Руководство по резиновым компонентам: колеса из полиуретана и резины, прокладки из EPDM, выбор уплотнительных колец

Полиуретановые колеса против резиновых: выбор правильного материала

Выбор материала колес напрямую определяет грузоподъемность, защиту пола, сопротивление качению, уровень шума и срок службы. Полиуретан (ПУ) и резина являются двумя доминирующими эластомерами. для промышленных роликов, погрузочно-разгрузочного оборудования и легковых автомобилей, но они существенно различаются по диапазону твердости, химической стойкости и характеристикам износа.

Полиуретановые колеса отливаются или отливаются методом литья под давлением из изоцианатно-полиольных составов и могут производиться с твердостью по Шору А от 40А до 95А без изменения химического состава основы. Резиновые колеса вулканизируются из натурального каучука (NR), бутадиен-стирольного каучука (SBR), нитрила (NBR) или неопрена (CR), каждый из которых имеет свой собственный профиль производительности. Эти два материала часто занимают одно и то же пространство применения, но редко являются взаимозаменяемыми без компромиссов.

Решение обычно зависит от типа пола и нагрузки. Полиуретановые колеса превосходят резиновые на твердых, гладких бетонных полах при больших нагрузках. , что обеспечивает значительно более низкое сопротивление качению и более длительный срок службы протектора. Резиновые колеса предпочтительнее использовать на грубых или неровных поверхностях, в условиях холодного хранения, где полиуретан становится хрупким, и везде, где необходимо полностью избегать разметки пола — некоторые резиновые смеси не оставляют следов даже при тяжелых нагрузках, которые могут привести к переносу материала полиуретановым колесом.

Во влажных средах полиуретан на основе эфира предпочтительнее полиуретана на основе сложного эфира, поскольку сложноэфирные связи гидролизуются при длительном контакте с водой, что приводит к расслоению и растрескиванию. Колеса из натурального каучука и SBR поглощают ограниченное количество воды и сохраняют сцепление с дорогой, но могут слегка набухать при длительном погружении.

Резиновые прокладки EPDM : Свойства и применение

Этилен-пропилен-диен-мономерный каучук (ЭПДМ) является предпочтительным материалом для прокладок и уплотнений на открытом воздухе, в условиях высоких температур и в условиях химического воздействия, где натуральный каучук, нитрил или неопрен могут преждевременно разлагаться. Его насыщенная полимерная основная цепь (диеновый компонент составляет всего 3–8% цепи и используется исключительно в качестве места сшивки) придает EPDM исключительную устойчивость к озону, УФ-излучению и окислению, которые вызывают быстрое растрескивание ненасыщенных каучуков.

Основные эксплуатационные характеристики прокладок EPDM:

• Диапазон температур: от −50°C до 150°C непрерывно, с кратковременными подъемами до 175°C при работе с паром. Это делает EPDM стандартным материалом прокладок для автомобильных систем охлаждения, воздуховодов HVAC и фланцев паровых рубашек.
• Устойчивость к воде и пару: EPDM впитывает минимальное количество воды и устойчив к набуханию в горячей воде и паре низкого давления. Это основной материал для муфт и фитингов для труб питьевой воды, сертифицированных по стандарту NSF/ANSI 61.
• Химическая стойкость: Отлично справляется с разбавленными кислотами, щелочами, кетонами, спиртами и гидравлическими жидкостями на основе эфиров фосфорной кислоты. Плохая стойкость к нефтяным маслам, топливу и ароматическим растворителям. При контакте с маслом необходимо использовать прокладки из NBR или фторэластомера.
• Набор сжатия: Правильно составленный EPDM, отверждаемый перекисью, достигает значений остаточной деформации при сжатии 15–30% через 70 часов при температуре 150°C (ASTM D395, метод B), обеспечивая долгосрочное сохранение усилия уплотнения без ослабления.
• Наружное выветривание: Прокладки из EPDM сохраняют механические свойства после 10 лет воздействия на открытом воздухе без УФ-стабилизаторов, что делает их стандартными для систем навесного остекления, швов кровельных мембран и уплотнений дверей железнодорожных вагонов.

Прокладки из EPDM доступны в листах, полосах, формованных и экструдированных профилях. Губчатый (расширенный) EPDM используется там, где прилегание к неровным поверхностям имеет большее значение, чем высокая прочность на сжатие, что типично для уплотнений дверей шкафов и соединений панелей, где нагрузка на болты ограничена. Твердый EPDM предназначен для прокладок торцевых поверхностей фланцев и трубных муфт, где напряжение посадки должно сохраняться в течение продолжительных циклов эксплуатации.

