Вопрос, который инженеры должны задать себе перед использованием FFKM для герметизации, которая может быть опасна в случае протечки, звучит так: «Действительно ли FFKM здесь необходим?»

Процесс герметизации включает в себя несколько этапов. На одном этапе он может подвергаться воздействию горячего растворителя, на другом — очищаться паром, а между производственными циклами — охлаждаться. В этом случае материал герметика играет важную роль, поскольку от него зависит, будет ли функция герметизации сохраняться после воздействия различных условий.

Уплотнительные кольца из FFKM рассматриваются только в тех случаях, когда обычные эластомеры не обеспечивают достаточной химической или термической стойкости. FFKM сочетают эластичность уплотнения с высокофторированной полимерной основой. FFKM оказываются наиболее экономичным решением для герметизации в критически важных с точки зрения герметичности областях применения.

FFKM также относится к группе эластомеров, известных своей исключительно высокой ценой. Поэтому их марки не следует считать взаимозаменяемыми. В продуманной спецификации должны быть заданы два вопроса: действительно ли необходим FFKM, если можно использовать подходящий FKM или другой эластомер? Если да, то какой компаунд FFKM соответствует заданным параметрам?

Чем FFKM отличается от FKM?

В классификации ASTM D1418 перфторэластомер означает, что FFKM используется для чего. Таким образом, FFKM — это обозначение, а не само название соединения. В зависимости от комбинации наполнителей, сшивающих агентов и рецептур можно изменять свойства остаточной деформации при сжатии, высокотемпературные характеристики, низкотемпературную упругость, уровень чистоты и удельную химическую стойкость.

Фторирование до уровня, характерного для FFKM, обеспечивает ему химическую стойкость, необходимую даже к самым агрессивным жидкостям. Паркер утверждает, что FFKM обладает химическими свойствами, сравнимыми со свойствами PTFE, и эластичностью FKM. Хотя эластомеры могут деформироваться, стареть и т. д., их необходимо сжимать контролируемым образом.

Выбор уплотнительного решения из FFKM оправдан, когда сочетание химических и температурных условий может вызвать проблемы с герметизацией, например, недопустимое набухание, затвердевание, остаточную деформацию или потерю свойств в менее дорогих материалах, или когда герметизация требует чистого процесса или более длительного простоя, что оправдывает замену менее качественного уплотнения на более качественное.

Температурные рейтинги требуют контекста.

Допустимые верхние пределы температуры различаются в зависимости от класса.

В европейском справочнике уплотнительных колец компании Parker указан приблизительный верхний предел около 310 °C для семейства FFKM, в то время как разные поставщики уплотнительных колец указывают совершенно разные верхние пределы.

Для большей достоверности такие числа необходимо сверять с имеющимися формулами, поскольку они не являются общими правилами.

Уплотнения, подвергающиеся воздействию экстремальных температур, ведут себя по-разному под влиянием тепла и времени. Кратковременный скачок температуры совершенно отличается от постоянного повышения температуры. При такой повышенной температуре могут происходить остаточная деформация при сжатии, химическая деградация и потеря физических свойств, причем эти процессы могут быстро усугубляться.

Целостность уплотнения может сохраняться даже при возникновении протечки, поскольку сила контакта значительно снизилась.

Однако мы не можем игнорировать низкие температуры. Некоторые фторированные материалы FFKM настолько хрупкие и/или неэластичные при низких температурах, что совершенно не подходят для холодного соединения. Обычно диапазоны сопротивления термической обработке фторэластомеров, используемых при печати, уже, чем характеристики высококачественного материала, которые ожидает пользователь. Возможно, определяющим фактором здесь является запуск после холодного останова.

Химическая стойкость определяется конкретным классом.

Для обеспечения долговечности и надежности химически стойкие уплотнительные кольца необходимо выбирать с учетом конкретной рабочей жидкости, а не просто использовать общие обозначения, такие как кислота/щелочь, растворитель/разбавитель или чистящее/дезинфицирующее средство и т. д.

Уровень концентрации/эффективности, количество жидкости/влажность, температура воздействия, давление и другие примеси — все это может изменить характер воздействия. Химическую стойкость можно оценить с помощью таблицы совместимости, но эта таблица не может воспроизвести все возможные комбинации и ситуации, в которых может находиться жидкость.

Травление стали — один из многих материалов и химических веществ, требующих тщательного рассмотрения устойчивости материала к его воздействию различными способами. В некоторых случаях материалы были адаптированы для таких ситуаций, тогда как в других случаях материалы не были выбраны для использования в травильном растворе. Фторированные жидкости, подобно некоторым аминам или сложным эфирам, также могут представлять проблему для некоторых эластомеров при контакте с ними. Фторированные эластомеры — это не то название, под которым можно с уверенностью сказать, что материал будет пригоден для использования. Необходимо подобрать правильные марки.

Сравнительный анализ с участием общественности доказывает важность выбора соединения.

