1. สรุป

O-ring โดยทั่วไปแล้ว คำว่า "70 องศา 80 องศา 90 องศา" ที่มักกล่าวถึงนั้น มักหมายถึงค่าความแข็งแบบชอร์ เอ (Shore A) ที่ 70, 80 และ 90 ตามลำดับ ซึ่งเป็นการวัดความแข็งของยาง โดยค่าที่สูงขึ้นหมายถึงวัสดุมีความแข็งมากขึ้น และสามารถต้านแรงดันออกได้ดีขึ้น แต่ในขณะเดียวกัน ก็ทำให้แรงที่ใช้ในการติดตั้งเพิ่มขึ้น ความสามารถในการยืดหยุ่นให้สอดคล้องกับพื้นผิวปิดผนึกลดลง และสมรรถนะการคืนตัวที่อุณหภูมิต่ำแย่ลงด้วย ดังนั้น ความแข็งของโอริงจึงไม่ใช่ยิ่งสูงยิ่งดี

หลักเกณฑ์ทั่วไปสำหรับการเลือกใช้งานทางวิศวกรรมคือ:

70A: ค่าเริ่มต้นที่ให้ความสำคัญสูงสุด เหมาะสำหรับการปิดผนึกแบบคงที่ส่วนใหญ่ รวมถึงสารหล่อลื่นทั่วไป น้ำ ระบบลม และสถานการณ์การบำรุงรักษาทั่วไป จุดเด่นของวัสดุความแข็ง 70A คือการผสมผสานอย่างสมดุลระหว่างสมบัติการยืดหยุ่น ความสะดวกในการติดตั้ง การสอดคล้องกับพื้นผิวปิดผนึก และการใช้งานได้หลากหลาย

80A: ทางเลือกระดับกลางที่ให้สมดุลระหว่างคุณสมบัติต่าง ๆ เมื่อวัสดุความแข็ง 70A มีแนวโน้มเกิดการไหลออก (extrusion) ภายใต้แรงดันอย่างเห็นได้ชัดเล็กน้อย เช่น จากช่องว่างของร่องหรือขอบที่มีการกัดกร่อนเล็กน้อย แต่คุณก็ไม่ต้องการให้เกิดแรงติดตั้งที่สูงเกินไป แรงเสียดทานที่มากเกินไป หรือการสูญเสียสมรรถนะการคืนตัวที่อุณหภูมิต่ำซึ่งพบได้กับวัสดุความแข็ง 90A ดังนั้นจึงอาจพิจารณาใช้วัสดุความแข็ง 80A ได้

90A: ให้ความสำคัญสูงสุดกับความสามารถในการต้านการไหลออก เหมาะสำหรับระบบที่มีแรงดันสูง ช่องว่างการฉีดขึ้นรูปขนาดใหญ่ ระบบไฮดรอลิก หรือสภาวะที่เคยเกิดปรากฏการณ์กัดแทะ/ถูกบีบออก/กัดกินมาก่อน อย่างไรก็ตาม ค่าความแข็ง 90A ไม่ควรเข้าใจผิดว่าเป็นวัสดุที่ "เหนือกว่า" เพียงเพราะค่าตัวเลขนั้นสูงกว่า เนื่องจากวัสดุชนิดนี้ต้องการความแม่นยำสูงขึ้นในการออกแบบร่อง ความเอียงของขอบ (chamfer) การหล่อลื่นขณะประกอบ และการซีลเริ่มต้นที่อุณหภูมิต่ำ

ค่า Shore A เป็นระบบการวัดความแข็งแบบการกดแทรก (indentation hardness) ซึ่งมาตรฐาน ASTM D2240 อธิบายไว้อย่างชัดเจนว่า การทดสอบนี้วัดความลึกของการกดแทรกวัสดุภายใต้สภาวะที่กำหนดไว้ และจัดอยู่ในกลุ่มตัวชี้วัดเชิงประจักษ์ (empirical control indicator) ซึ่งไม่สามารถเทียบเท่ากับสมบัติเชิงกลเพียงอย่างเดียวได้โดยตรง กล่าวอีกนัยหนึ่ง ค่าความแข็ง 90A ไม่ได้หมายความว่า "มีความต้านแรงดึงสูงกว่าค่า 70A ถึง 30%" — มันเป็นเพียงระดับความแข็งที่สูงกว่าเท่านั้น

2. ตารางเปรียบเทียบค่าความแข็ง 70A, 80A และ 90A

ตารางนี้จำเป็นต้องเพิ่มสมมุติฐานหนึ่งข้อ: ต้องเปรียบเทียบภายใต้ระบบที่ใช้วัสดุชนิดเดียวกันเท่านั้น NBR 70A, FKM 70A, EPDM 70A และ VMQ 70A ไม่มีสมรรถนะเท่ากัน — วัสดุเป็นตัวกำหนดความเข้ากันได้กับสารเคมี ช่วงอุณหภูมิที่ใช้งานได้ อัตราการยุบตัวภายใต้แรงกด (compression set) และสมรรถนะที่อุณหภูมิต่ำ ขณะที่ค่าความแข็ง (hardness) เป็นเพียงพารามิเตอร์หนึ่งในหลายพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้อง

