предела нагрузки эластомера начинается усталость материала. Сначала образуются микротрещины, которые со временем распространяются. В результате появляются видимые трещины, которые в конечном итоге могут привести к выходу мембраны из строя.
Остаточная деформация под давлением указывает, в какой степени эластомер возвращается в свою первоначальную форму после длительной деформации. Низкое значение означает хорошую восстанавливаемость. Низкий остаточный отпечаток от давления часто сопровождается более высокой степенью сшивания материала. Однако такая структура может снижать устойчивость к растрескиванию при высоких механических нагрузках. В этом случае материал реагирует не столько упругой деформацией, сколько образованием трещин.
Материал с очень хорошей восстанавливаемостью может быть одновременно более жестким и менее амортизирующим. Это снижает способность снимать локальные пики напряжения. Именно при дотягивании возникают локальные очень высокие напряжения. Если эластомер не может в достаточной степени поглотить и распределить эту энергию, нагрузка концентрируется в материале. Следствием этого может быть образование трещин. Таким образом, низкий показатель остаточной деформации при сжатии не означает автоматически более высокую долговечность при любых условиях нагрузки.
Долговременную надежную герметичность невозможно обеспечить только за счет дотягивания или выбора отдельного параметра материала. Решающее значение имеет конструктивное решение системы уплотнения в мембранном клапане, как в случае запатентованного решения в мембранных клапанах GOETZE. Только так можно надежно предотвратить утечки и преждевременное повреждение мембраны.