Силиконовые и резиновые уплотнительные кольца: когда химический состав материала влияет на эффективность уплотнения

Выбор материала уплотнительного кольца является одним из наиболее важных решений при проектировании уплотнений для жидкости. Неправильный эластомер при динамических или высокотемпературных применениях приводит к набуханию, отказу от сжатия, химическому воздействию или экструзии — каждое из этих явлений приводит к утечке или отказу системы. Силиконовые и резиновые уплотнительные кольца кажутся похожими по форме и функциям, но принципиально различаются по своей полимерной структуре, механическим свойствам и химической совместимости.

Силиконовые уплотнительные кольца (VMQ — винилметилсиликон) используют основу Si–O, а не углеродную основу. Связь Si-O по своей природе более термически стабильна, чем связи C-C, что придает силикону характерную термостойкость от -60 ° C до 230 ° C в непрерывном режиме (и до 260 ° C для марок фторсиликона). Силикон также физиологически инертен, что делает его стандартом для уплотнений пищевой, фармацевтической и медицинской техники, требующих соответствия FDA 21 CFR 177.2600 или USP Class VI.

Однако силикон имеет два существенных недостатка в динамических уплотнениях: низкая прочность на разрыв (5–10 МПа против 15–25 МПа у NBR) и плохая устойчивость к разрыву. При возвратно-поступательном или вращательном движении силиконовые уплотнительные кольца изнашиваются быстрее, чем альтернативы из NBR, EPDM или FKM. В статическом торцевом уплотнении или приложениях с малым циклом эти ограничения встречаются редко.

Резиновые уплотнительные кольца охватывает широкое семейство: наиболее широко используется NBR (нитрил), обладающий превосходной стойкостью к нефтяным маслам, топливу и минеральным гидравлическим жидкостям при температуре от –40°C до 120°C; EPDM превосходно справляется с работой с водой, паром и озоном; неопрен (CR) обеспечивает умеренную устойчивость к маслам и атмосферным воздействиям; и FKM (Витон) выдерживает самые агрессивные химические и температурные среды (постоянная температура до 200°C). Правильный выбор полностью зависит от текучей среды, давления, температуры и того, является ли применение статическим или динамическим.

• Используйте силикон, когда: преобладают экстремальные температуры, требуется соблюдение требований пищевой/медицинской безопасности, уплотнение статично или гибкость при низких температурах имеет решающее значение.
• Используйте резину NBR, когда: В динамическом применении присутствует контакт с нефтяным маслом, топливом или минеральной гидравлической жидкостью.
• Используйте EPDM, когда: горячая вода, пар, гликолевая охлаждающая жидкость или воздействие озона на открытом воздухе являются проблемой герметизации
• Используйте FKM (Витон), когда: одновременно присутствуют как высокотемпературные, так и агрессивные химические среды

Силикон никогда не следует использовать в контакте с жидкостями на нефтяной основе, паром с температурой выше 120°C (который гидролизует основную цепь Si–O) или концентрированными кислотами. В таких условиях резиновые смеси, специально разработанные для рабочих сред, будут неизменно превосходить силикон, несмотря на более низкие температурные потолки.

Формованные резиновые детали: аспекты проектирования, процесса и материалов

Формованные резиновые компоненты, включая уплотнения, втулки, виброизоляторы, отбойники, пыльники, диафрагмы и специальные профили, производятся с помощью трех основных методов формования, каждый из которых подходит для различной геометрии, объема и типа материала.

• Прессование: Предварительно взвешенная резиновая заготовка (преформа) помещается в открытую полость формы, форма закрывается под действием силы гидравлического пресса, а тепло вызывает вулканизацию. Самый медленный из трех методов (время цикла 3–15 минут в зависимости от толщины сечения и состава), но при этом используется наименее дорогой инструмент и практически не возникает внутренних напряжений в готовой детали. Стандарт для компонентов с большим поперечным сечением, толстостенных изоляторов и материалов, которые трудно обрабатывать литьем под давлением (например, губчатых компаундов EPDM).
• Трансферное формование: Каучук загружается в ванну над полостями формы и проталкивается через каналы литника в закрытые полости под давлением плунжера. Лучшая размерная стабильность, чем при компрессионном формовании, и возможность формования вставок (металлических или пластиковых) на месте. Стоимость оснастки средняя. Предпочтительный метод для прецизионных уплотнительных колец, небольших уплотнений и компонентов, связанных резиной с металлом, в средних объемах производства.
• Литье под давлением: Резиновая смесь пластифицируется в нагретой бочке и впрыскивается с высокой скоростью в полностью закрытую нагретую форму. Самое короткое время цикла (30–90 секунд для мелких деталей), высочайшая точность размеров и лучше всего подходит для крупносерийного производства сложной геометрии. Требуются самые большие инвестиции в оснастку, но самая низкая стоимость детали в масштабе. Используется для автомобильных уплотнений, компонентов медицинского оборудования и ручек для потребительских товаров, выпускаемых миллионами единиц в год.