3. ทำไมค่า 70A จึงพบเห็นได้บ่อยที่สุด

คุณค่าหลักของค่า 70A คือ "ความสมดุล"

แหวนโอ (O-ring) ไม่พึ่งพาหลักการที่ว่า "ยิ่งกดแน่นยิ่งเชื่อถือได้มากขึ้น" ในการปิดผนึก แต่พึ่งพาการเปลี่ยนรูปแบบการบีบอัดหลังติดตั้งเพื่อสร้างแรงดันสัมผัสเริ่มต้น จากนั้นจึงเสริมประสิทธิภาพการปิดผนึกเพิ่มเติมภายใต้แรงดันของตัวกลางที่ไหลผ่าน วัสดุแหวนโอของเทรลเลอบอร์กให้คำแนะนำเกี่ยวกับอัตราการบีบอัดเริ่มต้นทั่วไป ดังนี้: สำหรับการใช้งานแบบเคลื่อนไหว (dynamic application) อยู่ที่ 6–20% และสำหรับการใช้งานแบบคงที่ (static application) อยู่ที่ 15–30% ซึ่งแสดงให้เห็นว่าแหวนโอจำเป็นต้องสามารถบีบอัดได้อย่างเหมาะสม มีความสามารถในการปรับรูปตามพื้นผิว และคืนรูปได้ดี ไม่ควรเน้นเพียงความแข็งสูงเป็นพิเศษเท่านั้น

ข้อดีของความแข็ง 70A ได้แก่:

ประกอบง่าย: การประกอบด้วยมือ การประกอบเป็นชุดใหญ่ และการบำรุงรักษาหรือเปลี่ยนชิ้นส่วนใหม่ทำได้สะดวกยิ่งขึ้น ไม่ก่อให้เกิดรอยขีดข่วน รอยขูด หรือการบิดเบี้ยวได้ง่าย เนื่องจากความแข็งที่สูงเกินไป

มีความยืดหยุ่นและสามารถปรับรูปเข้ากับพื้นผิวได้ดี: ทนต่อความหยาบของพื้นผิวในระดับเล็กน้อย ความคลาดเคลื่อนของขนาดร่อง และความไม่สม่ำเสมอของแผ่นรอง (flange) ได้ดีกว่า

การปิดผนึกที่แรงดันต่ำและการปิดผนึกขณะเริ่มต้นใช้งานมีความน่าเชื่อถือมากขึ้น: ระบบหลายประเภทในช่วงความดันต่ำ ช่วงเริ่มต้นการทำงาน และช่วงที่อุณหภูมิเปลี่ยนแปลง จำเป็นต้องอาศัยคุณสมบัติการคืนรูปของแหวนโอ (O-ring) เพื่อรักษาการซีลไว้ และโดยทั่วไปแล้วความแข็งระดับ 70A จะให้ข้อได้เปรียบมากกว่า

การคืนรูปที่อุณหภูมิต่ำสัมพัทธ์ดีกว่า: ภายใต้วัสดุชนิดเดียวกัน เมื่อความแข็งเพิ่มขึ้น ความยืดหยุ่นที่อุณหภูมิต่ำมักจะลดลง ทำให้ประสิทธิภาพแย่ลง; โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อการคืนรูปเชิงยืดหยุ่นและการเปลี่ยนแปลงจากการบีบอัดคงที่ (compression-set) เกิดขึ้นใกล้เขตการเปลี่ยนผ่านแบบแก้ว (glass-transition zone) ผลกระทบต่อความสามารถในการซีลของแหวนโอจะมีความสำคัญอย่างยิ่ง

ดังนั้น เว้นแต่จะมีข้อจำกัดที่ชัดเจนเกี่ยวกับความดัน การถูกดันออก (extrusion) การสึกหรอ หรือโครงสร้าง ความแข็งระดับ 70A มักจะเป็นจุดเริ่มต้นเชิงวิศวกรรมมาตรฐาน

4. ควรเลือกใช้ความแข็งระดับ 80A เมื่อใด

ความแข็งระดับ 80A เป็นค่าความแข็งที่มีคุณค่าสูงมากในฐานะค่ากลาง แต่มักถูกมองข้าม

กรณีที่เหมาะสมสำหรับการเลือกใช้ความแข็งระดับ 80A:

ยางชนิด 70A มีความเสี่ยงเล็กน้อยต่อการถูกดันออก (extrusion) ที่ขอบภายใต้แรงดัน; ระยะว่างของร่อง (groove clearance) ค่อนข้างกว้าง แต่ยังไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนไปใช้ยางชนิด 90A หรือใช้วงแหวนรองรับ (back-up ring) ทันที; แรงดันในระบบอยู่ในระดับปานกลางถึงสูง; ลูกค้ารายงานว่า ยางชนิด 70A เกิดความล้มเหลวในรูปแบบ 'กัด แทะ บุ๋ม และถูกดันเข้าไปในช่องว่าง' (biting, nibbling, burring, being extruded into clearance); ลูกค้ายังต้องการรักษาความสามารถในการประกอบได้พอดี (assembly conformity) ความยืดหยุ่น และการคืนตัวต่ำไว้; การประกอบยากเกินไป หรือแรงเสียดทานแบบไดนามิกสึกหรอ

