Lág hitastig veldur því að gummí fer smám saman yfir í ástand með minni elástíkni, glasart, eða staðbundinni brjótlætisástandi; á sama tíma valda O-hringur hitakörfun, hækkun á endurhverfingartíma og ónægileg endurheimt þýðingar því að snertistreskur við þettu læsinguarmark sem ekki er haldið áfram samfellt. Loftlæsingar eru sérstaklega viðkvæmar, því mikróskópíska snertigögn eða ójafnheitir toppar geta myndað samfellda mikró-lækjar, og jafnvel ef O-hringurinn sýnir engar augljósar sprungur getur hann samt lekið loft.

1. Það sem O-hringar byggja á til læsingar er ekki „styrkur“, heldur samfelldur snertistreskur

O-loði læsing við venjulegt hitastig byggir aðallega á þremur hlutum:

Fyrst, þýðingarmagn við uppsetningu veldur upphaflegum snertistreski í O-hringinum.

Annar, eigin elástík endurhverfing gummís tryggir samfellda viðpassun við rilluna og samspilandi yfirborð.

Þriðja, undir áhrifum þrýstings er O-hringurinn frekar dreginn á móti læsingaryfirborðinu og myndar þrýstishjálp.

Svo er læsingarfærni O-hringsins í raun:

Kerfisþrýstingur ≥ miðlunarsþrýstingur + staðbundin lekrisíka vegna ójöfnleikar yfirborðs.

Vandamálið við lágri hitastig liggur nákvæmlega í því að gummí getur verið „harðara“, en hefur ekki lengur „endurhoppunarmöguleika.“ Þetta gerir það að sýna út fyrir að vera meira þrýstihalda, en raunverulega getur það ekki kompenserað fyrir breytingar á mikro-gápu í röndinni, hitasamdrátt, þrýstisvæðum, ójöfnleika yfirborðs og litlum breytingum á bilunum. Nýlegar líkan- og tilraunarsköpun á O-hringum við lág hitastig bendir einnig til þess að aðal-lekinn við lág hitastig tengist hitasamdrátti, takmörkun endurhoppunarmöguleika, spennuslékkun og framleiðslutólerans.

2. Hvers vegna verður gummí harðara við lág hitastig?

Elastíska eiginleikar gummís koma frá hreyfimöguleika molekulaþátta. Þegar hitastigið lægir, minnkar hreyfimöguleiki þátta og tíminn sem þarf til breytinga á mjúkum og sterkum eiginleikum lengist, sem birtist á skoðunarmáti sem:

Stífleiki eykst, harðleiki eykst, lengingarmagn minnkar, endurhoppshraði minnkar og endurheimt eftir samþrýstu verður veikari.

Þegar hitastig heldur áfram að lækka nálægt glöggjumyndunarmarki breytist gummí smám saman frá mjúku elástískri efni í glöggjulaga ástand. Á þessum tíma sýnir efnið ekki lengur eiginleika mjúks elástísks efnis, heldur nærir það stífri staðfestu. Rannsóknir á HNBR við lágt hitastig gefa til kynna að þéttunardeildir sem upphaflega beita endurhoppi til að kompensera fyrir varanlega samþrýstu við lágt hitastig og bil á milli yta, en nálægt Tg minnkar elástík efnisins markvörðulega; jafnvel lítil skilun getur valdið lek.

Athuga skal: stífleiki er ekki jafngilt betri þéttun.

Undir fastri skiftu samþrýstu getur eykstri stífleikans í stuttan tíma bætt staðbundinn endurhopp; en ef efnið getur ekki endurheimt samþrýstu, getur ekki fyllt óreglulegar mikilagapt, eða losnar frá þéttunarytunni vegna hitaminnkunar, þá minnkar raunveruleg þéttunaráhrif.

3. Hvers vegna missir það endurhverfingu við lága hitastig?

Táp endurhverfingar við lágt hitastig kemur aðallega frá þremur mekanismum.

3.1 Hreyfing mólekula sem er stödd, endurhverfing verður hægri

Við herbergishitastig eftir samþrýmingu á O-hring fá rássegmentin hratt að stilla sig og halda áfram elástískri stuðningi. Við lágt hitastig er hreyfing rássegmentanna takmörkuð og endurhverfing efnið fer mjög hægt. Prófun á varanlegri samþrýmingu við lágt hitastig er nákvæmlega notað til að meta hversu minna gummí endurhverfur eftir að það hefur verið kælt neðri; gögn úr tilraunastofu sýna greinilega að gummí missir áfram elástík við lágt hitastig og hraði endurhverfingar á brunnagapi minnkar markvörðugt.

