33-99Nr. Mufu E Rd. Dystrykt Gulou, Nanjing, Chiny [email protected] | [email protected]

SKONTAKTUJ SIĘ Z NAMI

Biblioteka

Strona Główna /  Biblioteka

Dlaczego podczas pracy w niskich temperaturach pierścienie uszczelniające typu O twardnieją, uwalniają gaz lub tracą zdolność do odprężania się

Jul.31.2026

d2e5d0298178ba6beb9bb9aa528fb44.png

Niska temperatura powoduje stopniowy przejście gumy ze stanu wysoce elastycznego w stan opóźnionej elastyczności, szklisty lub lokalnie kruchy; równocześnie O-kręg kurczenie termiczne, spowolnienie odbijania się oraz niewystarczające odzyskiwanie kompresji powodują, że naprężenie kontaktowe na powierzchni uszczelnienia nie może być utrzymywane w sposób ciągły. Uszczelki gazowe są szczególnie wrażliwe, ponieważ mikroskopijne luki kontaktowe lub nierówności powierzchni mogą tworzyć ciągłe mikrokanaliki przecieków, a nawet jeśli pierścień O nie wykazuje widocznych pęknięć, nadal może przepuszczać gaz.

1. Na czym opiera się uszczelnianie pierścieni O – nie na „twardości”, lecz na ciągłym naprężeniu kontaktowym

O-ringi uszczelnianie w temperaturze pokojowej opiera się głównie na trzech czynnikach:

Po pierwsze, wielkość kompresji podczas montażu powoduje powstanie początkowego naprężenia kontaktowego w pierścieniu O.

Po drugie, własna sprężystość gumy zapewnia ciągłe dopasowanie do rowka i powierzchni współpracującej.

Po trzecie, pod wpływem ciśnienia pierścień O jest dodatkowo dociskany do powierzchni uszczelniającej, co tworzy efekt wspomagania ciśnieniem.

Zatem zdolność uszczelniająca pierścienia O to zasadniczo:

Naprężenie kontaktowe ≥ ciśnienie medium + lokalne ryzyko wycieku spowodowane chropowatością powierzchni.

Problem niskich temperatur tkwi właśnie w tym, że gumy mogą nadal być „twarde”, ale już nie są „sprężyste”. Powoduje to pozorne zwiększenie odporności na ciśnienie, jednak w rzeczywistości materiał nie jest w stanie kompensować mikroprzerw w rowku, kurczenia termicznego, fluktuacji ciśnienia, chropowatości powierzchni oraz drobnych zmian luzów. Ostatnie badania modelowe i eksperymentalne dotyczące uszczelek typu O-ring w warunkach niskich temperatur wskazują również, że głównym źródłem wycieków przy niskich temperaturach są: kurczenie termiczne, ograniczona zdolność do odskoku, relaksacja naprężeń oraz tolerancje produkcyjne.

2. Dlaczego guma staje się twardsza w niskich temperaturach?

Elastyczność gumy wynika z możliwości ruchu segmentów łańcucha cząsteczkowego. Gdy temperatura spada, ruch segmentów zwalnia, a czas potrzebny na przejawienie miękkości i wytrzymałości materiału wydłuża się, co makroskopowo objawia się jako:

Moduł wzrasta, twardość wzrasta, wydłużenie się zmniejsza, prędkość odbicia spada, a odzysk po ściskaniu pogarsza się.

Gdy temperatura dalej obniża się w kierunku temperatury przejścia szklistego, guma stopniowo przechodzi ze stanu miękkiego elastomeru w stan szklisty. W tym momencie materiał przestaje zachowywać się jak miękki elastomer i coraz bardziej przypomina sztywną bryłę stałą. Badania niskotemperaturowe HNBR wskazują, że części uszczelniające pierwotnie polegają na odbiciu, aby kompensować trwałą niskotemperaturową deformację po ściskaniu oraz różnice w odstępach; jednak w pobliżu temperatury Tg sprężystość materiału znacznie maleje – nawet niewielkie rozdzielenie wystarcza, by spowodować wyciek.

Należy zauważyć: utwardzanie nie jest równoznaczne z lepszym uszczelnianiem.