คู่มือการออกแบบของ Apple Rubber มีตัวอย่างที่เข้าใจง่าย: ภายใต้แรงดัน 1000 psi และเงื่อนไขระยะว่างโดยรวมของเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากับ 0.016 นิ้ว จุดของยางชนิด 70 Shore A อยู่ในโซนที่ไม่เสถียร ซึ่งจำเป็นต้องเพิ่มความแข็ง ใส่วงแหวนรองรับเพิ่ม หรือลดระยะว่างลง; ในขณะที่จุดของยางชนิด 80 Shore A ภายใต้แผนภาพเดียวกันนั้นอยู่ในช่วงที่ยอมรับได้ สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่า 80A ไม่ใช่ 'ข้อกำหนดที่ตายตัว (cold spec)' แต่เป็นทางเลือกเชิงวิศวกรรมที่สมดุลและเหมาะสมมาก ระหว่าง 70A กับ 90A

5. เมื่อใดควรเลือกใช้ยางชนิด 90A

เป้าหมายหลักของยางชนิด 90A ไม่ใช่ 'การซีลได้ดีขึ้น' แต่คือ 'ต้านทานการถูกดันออก (extrusion) ได้ดีขึ้น'

ภายใต้แรงดัน แหวนโอ (O-ring) จะถูกดันไปยังด้านที่มีแรงดันต่ำ หากช่องว่างระหว่างผิวสัมผัส (mating clearance) มีขนาดใหญ่เกินไป หรือแรงดันสูงเกินไป ยางอาจถูกบีบเข้าไปในช่องว่างนั้น ทำให้เกิดการกัดกร่อน (nibbling) รอยแตก (cracking) หรือการแยกตัว (splitting) จนสุดท้ายนำไปสู่การรั่วซึม แอปเปิล รับเบอร์ (Apple Rubber) ได้ระบุวิธีทั่วไปในการป้องกันการบีบตัวของแหวนโอภายใต้แรงดันอย่างชัดเจน ได้แก่ การเพิ่มความแข็ง (hardness) การใช้วงแหวนรองรับ (back-up ring) การลดช่องว่างเส้นผ่านศูนย์กลาง (diameter clearance) และการลดแรงดันของระบบ

ใช้ได้กับการเลือกแหวนโอที่มีค่าความแข็ง 90A:

ใช้ในระบบน้ำมันไฮดรอลิกที่มีแรงดันสูง ความต่างของแรงดันมาก คู่ชิ้นส่วนเคลื่อนที่แบบเสริม (kinematic auxiliary pair) ที่มีช่องว่างการบีบตัวค่อนข้างกว้าง แหวนโอที่มีหน้าตัดเล็กแต่ต้องรับแรงดันค่อนข้างสูง รูปแบบการล้มเหลวในสถานที่จริงชัดเจนว่าเกิดจากการบีบตัว การกัด (biting) หรือการกัดกร่อน (nibbling) มากกว่าการเสื่อมสภาพจากอายุการใช้งาน การละลาย หรือการยุบตัวภายใต้แรงกด (compression set) ไม่สามารถปรับขนาดร่องใส่แหวนโอได้ และการใช้วงแหวนรองรับไม่สะดวก จำเป็นต้องใช้ร่วมกับวงแหวนรองรับเพื่อเพิ่มความน่าเชื่อถือในการใช้งานภายใต้แรงดันสูงยิ่งขึ้น

แต่ต้นทุนของแหวนโอที่มีค่าความแข็ง 90A ก็ชัดเจนเช่นกัน:

แรงที่ใช้ในการประกอบเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัด; วัสดุถูกตัดหรือขีดข่วนได้ง่ายขึ้นระหว่างการประกอบ; จำเป็นต้องมีความเอียงของขอบนำเข้า (lead-in chamfer) ที่ดีขึ้นและใช้สารหล่อลื่น; มีความไวต่อขนาดร่อง ความหยาบของพื้นผิว และปริมาณการยัดแน่นมากขึ้น; การคืนตัวที่อุณหภูมิต่ำและการสำรองการปิดผนึกเริ่มต้นลดลง; ความเสี่ยงจากการเกิดแรงเสียดทาน การสึกหรอ และการสร้างความร้อนเพิ่มขึ้นในซีลแบบเคลื่อนไหว

วัสดุของเทรลเลอบอร์กชี้ให้เห็นว่าปริมาณการยัดแน่นของโอริงได้รับผลกระทบจากความดันเริ่มต้น ชนิดวัสดุ ความแข็ง ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน และขนาดหน้าตัด โดยแสดงกราฟความสัมพันธ์ระหว่างแรงยัดแน่นกับการยัดแน่นของ NBR 70 Shore A เทียบกับ NBR 90 Shore A; กราฟแสดงอย่างชัดเจนว่า ยิ่งความแข็งสูงขึ้นเท่าใด แรงยัดแน่นที่ต้องการก็ยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น กล่าวคือ แรงที่ใช้ในการประกอบและแรงต้านการยัดแน่นก็จะสูงขึ้นด้วย

6. อย่าปล่อยให้ "ความดัน" เป็นตัวกำหนดความแข็งเพียงอย่างเดียว

ลูกค้าจำนวนมากสอบถามว่า "ความดันระดับใดจึงควรใช้ความแข็ง 70? ความดันระดับใดจึงควรใช้ความแข็ง 90?"