3.2 Varanleg samþrýming í köldu ástandi eykst

Þrýstingur sem veldur varanlegri deyfingu gerist ekki aðeins eftir eldhiti. Við lága hitastig geta O-hringir einnig valdið „varanlegri þrýstingsskemmd í frystuástandi“: þeir verða flatir vegna þrýstings og geta ekki endurheimt þvermál þeirra tímabundið. Rannsóknir á HNBR við lágt hitastig sýna að varanleg þrýstingsskemmd er mikilvæg tilvísun fyrir O-hringi og svipuð þéttunaraðferðir, og við hitastig nálægt glöshitapunkti getur varanleg þrýstingsskemmd aukist miklu, jafnvel náð háum stigum undir rannsóknarskilyrðum.

Þessi tegund láguhitastigs þrýstingsskemmdar er stundum afturkallanleg: eftir að hitastigið hækkar getur hluti endurheimt sig; en á tímabilinu sem búnaðurinn starfar við kalt ástand er það þegar nægilega til að valda lekum.

3.3 Áspennuslökun valdar lækkun á þéttunarafli

O-hringar undir langvarandi þrýstingi í ræm, þar sem þéttunarkraftur minnkar með tímanum, þetta er spennuslökun. Við lága hitastig hrinkst efnið og er því erfitt að endurheimta upprunalega lögunina; ef á sama tíma á við þrýstingsbreytingar, skyndilegar bilbreytingar eða hitacyklun, mun öryggisbil fyrir snertispennu frekar minnka. Rannsóknir á O-hringum fyrir dýptarsjávargæslu benda líka til þess að við lága hitastig mun hrinkun rúmmáls og spennuslökun gera þéttun óvirkilegri og öryggisbil fyrir skyndilega aukningu á bilinu augljóslega minnka.

4. Af hverju er loftleka sérstaklega auðvelt við lágt hitastig?

Þéttun á lofti er viðkvæmari en þéttun á væski vegna þess að viskósið og yfirborðsspennan eru veikari, svo að mjög lítil samfelld mikro-rás er nóg til að valda leku. Við lága hitastig hefst lekagöngin venjulega ekki með „fullri brotun“ á O-hringnum, heldur með mikro-snertri-misheppnun á þéttunarsvæðinu.

Venjuleg ferlið er sem hér segir:

• Hitastig fellur, O-hringurinn og metallrásin samþykka báðar.
• Þurrkun gummi vegna hitaminnkunnar er venjulega átökumerkara en þurrkun málsins vegna hitaminnkunnar, raunveruleg þrýstingsskamm og snertibreiða minnka báðar.
• Gummi endurheimir sig hægar, getur ekki kompenserat fyrir breytingar á rásarstærð.
• Samfelld litil rás myndast á milli ójafna toppa í þéttunarsvæðinu.
• Gas lekur eftir viðskiptaskilunni.

Í rannsókn á lágt hitastig gasslekk á HNBR O-hring fannst að þegar hitastigið er neðan við Tg-máta efna, hækkar loftlekkurinn skyndilega; rannsakendur telja að aðalorsak sé ónógu lítil þurrkun gummis við lágt hitastig og ónógu góð endurheimtuvirkni, sem veldur því að þéttunin losnar frá samhæfðu yfirborði.

Þetta útskýrir algengt á staðnum: O-hringurinn er ekki brotinn, ekki sprunginn og lítur heilur út; en tækið lekkur gas í köldu staði og lekkurinn minnkar eða hverfur eftir að hitastigið hækkar.

5. Glerþýðing, brjálaður eiginleiki og lágt hitastig gasslekk eru ekki sama hugtakið

Í kölduðu þéttunargreiningu eru Tg, TR10, brjáðnunarmiðja og varanleg þrýstdeforming í köldu oft ruglað saman, en þau tákna mismunandi vandamál.

ASTM D2137-rúbberritilíkunarprófunin hefur áhyggjur af því hvort efnið birtir skörur eða opnun á yfirborðsbeði við áhrif köldu áhrifa; þessi tilvísun gefur líka til kynna að þessi staðlafræðilega tilvísun gildir fyrir reglubundin og rannsóknar- og þróunarverkefni, en ekki nauðsynlega fyrir lægsta notenduhitastigið fyrir efnið. ASTM D746 athugar líka að prófunarmátið fyrir brjótleika hitastigs er fyrir reglubundin skilyrði matar á brjótleika misskilunar efnisins og jafnvel ekki nauðsynlega jafngildir besta notenduhitastiginu fyrir efnið í raunverulegri notkun.