Przy stałym przemieszczeniu podczas ściskania wzrost modułu może krótkoterminowo poprawić lokalne odbicie; jednak jeśli materiał nie jest w stanie przywrócić pierwotnej deformacji, nie wypełnia grubych mikroprzerw lub odpada od powierzchni uszczelniającej z powodu kurczenia się termicznego, rzeczywista zdolność uszczelniania faktycznie się pogarsza.

3. Dlaczego traci sprężystość przy niskiej temperaturze?

Utrata sprężystości w niskich temperaturach wynika głównie z trzech mechanizmów.

3.1 Zamrożenie ruchu łańcuchów cząsteczkowych – spowolnienie odzyskiwania kształtu

W temperaturze pokojowej po ucisku uszczelki typu O-ring segmenty łańcucha mogą szybko się dostosować i zapewnić elastyczną podporę. W niskich temperaturach ruch segmentów łańcucha jest ograniczony, a proces odzyskiwania kształtu materiału staje się bardzo powolny. Badania deformacji trwałej po ucisku w niskich temperaturach służą właśnie ocenie, o ile mniej gumy odzyskuje swój kształt po ochłodzeniu; dane laboratoryjne wyraźnie wskazują, że w niskich temperaturach guma stopniowo traci elastyczność, a jej zdolność do zamknięcia szczeliny znacznie się obniża.

3.2 Zwiększenie deformacji trwałej w stanie zimnym

Trwała deformacja ściskania występuje nie tylko po starzeniu w wysokiej temperaturze. W niskich temperaturach uszczelki typu O-ring mogą również wykazywać tzw. "trwałą deformację ściskania w stanie zamrożenia": zostają one spłaszczone pod wpływem ściskania i tymczasowo nie są w stanie przywrócić pierwotnej grubości przekroju poprzecznego. Badania HNBR w niskich temperaturach wykazały, że trwała deformacja ściskania jest ważnym wskaźnikiem dla uszczelek typu O-ring oraz podobnych zastosowań uszczelniających; w pobliżu temperatury przejścia szklistego wartość tej deformacji może znacznie wzrosnąć, osiągając nawet wysoki poziom w warunkach badawczych.

Ten rodzaj trwałej deformacji ściskania w niskich temperaturach bywa czasem odwracalny: po podwyższeniu temperatury część deformacji może zostać odzyskana; jednak w okresie zimnej pracy urządzenia jest ona już wystarczająco duża, aby spowodować wycieki.

3.3 Relaksacja naprężeń powoduje spadek siły uszczelniającej

Pierścienie uszczelniające O pod długotrwałym ściskaniem w rowku – siła uszczelniająca zmniejsza się z czasem, co nazywane jest relaksacją naprężeń. W niskich temperaturach materiał zarówno kurczy się, jak i trudniej odzyskuje pierwotną formę; jeśli jednocześnie występują fluktuacje ciśnienia, nagłe zmiany szczeliny lub cyklowanie termiczne, zapas bezpieczeństwa kontaktowego naprężeń dalej maleje. Badania nad pierścieniami uszczelniającymi O stosowanymi w hydraulice morskiej na dużych głębokościach wskazują również, że w niskich temperaturach skurcz objętościowy gumy oraz relaksacja naprężeń powodują pogarszanie się warunków uszczelniania, a zapas bezpieczeństwa przed nagłą ekspansją szczeliny wyraźnie się zmniejsza.

4. Dlaczego w niskich temperaturach szczególnie łatwo występuje wyciek gazu?

Uszczelnianie gazów jest bardziej wrażliwe niż uszczelnianie cieczy, ponieważ lepkość gazu i ograniczenia wynikające z napięcia powierzchniowego są słabsze – do wycieku wystarczy bardzo mały, ciągły kanał mikroskopijny. W niskich temperaturach kanały wycieku zwykle nie zaczynają się od „całkowitego zerwania” pierścienia O, lecz od mikroskopijnego uszkodzenia kontaktu na powierzchni uszczelniającej.

Typowy przebieg procesu wygląda następująco:

  • Temperatura spada, pierścień uszczelniający z gumy i metalowa rowek kurczą się jednocześnie.
  • Termiczne kurczenie się gumy jest zwykle bardziej widoczne niż termiczne kurczenie się metalu; rzeczywista wartość docisku oraz szerokość styku obniżają się.
  • Odbicie gumy zwalnia i nie może kompensować zmian wymiarów rowka.
  • Powstaje ciągła mikrokanalika między szczytami chropowatości powierzchni uszczelniającej.
  • Gaz ucieka wzdłuż granicy styku.