คำถามนี้ไม่สามารถตอบได้ด้วยแรงดันเพียงอย่างเดียว ว่าซีลโอ-ริงจะเกิดการยืดออกหรือไม่นั้น ขึ้นอยู่กับปัจจัยอย่างน้อยดังต่อไปนี้: แรงดันหรือความต่างของแรงดัน, ช่องว่างที่ทำให้เกิดการยืดออก, ขนาดหน้าตัดของโอ-ริง, โครงสร้างร่องใส่โอ-ริง, ระบบวัสดุที่ใช้, ความแข็ง, การใช้งานแบบซีลคงที่หรือซีลเคลื่อนที่, อุณหภูมิ, การมีหรือไม่มีแหวนรองรับ (back-up ring), และการมีหรือไม่มีแรงดันแบบเป็นจังหวะ

วัสดุของ Apple Rubber ระบุอย่างชัดเจนว่า ขีดจำกัดการยืดออกของโอ-ริงนั้นถูกกำหนดร่วมกันโดยช่องว่างเชิงเส้นผ่านศูนย์กลางภายใต้แรงดันและความแข็งของวัสดุ เมื่อจุดตัดระหว่างแรงดันกับช่องว่างตกอยู่ในโซนที่ไม่ปลอดภัย จำเป็นต้องเพิ่มความแข็งของวัสดุ ใช้แหวนรองรับ หรือลดขนาดช่องว่างลง

แรงดันในการทำงานอ้างอิงของ Trelleborg สำหรับทั่วไป โอริง ยังสะท้อนจุดนี้อีกด้วย: โดยไม่มีแหวนรองรับ แรงดันในการใช้งานแบบสถิตทั่วไปมักอยู่ที่เพียงไม่กี่เมกะพาสคาล จนถึงประมาณ 10 เมกะพาสคาล ขึ้นอยู่กับวัสดุ ขนาดหน้าตัด และช่องว่างระหว่างชิ้นส่วน; แต่หลังจากใช้แหวนรองรับแล้ว ความสามารถในการรับแรงดันจะเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัด; ส่วนการใช้งานแบบไดนามิกแบบไสล์เดอร์ (reciprocating) โดยไม่มีแหวนรองรับ จะมีขีดจำกัดของแรงดันที่ต่ำกว่ามาก

ดังนั้น คำกล่าวที่แม่นยำยิ่งกว่าคือ

7. กระบวนการเลือกความแข็ง

ขั้นตอนที่หนึ่ง: เลือกวัสดุก่อน จากนั้นจึงเลือกความแข็ง

พิจารณาสื่อและอุณหภูมิเป็นลำดับแรก

น้ำมันแร่และน้ำมันไฮดรอลิก: มักใช้ยาง NBR, HNBR และ FKM; น้ำร้อน ไอน้ำ น้ำมันเบรก และสารเคมีชนิดโพลาไรซ์: มักใช้ยาง EPDM; น้ำมันที่มีอุณหภูมิสูง เชื้อเพลิง และสารเคมีต่างๆ: มักใช้ยาง FKM หรือ FFKM; อุณหภูมิต่ำ อากาศ และบางกรณีพิเศษ: อาจพิจารณาใช้ยาง VMQ, FVMQ หรือยาง NBR/FKM ที่ออกแบบมาเฉพาะสำหรับอุณหภูมิต่ำ

วัสดุของเทรลเลอบอร์กยังแสดงให้เห็นว่าช่วงอุณหภูมิและการยืดหยุ่นที่อุณหภูมิต่ำของยางสังเคราะห์ชนิดต่าง ๆ นั้นมีความแตกต่างกันอย่างมาก เช่น FVMQ และ VMQ มีความสามารถในการยืดหยุ่นที่อุณหภูมิต่ำได้ดีกว่า ในขณะที่ความสามารถในการใช้งานที่อุณหภูมิต่ำของ FKM, HNBR และ NBR ยังขึ้นอยู่กับสูตรเฉพาะเจาะจง

อย่าเพียงแต่กล่าวว่า "ฉันต้องการแหวนโอ (O-ring) ที่มีค่าความแข็ง 70 องศา" เท่านั้น แต่ต้องระบุวัสดุที่ใช้ควบคู่ไปด้วย