Því miður þýðir ekki brot á efni að það leki ekki auðvitað; óþættun í lágt hitastig á O-hringjum vísar oftast til ónógu hárra snertistöðu, ekki sýnilegra brota.

6. Hvers vegna er TR10 miklu mikilvægari en „kaldstaða-viðstanda-svið“?

TR10 er mjög lykilvísitala fyrir val á efnum sem eru góð við óþættun í lágt hitastig. ISO 2921 er staðlaður ferli fyrir hitamótun við kólnun fyrir gjörð gummis, notað til að ákvarða hitamótunarstöðugleika spennugummis.

Við TR10-prófun er gummí venjulega strekt um 25% eða 50%, kólnuð í lágt hitastig og síðan mælt hitastigið þegar hún endurná 10% af samdráttinum; því lægra þetta hitastig er, því betur heldur efnið áfram ákveðna elástískan endurheimt í lágt hitastig.

Í verkfræði er hægt að skilja þetta á eftirfarandi hátt:

Því lægra TR10 er, því nær það er neðsta hitastigi notkunar-tilvika eða hærra, því lægra er líkmiðið á óþættun í lágt hitastig.

Gögn úr tilraunum sýna að við þættisvæði fyrir hringlaga þættila (O-rings) sem eru í beinu eða móttökun á hreyfingu ættu venjulega að miða að þættilíkun nálægt TR10; við staðgengilegar skilyrði með lágri kröfu er stundum hitastig lægra en TR10 um 10–15°C ennþá teknískt þættilíkt, en þetta háð er efni, uppbyggingu og prófun á lek. Annar leiðbeiningabók fyrir O-rings gefur líka svipandi reglu: staðgengileg þættilíkun leyfir venjulega hitastig um 10°C lægra en TR10, en við hreyfingu þarf að ná nærri TR10 og samhliða því geta efnið sem notað er í umhverfinu valdið samdrátt eða útvíkingu sem breyta raunverulegu marki.

7. Í háþrýstis- og lághitaskilyrðum verður einnig að huga að breytingu á Tg / TR10

Í háþrýstisgasum, olíu- og gasvélum, vetniskerfi, loft- og rúmfræði-hydraulík og öðrum svipuðum tilvikum er ekki nóg að skoða Tg eða TR10 við venjulegt þrýsting. Efni Trelleborg fyrir háþrýstisnotkun sýna að við lágt hitastig og hátt þrýsting getur þrýstingur valdið að hitamarki (Tg) fyrir samþrýst efni sem eru elástísk, hliðrað upp á hærra hitastig. Hönnuður verður að taka þessa breytingu á Tg í reikninginn við hönnun á þéttunum fyrir lágt hitastig og hátt þrýsting.

Þetta þýðir að efni sem virðist fullnægja kröfum við venjulegt þrýsting með TR10 eða Tg gæti misst flókhleika of snemma undir háþrýstisgas. Þessi staðhæfing er sérstaklega mikilvæg fyrir vélstýrðar kláffur við lágt hitastig, háþrýstisgasbúnað, vetnisbúnað og þéttun á gas- og olíugrunnum.

8. Ytri útlit á mismunandi lághitaskemmdir á svæðinu

8.1 Köld leka, ekki leka í heitri stöðu

Þetta er típískt dæmi um ónógu endurkomu við lágt hitastig eða aðskilnað á yfirborði. Þegar O-hringurinn heitnar aftur endurheimtir kaðmismólkulurnar virkni sína, endurheimtast spennan við snertingu og þversniðið vel, og lekan minnkar eða hverfur.

8.2 Lekkaður kuldbyrjunargás, batnar eftir því sem keyrt er í stund

Gæti verið hitabreyting, hækkun í miðlunarshitastigi eða efnið endurheimir sig smám saman. Ef búnaður þarf að vera þéttur gegn gásum við kuldbyrjun, er þessi tegund efna ekki fullnægjandi.

8.3 Lekkaður gás við langvarandi köldum staðsetningu

Langvirkari kuldinn, meiri kristallmyndun, spennusléttun og ónógu mikil endurheimt á samþrýmingu. Skortar á skömmu kölduprófi gefur ekki upp á því að próf sé fullnægjandi fyrir langvarandi útivistun, flug á háum hæðum eða langvarandi rekstur í köldum geymslu.