W jednym badaniu niskotemperaturowej wycieku gazu z pierścienia uszczelniającego HNBR zaobserwowano, że przy temperaturze poniżej otoczenia punktu przejścia szklistego (Tg) materiału tempo wycieku powietrza gwałtownie wzrasta; badacze uważają, że główną przyczyną jest niewystarczające termiczne kurczenie się gumy w niskich temperaturach oraz jej ograniczona zdolność do odzyskania pierwotnej postaci, co powoduje oderwanie uszczelki od powierzchni współpracującej.

To wyjaśnia powszechne zjawisko występujące w praktyce: pierścień uszczelniający nie jest pęknięty, nie jest uszkodzony i wygląda normalnie; jednak urządzenie w stanie zimnym ujawnia wyciek gazu, który osłabia się lub znika po podwyższeniu temperatury.

5. Przejście szkliste, kruchość i niskotemperaturowy wyciek nie są tym samym pojęciem

W analizie uszczelniania w niskich temperaturach często myli się Tg, TR10, temperaturę kruchości oraz stałą odkształcenia po ściskaniu w niskich temperaturach, choć reprezentują one różne problemy.

Wskaźnik

Wyjaśnienie

Znaczenie dla uszczelki typu O-ring

Tg – temperatura przejścia szklistego

Temperatura określająca przejście gumy ze stanu wysokoelastycznego w stan szklisty; jest to makroskopowy obszar gwałtownej zmiany zdolności ruchu segmentów łańcucha, ale nie stanowi bezpośredniego limitu uszczelniania

Nie jest bezpośrednim wskaźnikiem uszczelniania

TR10

Próbka rozciągana, zamrożona, a następnie obserwowana pod względem odzysku sprężystości przy ogrzewaniu w warunkach bliskich niskim temperaturom – ważny wskaźnik doboru materiału uszczelki typu O-ring na zastosowania w niskich temperaturach

Temperatura odzysku sprężystości w warunkach bliskich niskim temperaturom

Temperatura kruchości

Ocena, czy materiał ulega kruchości przy określonym obciążeniu udarowym; określa, czy materiał może pęknąć, ale nie jest to to samo co pojedyncza zdolność uszczelniania w niskich temperaturach

Określa, czy materiał może pęknąć

Zmniejszenie trwałej odkształcenia spowodowane niską temperaturą podczas ściskania

Ocena zdolności pierścienia O do przywrócenia pierwotnej grubości lub przekroju po ściskaniu w niskiej temperaturze

Najbliższe naprężenie kontaktowe

Test szczelności w niskiej temperaturze

Test szczelności w rzeczywistych warunkach rowka, ciśnienia, medium i czasu chłodzenia

Najbliższe rzeczywistym warunkom eksploatacji

Test kruchości gumy zgodnie ze standardem ASTM D2137 dotyczy występowania zadrapań lub pęknięć powłoki pod wpływem uderzenia w niskiej temperaturze; ten parametr wskazuje, że dany standard stosuje się głównie w regulacjach i badaniach rozwojowych, ale niekoniecznie określa najniższą temperaturę, w której materiał może być używany. Podobnie norma ASTM D746 stwierdza, że jej metoda pomiaru temperatury kruchości służy ocenie kruchości materiału w ustalonych warunkach, ale nie musi odpowiadać optymalnej temperaturze użytkowania materiału w rzeczywistych zastosowaniach.

W związku z tym brak pęknięć materiału nie oznacza, że na pewno nie występuje wyciek; awaria uszczelnienia pierścienia O-ring przy niskich temperaturach często przejawia się niewystarczającym naprężeniem kontaktowym, a nie widocznymi gołym okiem pęknięciami.

5b8a82fc2a9b8ac264fd0ba6783963e.png

6. Dlaczego TR10 jest ważniejsze niż „zakres odporności na zimno”?

TR10 to bardzo kluczowy wskaźnik doboru materiałów uszczelniających do pracy w niskich temperaturach. ISO 2921 to standardowa procedura określania temperatury skurczu przy niskich temperaturach dla gumy wulkanizowanej, stosowana do wyznaczania charakterystyki odzysku temperatury dla gumy poddanej naprężeniu.