К критическим рекомендациям по проектированию формованных резиновых деталей относятся:

• Углы уклона: Минимальный уклон 3–5° на всех вертикальных стенках необходим для чистого извлечения формы без разрывов и деформаций, особенно для деталей со сложным профилем или приклеенных металлических вставок.
• Флэш-строки: Линия разъема формы создает тонкий заусенец, который необходимо удалить путем удаления заусенцев (криогенной галтовкой, ручной обрезкой или лазером). При проектировании детали линии разъема должны располагаться там, где это возможно, в некритических зонах уплотнения.
• Толерантность: Допуски на формованную резину соответствуют стандартам ASTM D3568 или DIN 7715. Типичные достижимые допуски составляют ± 0,2 мм для мелких элементов и ± 0,5–1,0% размера для больших поперечных сечений, что отражает изменчивость размеров, присущую усадке при вулканизации (обычно 1,5–3% для большинства соединений).
• Соединение резины с металлом: Металлические вставки подготавливаются пескоструйной обработкой и перед формовкой грунтуются Chemlok или эквивалентным связующим веществом. Испытание прочности соединения согласно ASTM D429 должно быть указано для критически важных с точки зрения безопасности применений, где разрушение клея может привести к потере детали.

Часто задаваемые вопросы

• Оставляют ли полиуретановые колеса следы или повреждают полы склада?

  Более твердые полиуретановые составы (с твердостью более 90 по Шору А) могут оставлять следы на покрытых эпоксидной смолой или полированных бетонных полах, особенно при повороте под нагрузкой. Более мягкие марки полиуретана (70–85А) обычно не оставляют следов на полу при нормальных условиях катания. Не оставляющие следов составы доступны у большинства производителей и не содержат технического углерода или других пигментов, переносящихся на поверхность пола. Если разметка пола является абсолютным требованием, наиболее безопасными являются колеса из натурального каучука или термопластической резины (TPR), не оставляющие следов.

• Можно ли использовать прокладки из EPDM с хладагентами?

  EPDM совместим с несколькими хладагентами, включая R-134a и аммиак (R-717), но плохо работает с R-22, R-410A и большинством смесей HFC в системах с высоким давлением, где хладагент может проникнуть через прокладку и вызвать взрывную декомпрессию при разгерметизации. HNBR (гидрированный нитрил) или FKM больше подходят для герметизации хладагентов HFC. Всегда проверяйте совместимость с данными о совместимости эластомеров производителя хладагента при рабочем давлении и температуре.

• Почему мое силиконовое уплотнительное кольцо набухает в гидравлическом масле?

  Силикон имеет плохую устойчивость к гидравлическим жидкостям на нефтяной основе. Молекулы неполярного масла диффундируют в полярную силиконовую сетку, вызывая объемное разбухание на 20–50% и более в зависимости от типа масла и температуры. Это набухание увеличивает поперечное сечение уплотнительного кольца, может вызвать экструзию канавок и после повторных циклов влажно-сухой приводит к необратимым изменениям размеров и потере силы уплотнения. Замените силиконовые уплотнительные кольца при работе с гидравлическим маслом на NBR (для минерального масла) или FKM (для синтетических гидравлических жидкостей и работы при высоких температурах).

• Какая резиновая смесь лучше всего подходит для креплений виброизолятора на открытом воздухе?

  Натуральный каучук (NR) обладает самой высокой упругостью и усталостной долговечностью среди всех эластомеров и остается лучшим выбором для виброизоляторов с точки зрения динамических характеристик. Однако без антиозонирующих добавок NR разлагается под воздействием озона и ультрафиолета. Для наружного применения смесь NR с EPDM или хлоропреном (CR) или сама по себе EPDM обеспечивает необходимую устойчивость к атмосферным воздействиям, сохраняя при этом адекватные динамические свойства. Если загрязнение маслом возможно на открытом воздухе, неопрен (CR) является лучшим выбором, чем чистый NR или EPDM.

• Каков типичный срок изготовления резиновых компонентов, изготовленных по индивидуальному заказу?

  Срок изготовления резиновых компонентов, отформованных по индивидуальному заказу, делится на два этапа: оснастка и производство. Изготовление пресс-форм для изготовления простой детали обычно занимает 3–5 недель; Для трансферных или литьевых форм с более жесткими допусками или несколькими полостями требуется 6–10 недель. Срок изготовления после утверждения инструмента обычно составляет 2–4 недели для стандартных компаундов. Общее время выполнения первого изделия составляет 8–14 недель, что типично для новых деталей, отлитых по индивидуальному заказу. Ускоренные услуги по оснастке могут сократить этот срок до 4–6 недель при более высоких затратах на оснастку, и многие производители поддерживают формы стандартной геометрии (уплотнительные кольца, плоские прокладки, втулки) для гораздо более быстрой доставки.