8.4 Endurlekkur við lágt hitastig eftir hitagörrun

Háhitastig eða görrun miðluns getur valdið varanlegri samþrýmingarbreytingu, stífun, samdrátt eða tap á plastgjörðum; síðan, þegar O-hringurinn er settur í lágt hitastig, minnkar endurheimtarmörk hans og lekkur verður líklegrari.

8.5 Lækkaður hitastig fyrir dynámískan þéttunarkring, slíðrun, lekkur

Dynamiskar þettur, auk þess að missa álagsþrýsting, krefjast einnig lágurra rafmagns og hratt endurhæfingar. Við lága hitastig stífna efni, rafmagn hækkar, smyrsla verður veikari og þettur (t.d. þettuskrúfa eða O-hringur) geta ekki fylgst fljótt nóg við samhæfða yfirborð, sem veldur tímabundinni lek, skríðu, snúningu eða slitage.

9. Val á efnum má ekki aðeins skrifa „köldumótustandandi“

Fyrir köldunarauglýsingar, geimferð, útihluti og viðskiptavinna með köldumótustandandi vélbúnað, ætti efnavefni síðan að skipta „köldumótustandandi“ í staðfestanlega tilvísanir, ekki aðeins gefa eina hitasviðsskáluna.

Mælt er með eftirfarandi reitum:

10. Algengæfis efna: Val á lágri hitastig

NBR / NBR fyrir lág hitastig

Lágt hitastig áhrifar af NBR einkum á grundvelli innihalds akrylonitrils, samsetningar og aukningarkerfis. NBR fyrir lág hitastig getur bætt við mjúkni við lágt hitastig, en það er oft nauðsynlegt að gera samvinnuákvörðun á milli olíuþol, samhæfni við bensín og endurhæfingar við lágt hitastig. Notandi við olíu, vatn-glykól, almenn vélstýringar- og kælisvæði; miðað við efni þarf að staðfesta notkun.

HNBR

HNBR hefur betra hitathol, olíuþol og eiginleika í vélfræði en venjulegt NBR, en lágt hitastig háð samsetningu. Fyrir útbúnað með háum gass- eða olíugassþrýstingi við lágt hitastig er ekki nóg að líta á nafn HNBR; TR10, varanlegur samþrýmingarkreppur við lágt hitastig og raunveruleg lekkaprófun verða krafð.

EPDM

EPDM er venjulega hentugt fyrir vatn, gufu, kælivökva, utandyrs ósón og kuldumótþolandi umhverfi, en ekki hentugt fyrir flest olíupróduct. Notað fyrir utandyrs tæki, kælivökva leiðir, etilenglikól kerfi við lága hitastig; þarf að staðfesta TR10 og endurheimt við lágu hitastigi fyrir ákveðna samsetningu.

VMQ/Silíkónrúbbur

Láguhitastigs-þvottleiki silíkónrúbburs er venjulega góður, en rúffunarþol, slípavörn, gasþráttur og geta til að vinna með olíu og bensín geta verið takmarkanir. Hentugt fyrir ákveðnar lág-hitastigs staðgildar læsingu, matvæla-, lyfja- og þyngdarálagsumhverfi, en ekki nauðsynlega hentugt fyrir háþrýstisgas eða sterka dreyfingarslípun.

FVMQ/Flúor-silíkónrúbbur

Flúor-silíkónrúbbur jafnar betur láguhitastigs-þvottleika og samhæfni við bensín og olíu, og er algengt í geimferðarbransí og staðgildri læsingu við lágu hitastig fyrir olíupróduct. En vélfræðilegt þol og slípavörn þurfa samt meta, og er ekki einfaldlega skipt út fyrir allt FKM eða NBR.

FKM / FKM fyrir lágar hitastig

Venjuleg FKM er þekkt fyrir ávallt viðmóti háum hitastigum, olíu og efnaefnum, en endurhverfing við lág hitastig er oft takmörkuð. Þegar valið er FKM fyrir klósett við lág hitastig, geimflugvélarávöru eða útivistaraðstæður þarf að velja FKM með sérstakri samsetningu fyrir lág hitastig og staðfesta TR10, Tg og varanlega þrýstingssamþrýming við lág hitastig.