Pomiar TR10 zwykle polega na rozciągnięciu gumy o 25% lub 50%, ochłodzeniu jej do niskiej temperatury, a następnie zarejestrowaniu temperatury, przy której materiał kurczy się o 10%; im niższa ta temperatura, tym lepszą zdolność do odzyskiwania pewnej elastyczności materiał zachowuje przy niższych temperaturach.

W inżynierii można to zwykle rozumieć w następujący sposób:

Im niższa wartość TR10 – tym bliższa lub wyższa niż najniższa temperatura warunków roboczych – tym mniejsze ryzyko wycieku przy niskich temperaturach.

Dane eksperymentalne pokazują, że dynamiczne lub odbierające pierścienie uszczelniające (O-ring) powinny zazwyczaj skupiać się na zdolności uszczelniającej w pobliżu TR10; przy statycznych warunkach pracy o niskich wymaganiach temperatura może czasem być niższa od TR10 o 10–15 °C i nadal zapewniać techniczne uszczelnienie, ale zależy to od materiału, konstrukcji oraz metody pomiaru przecieków. Instrukcja techniczna dotycząca pierścieni O-ring podaje również podobną zasadę: uszczelnianie statyczne zwykle dopuszcza obniżenie temperatury o około 10 °C poniżej TR10, natomiast uszczelnianie dynamiczne powinno zbliżać się do TR10 bardziej precyzyjnie; jednocześnie zmiany skurczu i rozprężenia wywołane medium wpływają na rzeczywistą granicę.

7. Wysokociśnieniowe i niskotemperaturowe warunki pracy wymagają również uwzględnienia przesunięcia Tg / TR10

W warunkach wysokiego ciśnienia gazów, zaworów olejowo-gazowych, systemów wodorowych, hydraulicznych w lotnictwie i kosmonautyce oraz innych zastosowań nie można ograniczać się wyłącznie do analizy temperatury szklistości (Tg) lub temperatury przy 10% odkształceniu (TR10) przy normalnym ciśnieniu. Dane materiałowe Trelleborga dotyczące pracy pod wysokim ciśnieniem wskazują, że w niskich temperaturach i przy wysokim ciśnieniu odpowiedź elastomeru stosowanego w uszczelkach ściskanych może powodować przesunięcie temperatury szklistości (Tg) w górę; projektant musi uwzględnić to przesunięcie Tg przy projektowaniu uszczelnień przeznaczonych do pracy w niskich temperaturach i przy wysokim ciśnieniu.

Oznacza to, że materiał spełniający wymagania pod względem TR10 lub Tg przy normalnym ciśnieniu może utracić elastyczność wcześniej niż przewidywano w warunkach wysokiego ciśnienia gazów. Ten aspekt ma szczególne znaczenie dla zaworów pracujących w niskich temperaturach, urządzeń gazowych i wodorowych pod wysokim ciśnieniem oraz uszczelnień w otworach na ropę i gaz.

8. Wygląd awarii w terenie przy różnych trybach uszkodzenia w niskich temperaturach

8.1 Przeciek zimny – brak przecieku w stanie ciepłym

Jest to typowy przypadek niedostatecznego odbicia uszczelki w niskich temperaturach lub rozdzielenia powierzchni styku. Po nagrzaniu pierścienia O aktywność łańcuchów cząsteczkowych zostaje przywrócona, naprężenie kontaktowe i kształt przekroju poprawiają się, a przeciek ustaje lub zmniejsza się.

8.2 Wyciek gazu przy zimnym starcie, poprawia się po pewnym czasie pracy

Może to być efekt odbicia temperatury, wzrost temperatury medium lub stopniowego odzyskiwania właściwości materiału. Jeśli urządzenie musi zapewniać szczelność gazową już na etapie zimnego startu, ten typ materiału nadal nie spełnia wymagań.

8.3 Wyciek gazu po długotrwałym postoju w niskiej temperaturze

Dłuższy czas chłodzenia w niskiej temperaturze powoduje bardziej wyraźną krystalizację, relaksację naprężeń oraz niewystarczające odzyskanie kompresji. Pozytywny wynik krótkotrwałego testu w niskiej temperaturze nie oznacza, że materiał spełnia wymagania w przypadku długotrwałego postoju na zewnątrz, przelotu na dużej wysokości w lotnictwie lub długotrwałej pracy w zimnych magazynach.