ตัวอย่างการระบุที่ถูกต้อง: แหวนโอ (O-ring) ทำจาก NBR ความแข็ง 70 Shore A, แหวนโอ (O-ring) ทำจาก FKM ความแข็ง 75 Shore A, แหวนโอ (O-ring) ทำจาก EPDM ความแข็ง 70 Shore A, แหวนโอ (O-ring) ทำจาก HNBR ความแข็ง 90 Shore A

ขั้นตอนที่สอง: พิจารณาแรงดันและช่องว่างสำหรับการบีบออก (Extrusion Clearance)

หากแรงดันต่ำ ช่องว่างมีขนาดเล็ก การใช้งานเป็นแบบปิดผนึกคงที่ (static seal) และไม่มีความเสี่ยงที่ชัดเจนจากการบีบออก ควรเลือกใช้วัสดุที่มีค่าความแข็ง 70A เป็นลำดับแรก

หากแรงดันเพิ่มขึ้น หรือช่องว่างมีขนาดใหญ่ขึ้น ให้พิจารณาประเด็นต่อไปนี้ก่อนเป็นอันดับแรก:

ขนาดของร่องที่ใช้ติดตั้งเหมาะสมหรือไม่? สามารถลดช่องว่างสำหรับการบีบออกได้หรือไม่? สามารถติดตั้งแหวนรองรับ (back-up ring) เพิ่มเติมได้หรือไม่? จำเป็นต้องเปลี่ยนจากวัสดุความแข็ง 70A ไปเป็น 80A หรือไม่? จำเป็นต้องใช้วัสดุความแข็ง 90A จริงหรือไม่?

ภายใต้สภาวะความดันสูง การเพิ่มแหวนรองรับมักให้ความมั่นคงมากกว่าการเพียงแต่เพิ่มความแข็งของวัสดุ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีแรงดันทั้งสองทิศทาง ควรพิจารณาติดตั้งแหวนรองรับทั้งสองด้าน เพื่อหลีกเลี่ยงการบีบอัดที่เกิดจากการเปลี่ยนทิศทางการติดตั้งหรือทิศทางของแรงดัน

ขั้นตอนที่สาม: พิจารณาเงื่อนไขการประกอบ

หากลูกค้าดำเนินการประกอบด้วยตนเองในสถานที่จริง และร่องมีขอบคม ไม่มีการหล่อลื่น จำเป็นต้องผ่านเกลียวหรือรูเจาะ ความเสี่ยงระดับ 90A จะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ

จุดตรวจสอบหลักสำหรับการประกอบโอ-ริงที่มีความแข็งสูง: มีการเว้นมุมเอียงนำเข้าหรือไม่; ได้กำจัดเศษโลหะหรือรอยหยาบออกแล้วหรือไม่; มีการหล่อลื่นขณะประกอบหรือไม่; จะต้องผ่านขอบคม ร่องยึด หรือเกลียว หรือรูน้ำมันหรือไม่; จำเป็นต้องใช้ปลอกประกอบหรือไม่; มีโอกาสเกิดการบิด กลิ้ง หรือยืดเกินขนาดหรือไม่

วัสดุของเทรลเลอบอร์กยังเน้นย้ำว่าการออกแบบร่องให้เหมาะสมสามารถป้องกันการเสียหายของซีลและป้องกันการรั่วซึมได้ ตำแหน่งการประกอบโอ-ริงจำเป็นต้องมีมุมเอียงนำเข้าและโค้งมนที่ขอบ

ขั้นตอนที่สี่: พิจารณาการซีลที่อุณหภูมิต่ำและการเริ่มต้นใช้งาน

ภายใต้สภาวะอุณหภูมิต่ำ การเลือกค่าความแข็งควรกระทำด้วยความระมัดระวังมากขึ้น

สำหรับวัสดุชนิดเดียวกัน ค่าความแข็ง 90A มักจะคืนรูปช้ากว่าที่อุณหภูมิต่ำ โดยสำหรับอุปกรณ์ที่ต้องเริ่มใช้งานในสภาวะเย็น ต้องการแรงดันเริ่มต้นต่ำ การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างต่อเนื่อง การหยุดนิ่งที่อุณหภูมิต่ำแล้วเริ่มใช้งานใหม่ ไม่ควรพิจารณาเพียงค่าความแข็งที่อุณหภูมิห้องเท่านั้น เนื่องจากความสามารถในการคืนรูปที่ไม่เพียงพอที่อุณหภูมิต่ำอาจทำให้แรงกดผิวสัมผัสไม่เพียงพอ ส่งผลให้เกิดการรั่วซึมขณะอุณหภูมิต่ำ

ลำดับความสำคัญในการเลือกวัสดุสำหรับใช้งานที่อุณหภูมิต่ำ ได้แก่ 1) เลือกวัสดุหรือสูตรเฉพาะที่เหมาะสมกับสภาวะอุณหภูมิต่ำ 2) ควบคุมปริมาณการบีบอัดให้อยู่ในระดับที่เหมาะสม 3) ควบคุมระยะว่างของร่อง 4) ทำการทดสอบการบีบอัดคงที่ที่อุณหภูมิต่ำ หรือการทดสอบการคืนรูปที่อุณหภูมิต่ำตามความจำเป็น