FFKM

FFKM hefur áframhaldandi ávinning af ótrúlegri ávöru gegn efnaefnum og háum hitastigum, en margar venjulegar FFKM gerðir hafa veik endurhverfingu við lág hitastig. Þegar FFKM verður notað í klósettum við hátt þrýsting og lág hitastig eða í olíu- og gasbúnaði þarf að velja FFKM með sérstakri samsetningu fyrir lág hitastig og staðfesta lekk á háum þrýsting og við lág hitastig.

Gögn Trelleborg sýna einnig að mismunur á TR10/Tg svar við háum þrýsting fyrir mismunandi FFKM samsetningar fyrir lág hitastig er mikill.

11. Hvernig minnkar hönnun ábyrgðar við lekk við lág hitastig?

Efnið er aðeins fyrsta skrefið; lág-hitastöðu O-hringir þurfa einnig að vera stjórnaðir með tilliti til riska með gröf og sameiningarhönnun.

Fyrst, tryggja þarf nægilega samþrýmingu við Tmin. Þarf að reikna hitasamþrýmingarskil á milli járngröfs og gummís; ekki má hönnun bara á grunninn af venjulegum mælingum.

Annar, staðsettar þettur geta viðeigandi hækkað samþrýmingu undir þrýstingi, en ekki má fara yfir markgrænsi gröfs og sameiningar. Of lítil samþrýming mun leida of snemma til leka; of mikil samþrýming getur valdið skaða við sameiningu, útþrýsting vegna hitaútvidunar, hækkun á friðjunni eða varanlegri umformun.

Þriðja, hreyfimyndar þettur mega ekki ótakmarkaðlega hækka samþrýmingu. Við lág hitastig hækkar friðjun; of mikil samþrýming mun leida til viðbótarástands við ræsingu, slíðrunar, snúningsskemmda og krabba.

Fjórða, stjórna þarf ójafnvægi og hringlaga lögun þettusvæðisins. Við lág hitastig minnkar geta gummís að fylla grófa toppa; ójafnvægi yfirborðs áhrifar þéttleika meira.

Fimmta, notaðu viðhaldshringi, stuðningshringi eða fjöður-ávirkar uppbyggingar þegar nauðsynlegt er. Við hátt yfirþrýsting, lága hitastig og gassíur sem byggja eingöngu á endurhæfingu gummís er hættan meiri; fjöður-ávirkar PTFE-síur, innfölduð O-hring, sérstakar þversniðs-síur eða metall-síur geta verið áreiðanlegri.

Sjöunda, smurróf verður að vera samhæfð við lága hitastig. Venjuleg smurróf verða klígr eða frysta við lága hitastig, sem eykur friðjónu og áhrifar samsetningu við skurðflata; sérstaklega þarf að staðfesta samhæfni smurrófs við gummí, efni og lægsta hitastigið í lága-hitastigs vélstýringum og loft- og rúmferðarforritum.

12. Mælt er með staðfestunaraðferð

Fyrir kælikerfi, loft- og rúmferðarforrit, utanaðkomandi tæki og lága-hitastigs vélstýringar er mælt með því að framkvæma lága-hitastigs staðfestun sem sameinuð prófun, ekki sem einstök efna-prófun.

Mælt er með prófunarkeðju:

• Efna-niveau: Tg, TR10, brjótishitastig, lága-hitastigs samþrýstingur með varandi afvössun.
• Miðlunarskref: endurprófa mál, stöðugleika, TR10 og varanlega samþrýmingu eftir doppun í kælimiðil, olíu, brennisteini, loft, CO₂, vetnisgas eða raunmiðil.
• Byggingarskref: passa við raunhring, raunsamþrýmingu og raunyfirborðsójuggu settar O-hringja.
• Skilyrðiskref: kæla niður í lægsta hitastig, halda því fyrir tilteka tíma og framkvæma síðan gassíurleikapróf.
• Hringskref: skipta á milli há- og lághitastiga, breyta þrýstingi, skipta á milli virkis og óvirkis og prófa síðan aftur á lekk.
• Aldrunarskref: eftir hitaaldrun eða miðilsaldrun, prófa síðan aftur við lághitastig.

Lágmarkskröfur ættu ekki að vera aðeins „efni sem er mótvært -40°C“, heldur ættu að vera skrifaðar svona:

Við -40°C, tilteknum miðli, tilteknum þrýstingi, tiltekinni kælitíma, tilteknu hringskuru og yfirborðsójuggu, verður lekkhraði ≤ markgildi; O-hringurinn má ekki hafa sprungur, enga óvenjulega varanlega samþrýmingu og verður að halda áfram viðeigandi endurhverfingu áður og eftir prófun.