8.4 Powtórny wyciek w niskiej temperaturze po starzeniu termicznym

Starzenie w wysokiej temperaturze lub pod wpływem medium powoduje trwałą deformację kompresyjną, utwardzenie, skurcz lub utratę plastyczności, a następnie – przy eksploatacji w niskiej temperaturze – zapas odprężenia uszczelki typu O-ring staje się mniejszy i łatwiej występuje wyciek.

8.5 Zablokowanie, zużycie i wyciek uszczelki dynamicznej w niskiej temperaturze

Uszczelki dynamiczne, oprócz utraty nacisku kontaktowego, wymagają również niskiego tarcia i szybkiego odprężania. W niskich temperaturach materiał staje się twardszy, tarcie rośnie, smarowanie pogarsza się, a wargę uszczelniającą lub pierścień O nie zawsze można dopasować do powierzchni współpracującej w krótkim czasie, co prowadzi do przecieków okresowych, poślizgu, skręcania lub zużycia.

9. Dobór materiału nie może ograniczać się wyłącznie do określenia «odporny na zimno»

Dla klientów z branży chłodnictwa, przemysłu lotniczego i kosmicznego oraz urządzeń zewnętrznych i zaworów przeznaczonych do pracy w niskich temperaturach strona materiału powinna rozdzielać pojęcie «odporny na zimno» na sprawdzalne wskaźniki, a nie podawać jedynie zakresu temperatur.

Zalecane pola to następujące:

Pole

Zalecany opis

Najniższa temperatura użytkowania

Wskazać, czy wartość dotyczy uszczelki statycznej, dynamicznej, gazowej czy cieczowej

TR10

Wskazać standard badawczy, np. ASTM D1329/ISO 2921; warto preferencyjnie stosować metodę TR10 do oceny zdolności odprężania w niskich temperaturach

Tg

Wskazać metodę badawczą, np. DSC lub DMA; wyjaśnić, że temperatura szklistości (Tg) nie jest jedynym kryterium decydującym o właściwościach uszczelniających

Temperatura kruchości

Określić zgodnie ze standardem ASTM D2137, ASTM D746 lub odpowiednimi metodami ISO; stosowane do oceny ryzyka pęknięcia przy uderzeniu w niskiej temperaturze

Zmniejszenie trwałej odkształcenia spowodowane niską temperaturą podczas ściskania

Zaleca się odniesienie do normy ISO 815-2 lub równoważnej metody; stosowane do oceny zdolności do dynamicznego odzyskiwania

Współczynnik przecieku w niskiej temperaturze

Badania przeprowadzane w rzeczywistym rowku, przy rzeczywistym ciśnieniu, w rzeczywistej ośrodku i rzeczywistym czasie chłodzenia

Wpływ ośrodka

Określić, czy czynniki chłodnicze, paliwa, smary, oleje hydrauliczne, CO₂, wodór, powietrze oraz inne ośrodki powodują rozprężanie, kurczenie się lub plastycyzację

Odzysk po cyklu termicznym

Stosowalne w warunkach zewnętrznych, lotnictwa i astronautyki, w chłodniach oraz przy warunkach pracy zaworów z cyklicznym włączaniem i wyłączaniem

Właściwości w niskiej temperaturze po starzeniu

Starzenie w wysokiej temperaturze i w ośrodku, a następnie ponowne badanie wartości TR10, trwałej deformacji po ściskaniu oraz współczynnika przecieku

10. Logika doboru powszechnie stosowanych materiałów w niskich temperaturach

NBR / NBR o niskiej temperaturze przeznaczenia

Właściwości niskotemperaturowe NBR zależą ściśle od zawartości akrylonitrylu, składu mieszanki oraz systemu wypełniaczy. NBR o niskiej temperaturze przeznaczenia poprawia miękkość w niskich temperaturach, ale zwykle wymaga kompromisu między odpornością na oleje, zgodnością z paliwami oraz zdolnością do odzyskiwania kształtu w niskich temperaturach. Stosowany w zastosowaniach związanych z olejami, glikolem wodnym, ogólnymi układami hydraulicznymi oraz chłodniczymi – konieczna jest weryfikacja zgodności z danym medium.