8. คำแนะนำในการเลือกโดยทั่วไป

ซีลแบบคงที่ทั่วไป

ซีลแบบคงที่สำหรับฟลานจ์ ฝาปิดปลาย ปลั๊ก และตัววาล์ว ใช้งานภายใต้แรงดันปานกลาง มีร่องมาตรฐาน และไม่มีความเสี่ยงที่ชัดเจนต่อการบีบออก (extrusion)

ให้เลือกค่าความแข็ง 70A เป็นลำดับแรก เนื่องจากมีความสะดวกในการติดตั้ง มีความยืดหยุ่นดี สามารถสร้างการปิดผนึกเริ่มต้นที่เชื่อถือได้แม้ภายใต้แรงดันต่ำ และมีความพร้อมใช้งานสูงในตลาด

ลมแบบทั่วไป

แรงดันของระบบลมมักไม่สูงนัก โดยเน้นที่แรงเสียดทานต่ำ การประกอบ และการคืนตัว

ให้เลือกค่าความแข็ง 70A เป็นลำดับแรก หากเป็นแบบไดนามิก ซีลสำหรับระบบลม , ความแข็งระดับ 90A มักก่อให้เกิดแรงเสียดทานและอัตราการสึกหรอที่ไม่จำเป็น

ไฮดรอลิกแบบทั่วไป

แรงดันระดับปานกลางถึงต่ำ ร่องมีขนาดเหมาะสม ระยะห่างระหว่างชิ้นส่วนควบคุมได้ดี

ความแข็งระดับ 70A หรือ 80A หากเกิดการยึดแน่นเล็กน้อย การเปลี่ยนแปลงแรงดันอย่างฉับพลัน หรือขอบชิ้นส่วนกัดเข้าไปในซีล สามารถเพิ่มความแข็งจาก 70A เป็น 80A หรือติดตั้งแหวนรองรับเพิ่มเติม

ไฮดรอลิกแรงดันสูง

แรงดันสูง ความต่างของแรงดันมาก มีระยะห่างที่อาจทำให้ซีลถูกบีบออก

80A, 90A หรือ 70A/80A พร้อมแหวนรองรับ ต้องพิจารณาเฉพาะความกว้างของร่องที่ใช้ตรวจสอบ หากลักษณะการเสียหายชัดเจนว่าเกิดจากการยัดออก (extrusion) การเลือกความแข็ง 90A จะมีความหมาย; แต่หากการเสียหายเกิดจากปัจจัยด้านอายุการใช้งาน บวม หรือการยุบตัวภายใต้แรงกด (compression set) หรือความไม่เข้ากันกับสารเคมีที่สัมผัส ความแข็ง 90A จะไม่สามารถแก้ไขสาเหตุหลักได้

ซีลสำหรับอุณหภูมิต่ำ

อุณหภูมิต่ำ อุณหภูมิเริ่มต้นการทำงานต่ำ และการหยุดนิ่งเป็นเวลานานในสภาพอุณหภูมิต่ำ

อย่าเพิ่มค่าความแข็งโดยไม่พิจารณาให้รอบคอบ ควรเลือกวัสดุหรือสูตรผสมที่ออกแบบมาสำหรับอุณหภูมิต่ำเป็นลำดับแรก โดยทั่วไปแล้วค่าความแข็งไม่ควรสูงเกินไป ความแข็ง 70A มักจะให้ความสามารถในการยึดเกาะเริ่มต้นที่เชื่อถือได้และฟื้นตัวกลับได้ดีกว่าความแข็ง 90A

ช่องว่างขนาดใหญ่หรือช่องว่างจากการสึกหรอ

หากช่องว่างระหว่างลูกสูบ กระบอกสูบ แกนวาล์ว หรือแผ่นข้อต่อแบบฟลานจ์มีขนาดค่อนข้างใหญ่

การเพิ่มค่าความแข็งเป็นเพียงวิธีหนึ่งเท่านั้น แนวทางที่ดีกว่ามักคือ ลดขนาดช่องว่าง ปรับแต่งร่องให้เหมาะสม เพิ่มแหวนรองรับ จากนั้นจึงพิจารณาใช้ความแข็ง 80A หรือ 90A

9. เวอร์ชันสำหรับวิศวกร — คาถาการตัดสินใจ

สามารถตัดสินใจได้อย่างรวดเร็วด้วยตรรกะต่อไปนี้:

ไม่มีความเสี่ยงในการบีบออกอย่างชัดเจน ให้ใช้ความแข็ง 70A เป็นอันดับแรก

หากความแข็ง 70A มีแนวโน้มการบีบออกเล็กน้อย หรือมีระยะปลอดภัยภายใต้แรงดันไม่เพียงพอ ให้ใช้ความแข็ง 80A

เมื่อมีแรงดันสูง ระยะห่างระหว่างชิ้นส่วนมาก และเกิดความล้มเหลวจากการกัดแน่นอย่างชัดเจน ให้ใช้ความแข็ง 90A