HNBR

HNBR charakteryzuje się lepszą odpornością na wysokie temperatury, oleje oraz lepszymi właściwościami mechanicznymi niż zwykły NBR, jednak jego właściwości niskotemperaturowe nadal w dużym stopniu zależą od składu mieszanki. W przypadku urządzeń pracujących w niskich temperaturach i pod wpływem wysokiego ciśnienia gazów lub mieszanin oleju i gazu nie wystarczy opierać się wyłącznie na nazwie HNBR – należy wymagać danych dotyczących TR10, trwałej deformacji po ściskaniu w niskich temperaturach oraz rzeczywistych testów szczelności.

EPDM

EPDM zwykle nadaje się do zastosowań w środowiskach zawierających wodę, parę wodną, ciecze chłodzące, ozon występujący na zewnątrz oraz w warunkach niskich temperatur, ale nie nadaje się do większości produktów ropopochodnych. Stosowany w urządzeniach zewnętrznych, układach chłodzenia wody, systemach etylenoglikolu działających w niskich temperaturach; wymagana jest weryfikacja wartości TR10 oraz zdolności odzyskiwania przy niskich temperaturach dla konkretnej formuły.

VMQ / Guma krzemionkowa

Miękkość gumy krzemionkowej w niskich temperaturach jest zazwyczaj dobra, jednak wytrzymałość na rozrywanie, odporność na zużycie, szybkość przepuszczania gazów oraz zdolność do współpracy z olejami i paliwami mogą stanowić ograniczenia. Nadaje się do niektórych statycznych uszczeleń pracujących w niskich temperaturach, w zastosowaniach spożywczych i medycznych oraz w środowiskach obciążeniowych, ale niekoniecznie nadaje się do uszczeleń gazów pod wysokim ciśnieniem lub intensywnego dynamicznego zużycia.

FVMQ / Guma fluorokrzemionkowa

Guma fluorokrzemionkowa zapewnia lepszy balans między elastycznością w niskich temperaturach a zgodnością z paliwami i olejami; stosowana głównie w lotnictwie i przemyśle kosmicznym do statycznych uszczeleń paliw oraz olejów przeznaczonych do pracy w niskich temperaturach. Jednak jej wytrzymałość mechaniczna i odporność na zużycie wymagają indywidualnej oceny – nie można jej po prostu zastąpić gumą FKM lub NBR w każdym przypadku.

FKM / FKM do pracy w niskich temperaturach

Standardowy FKM charakteryzuje się wysoką odpornością na wysokie temperatury, oleje oraz środki chemiczne, jednak jego sprężystość w niskich temperaturach jest często ograniczona. W zaworach przeznaczonych do niskich temperatur, w sprzęcie lotniczym i kosmicznym do paliw oraz w urządzeniach zewnętrznych do produktów ropopochodnych należy preferencyjnie stosować FKM do pracy w niskich temperaturach lub podobne specjalne formuły; konieczna jest weryfikacja parametrów TR10, Tg oraz trwałej odkształcalności po ściskaniu w niskich temperaturach.

FFKM

Główną zaletą FFKM jest ekstremalna odporność chemiczna i termiczna, lecz wiele standardowych formuł FFKM wykazuje słabe właściwości sprężyste w niskich temperaturach. W przypadku zaworów wysokociśnieniowych do pracy w niskich temperaturach lub sprzętu do przemysłu naftowego i gazowniczego, w którym konieczne jest użycie FFKM, należy wybrać formułę FFKM do pracy w niskich temperaturach oraz zweryfikować szczelność przy wysokim ciśnieniu i niskiej temperaturze.

Dane firmy Trelleborg pokazują również znaczne różnice w odpowiedzi różnych formuł FFKM do pracy w niskich temperaturach – pod kątem wartości TR10 i Tg – w warunkach wysokiego ciśnienia.

11. W jaki sposób projekt konstrukcyjny zmniejsza ryzyko przecieków w niskich temperaturach?

Materiał to tylko pierwszy krok; uszczelnienia typu O-ring działające w niskich temperaturach wymagają również kontroli ryzyka poprzez projektowanie rowka i montażu.

Najpierw należy zapewnić wystarczającą wartość ściskania przy Tmin. Należy obliczyć różnicę termicznego skurczu między metalowym rowkiem a gumą; nie można projektować wyłącznie na podstawie konwencjonalnych wymiarów.