ในสภาวะอุณหภูมิต่ำและแรงดันต่ำ การประกอบทำได้ยาก และปัญหาแรงเสียดทานแบบไดนามิกต่ำไม่สามารถแก้ไขได้ด้วยความแข็ง จึงไม่ควรเพิ่มความแข็งขึ้นเป็น 90A โดยง่าย

ความแข็งไม่สามารถแก้ปัญหาความไม่เข้ากันของวัสดุ ความผิดพลาดของร่อง หรือปัญหาการยุบตัวภายใต้แรงกด (compression-set) ได้

10. สิ่งที่ฝ่ายจัดซื้อควรให้ความสำคัญ

ฝ่ายจัดซื้อไม่ควรสั่งซื้อเพียงแค่ระบุว่า "70 องศา" หรือ "90 องศา" เท่านั้น แนะนำให้ยืนยันข้อมูลในหัวข้อต่อไปนี้อย่างน้อยที่สุด:

วัสดุ: NBR, FKM, EPDM, HNBR, VMQ, FFKM ฯลฯ; ความแข็ง: เช่น 70 Shore A, 80 Shore A, 90 Shore A; มาตรฐานมิติ: GB, ISO 3601, AS568 หรือมิติที่ไม่เป็นมาตรฐาน; ความคลาดเคลื่อนของความแข็ง: เช่น 70±5 Shore A ตามแบบแปลนของบริษัทหรือข้อกำหนดวัสดุ; สี: ดำ น้ำตาล เขียว ฯลฯ แต่สีไม่สามารถใช้แทนการยืนยันวัสดุได้; สภาวะการใช้งาน: สื่อที่สัมผัส อุณหภูมิ ความดัน การซีลแบบคงที่/แบบเคลื่อนไหว; การรับรองมาตรฐาน: RoHS, REACH, FDA, UL, WRAS, รายงานวัสดุ ฯลฯ; การติดตามย้อนกลับตามชุดผลิต: COC, COA, ใบรับรองวัสดุ รายงานการทดสอบ ฯลฯ

จุดเสี่ยงในการจัดซื้อ:

ไม่สามารถพิจารณา NBR 70A และ FKM 70A เป็นวัสดุทดแทนกันได้แม้จะมีค่าความแข็งเท่ากัน เนื่องจากคุณสมบัติด้านความต้านทานน้ำมัน ความต้านทานความร้อน ความต้านทานสารเคมี การคืนตัวที่อุณหภูมิต่ำ และราคา อาจแตกต่างกันโดยสิ้นเชิง

ไม่สามารถสรุปได้ว่าวัสดุที่มีค่าความแข็ง 90A ดีกว่าเพียงเพราะมีค่าความแข็งสูงกว่า เนื่องจากวัสดุ 90A อาจทำให้เกิดปัญหาในการประกอบ รั่วซึมภายใต้ความดันต่ำ การคืนตัวที่อุณหภูมิต่ำไม่เพียงพอ หรือแรงเสียดทานขณะเคลื่อนไหวสูงเกินไป

เมื่อแบบร่างของลูกค้าระบุว่า "70" ให้ยืนยันว่าหมายถึงความแข็งตามเกณฑ์ Shore A โดยการเขียนที่ถูกต้องตามมาตรฐานควรเป็น "70 Shore A" หรือ "70 ShA"

เมื่อเกิดความล้มเหลว ไม่ควรปรับเพียงแค่ค่าความแข็งเท่านั้น หากเกิดปรากฏการณ์บวม แตกร้าว แข็งตัว หรือเปลี่ยนรูปอย่างถาวร สาเหตุส่วนใหญ่มักเกิดจากวัสดุ อุณหภูมิ สื่อที่สัมผัส หรือปริมาณแรงกด มากกว่าค่าความแข็ง

11. ฝ่ายขายควรตอบคำถามที่ลูกค้าถามบ่อยๆ อย่างไร

ลูกค้าถามว่า "ความแตกต่างระหว่างค่า 70 องศา กับ 90 องศา คืออะไร"

สามารถตอบได้ดังนี้: ค่าความแข็ง 70A มีการใช้งานทั่วไปมากกว่า มีความยืดหยุ่นดีกว่า และติดตั้งง่ายกว่า เหมาะสำหรับซีลทั่วไปส่วนใหญ่ ขณะที่ค่าความแข็ง 90A มีความแข็งมากกว่า โดยเฉพาะมีความสามารถในการต้านทานการบีบออก (extrusion) ได้ดีกว่า จึงเหมาะกับสภาวะที่มีแรงดันสูงหรือช่องว่างขนาดใหญ่ อย่างไรก็ตาม แรงที่ใช้ในการติดตั้งซีลชนิด 90A สูงกว่า และอาจมีประสิทธิภาพการคืนรูปที่อุณหภูมิต่ำลดลง รวมทั้งความสามารถในการยึดแน่นกับพื้นผิวเพื่อการซีลอาจแย่ลงด้วย ดังนั้น ค่าความแข็งสูงกว่าจึงไม่จำเป็นต้องดีกว่าเสมอไป และโดยทั่วไปแนะนำให้เริ่มใช้ค่าความแข็ง 70A ก่อน เว้นแต่จะมีความเสี่ยงที่ชัดเจนต่อการรั่วจากแรงดันสูง

ลูกค้าถามว่า "แรงดันสูงจำเป็นต้องใช้ค่าความแข็ง 90 องศาหรือไม่"

สามารถตอบได้ดังนี้: ไม่จำเป็นเสมอไป การปิดผนึกภายใต้แรงดันสูงต้องพิจารณาพร้อมกันทั้งแรงดัน ความกว้างของร่อง ขนาดหน้าตัด และการมีหรือไม่มีแหวนรองรับ (back-up ring) วัสดุความแข็ง 90A มีความต้านทานต่อการถูกบีบออก (extrusion) ได้ดีกว่า แต่หากความกว้างของร่องใหญ่เกินไป การพึ่งพาเพียงความแข็งที่สูงขึ้นก็ยังไม่น่าเชื่อถือ — โดยทั่วไปแล้วมักยังต้องใช้แหวนรองรับที่เหมาะสม หรือปรับปรุงร่องให้เหมาะสม

ลูกค้าถามว่า "โอริงเดิมที่มีความแข็ง 70 องศาเกิดรั่ว ถ้าเปลี่ยนเป็น 90 องศาจะใช้งานได้หรือไม่?"

สามารถตอบได้ดังนี้: ต้องวิเคราะห์สาเหตุของการรั่วก่อน หากขอบของโอริงถูกบีบออกหรือถูกกัด (extruded หรือ bitten) การอัปเกรดเป็นวัสดุความแข็ง 80A หรือ 90A อาจช่วยได้ หรืออาจเพิ่มแหวนรองรับเข้าไปได้ แต่หากเกิดจากปัญหาการเสื่อมสภาพตามอายุการใช้งาน การบวม การยุบตัวถาวร (compression set) การแตกร้าว หรือการคืนตัวไม่เพียงพอที่อุณหภูมิต่ำ การเปลี่ยนเป็นวัสดุความแข็ง 90A อาจไม่ได้ผล และอาจทำให้การติดตั้งยากขึ้นหรือการคืนตัวแย่ลงด้วย

ลูกค้าถามว่า "จำเป็นต้องใช้ความแข็ง 80 องศาหรือไม่?"

สามารถตอบได้ดังนี้: ใช่ ความแข็งระดับ 80A เป็นค่าที่อยู่ระหว่าง 70A กับ 90A ซึ่งเหมาะสำหรับสภาวะที่มีแรงดันสูงกว่าปกติเล็กน้อย โดยกังวลเรื่องการบีบตัวออก (extrusion) แต่ก็ไม่ต้องการให้ความแข็งระดับ 90A นั้นแข็งเกินไปจนทำให้แรงประกอบชิ้นส่วนสูงเกินไป; โดยทั่วไปแล้ว ความแข็งระดับ 80A มักให้ความมั่นคงมากกว่าการเลือกใช้โดยตรงที่ระดับ 90A

12. ข้อเสนอแนะสุดท้าย

การเลือกแบบทั่วไป: ความแข็ง 70 Shore A นี่คือค่าความแข็งมาตรฐานส่วนใหญ่ของโอริง ซึ่งพิจารณาทั้งประสิทธิภาพในการปิดผนึก ความยืดหยุ่น ความสะดวกในการประกอบ และต้นทุน

เมื่อแรงดันหรือความเสี่ยงจากการบีบตัวออกเพิ่มสูงขึ้น: ความแข็ง 80 Shore A นี่คือค่าความแข็งที่เป็นจุดเปลี่ยนระหว่างการปิดผนึกทั่วไปกับการปิดผนึกที่ต้านการบีบตัวออก

ในสภาวะแรงดันสูง ช่องว่างระหว่างชิ้นส่วนใหญ่ และมีหลักฐานชัดเจนว่าเกิดการล้มเหลวจากการบีบตัวออก: ความแข็ง 90 Shore A แต่ในขณะเดียวกัน จำเป็นต้องตรวจสอบร่องใส่โอริง แหวนรองรับ (back-up ring) มุมเชื่อม (chamfer) การหล่อลื่น ความสามารถในการคืนตัวที่อุณหภูมิต่ำ และแรงที่ใช้ในการประกอบ

สรุป: ความแข็ง 70A มีหน้าที่รับผิดชอบด้านความหลากหลายและความสมดุล ความแข็ง 80A มีหน้าที่รับผิดชอบด้านการประนีประนอมและการแก้ไขปัญหา ส่วนความแข็ง 90A มีหน้าที่รับผิดชอบด้านความต้านทานการบีบอัดออก (extrusion resistance) ยิ่งความแข็งสูงขึ้นเท่าใด ความต้านทานการบีบอัดออกก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น แต่ในทางกลับกัน คุณสมบัติด้านความยืดหยุ่น การประกอบ และการคืนตัวที่อุณหภูมิต่ำจะลดลงตามไปด้วย