W przypadku uszczelek statycznych warto nieco zwiększyć wartość ściskania wywoływanego ciśnieniem, ale nie wolno przekroczyć limitów wypełnienia rowka oraz ograniczeń montażowych. Zbyt mała wartość ściskania spowoduje wcześniejsze przecieki; zbyt duża wartość ściskania może doprowadzić do uszkodzenia elementów podczas montażu, wypchnięcia materiału uszczelniającego pod wpływem termicznego rozszerzania się, wzrostu tarcia lub trwałej deformacji.

Trzecim aspektem jest fakt, że w przypadku uszczelek dynamicznych nie można dowolnie zwiększać wartości ściskania. W niskich temperaturach tarcie rośnie; nadmierna wartość ściskania spowoduje opór podczas uruchamiania, zużycie, skręcanie się uszczelki oraz jej „pełzanie”.

Czwartym aspektem jest kontrola chropowatości i okrągłości powierzchni uszczelniającej. W niskich temperaturach zdolność gumy do wypełniania grubszych wierzchołków powierzchni spada, a chropowatość powierzchni silniej wpływa na szczelność.

Piąte: stosować pierścienie wsporcze, pierścienie zabezpieczające lub struktury napinane sprężynowo w razie konieczności. W warunkach wysokiego ciśnienia i niskiej temperatury uszczelnienie gazowe wyłącznie oparte na własnej sprężystości gumy wiąże się z wyższym ryzykiem; bardziej niezawodne mogą okazać się uszczelki ze spienionego PTFE napinane sprężynowo, uszczelki typu O-ring z otoczką, uszczelki o specjalnym przekroju lub uszczelki metalowe.

Szóste: smar do smarowania musi być zgodny z warunkami niskich temperatur. Zwykły smar do smarowania staje się lepki lub zamarza w niskich temperaturach, co zwiększa tarcie i wpływa na dopasowanie powierzchni styku; szczególnie ważne jest sprawdzenie zgodności smaru z gumą, medium roboczym oraz najniższą temperaturą pracy w przypadku zaworów przeznaczonych do niskich temperatur oraz zastosowań lotniczych i kosmicznych.

12. Zalecana metoda weryfikacji

W przypadku urządzeń chłodniczych, lotniczych i kosmicznych, sprzętu zewnętrznego oraz zaworów przeznaczonych do niskich temperatur zaleca się przeprowadzanie weryfikacji w zakresie niskich temperatur jako testu kompleksowego, a nie pojedynczego testu materiału.

Zalecany ciąg testów:

  • Poziom materiału: temperatura szklistości (Tg), temperatura odkształcenia przy 10 % (TR10), temperatura kruchości, niskotemperaturowa stała odkształcenia po ściskaniu.
  • Poziom mediów: ponowna kontrola wymiarów, twardości, wartości TR10 oraz trwałej deformacji po zanurzeniu w czynniku chłodniczym, oleju, paliwie, powietrzu, CO₂, wodorze lub rzeczywistym medium.
  • Poziom konstrukcji: dopasowanie do rzeczywistego rowka, rzeczywistej wartości ściskania oraz rzeczywistej chropowatości powierzchni zamontowanego uszczelnienia pierścieniowego.
  • Poziom warunków: ochłodzenie w niskiej temperaturze do najniższej wartości, utrzymanie przez wystarczający czas, a następnie przeprowadzenie testu szczelności gazowej.
  • Poziom cykli: cyklowanie temperatury wysokiej i niskiej, cyklowanie ciśnienia oraz cyklowanie uruchamiania i zatrzymywania, po czym ponowne badanie szczelności.
  • Poziom starzenia: po starzeniu termicznym lub starzeniu w danym medium przeprowadza się ponowne badanie przy niskiej temperaturze.

Minimalne wymagania nie powinny ograniczać się do sformułowania „materiał odporny na −40 °C”, lecz powinny brzmieć następująco:

Przy temperaturze −40 °C, w określonym medium, przy określonym ciśnieniu, po określonym czasie ochładzania w niskiej temperaturze, w określonym rowku i przy określonej chropowatości powierzchni, szybkość przecieku ≤ wartości docelowej; uszczelnienie pierścieniowe nie powinno wykazywać pęknięć, niepowinno ulec niezwykłej trwałej deformacji oraz powinno zachować akceptowalną zdolność do odbicia przed i po teście.