Компания провела сравнительное исследование и опубликовала результаты испытаний на погружение в различные среды производства фотоэлектрических элементов с использованием уплотнительных колец AS568 K214 из фторэластомера. После погружения в 30%-ный раствор гидроксида калия при температуре 80°C на 168 часов было отмечено увеличение объема на 66,9% и слишком высокая хрупкость исследуемого материала, что не позволило провести ряд измерений сохранения свойств.

В тех же условиях два протестированных фторэластомера с перфторгруппами (FFKM) показали изменение объема примерно на 0,3% и даже незначительное -0,5%. Эти результаты, по-видимому, подтверждают целесообразность использования FFKM в данной химической среде, но они не определяют срок службы в каждой конструкции уплотнения, при любом давлении или технологическом цикле.

В той же публикации упоминалась значительная разница между составами FFKM при 49%-ной плавиковой кислоте и температуре 80°C. В одном составе изменение объема составило 1,6%, а в другом — 13,1%. Последний случай, когда FFKM оказался менее химически стабильным, свидетельствует о том, что материалы одного и того же семейства реагируют по-разному.

Суть в том, чтобы показать, что химически стойкие уплотнительные кольца необходимо выбирать, исходя из характеристик каждого конкретного компонента. Данные, предоставленные компанией DuPont, являются результатами лабораторных испытаний, проведенных поставщиком, а не результатами, полученными от заказчика Yida, поэтому условия испытаний следует тщательно сравнивать с предполагаемым применением.

Конструкция канавки по-прежнему обеспечивает герметичность.

Сверхпрочная резиновая смесь будет бесполезна, если канавка выполнена неправильно. Уплотнительное кольцо должно быть сжато до минимальной степени, чтобы обеспечить контакт без создания излишнего напряжения. Канавка должна обеспечивать достаточный зазор, чтобы не препятствовать расширению уплотнительного кольца, вызванному изменениями температуры, а также чтобы компенсировать изменение объема, вызванное жидкостью. Допуски следует проверять на каждом крайнем значении размеров.

Качество обработки поверхности влияет на уровень трения и пути утечки. Шероховатая поверхность приводит к износу уплотнения, тогда как если следы обработки не соответствуют направлению потока, то уплотнительный слой может изнашиваться быстрее. Острые монтажные кромки, порты и резьбу лучше всего защищать проводниками или монтажными втулками.

Динамические условия эксплуатации требуют отдельной оценки. Возвратно-поступательное или вращательное движение вызывает нагрев, трение и износ, которые статические погружения не способны воспроизвести. Состав, смазка, состояние поверхности, скорость и давление должны быть протестированы одновременно, прежде чем можно будет с уверенностью заявлять о сроке службы.

Что доказывают и чего не доказывают стандарты.

Стандарт ASTM D1418 устанавливает аббревиатуры для резины и включает FFKM в свою номенклатуру. Он разъясняет инженерам, что означает это обозначение семейства. Он не определяет единый универсальный уровень эксплуатационных характеристик FFKM, химический диапазон или рабочую температуру.

Стандарт ASTM D471 описывает контролируемые методы измерения воздействия жидкостей на резину. ASTM указывает, что данный метод позволяет получить сравнительные данные и может не иметь прямой корреляции с фактическими характеристиками детали, поскольку условия эксплуатации сильно различаются. Это ограничение должно быть указано в любом протоколе испытаний.

Стандарт ASTM D395 измеряет способность резины сохранять упругие свойства после длительного сжатия и в основном применим к условиям статического напряжения. Хороший результат по остаточной деформации при сжатии подтверждает пригодность материала для тестирования, но не доказывает герметичность в конкретной канавке.

Стандарт ISO 3601-3 определяет и классифицирует дефекты поверхности стандартизированных уплотнительных колец и устанавливает допустимые пределы. Он помогает контролировать качество литых изделий. Он не устанавливает химическую совместимость, температурные характеристики или срок службы собранной системы уплотнения.

Практическая последовательность утверждения

Начните с ведения журнала применения. Перечислите все технологические жидкости, их концентрацию и возможные смеси. Добавьте смазочные материалы, чистящие средства и остатки. Запишите минимальную, непрерывную и пиковую температуры, давление, уровень вакуума, режим движения, время цикла и ожидаемый интервал технического обслуживания.

Далее, проведите отбор подходящих соединений, используя данные поставщика и целевые испытания на погружение. Используйте реальную жидкость там, где это позволяют безопасность и контроль. Измерьте изменения свойств, влияющие на конструкцию, и согласуйте допустимые пределы до начала испытаний, а не оценивайте результат после их завершения.

Проверьте размеры и состояние поверхности отлитых деталей по чертежу. Соберите детали, используя производственный метод и соответствующие крепежные элементы. Убедитесь, что уплотнительное кольцо не перекручено, не порезано и не защемлено, а также что смазка и инструменты для установки соответствуют предполагаемому процессу.

Затем проверьте герметичность узла, используя типичные термические, гидравлические и химические циклы. Измерьте утечку или другую заданную функцию на наиболее сложных этапах. После испытаний проверьте наличие необратимых деформаций, трещин, выдавливания, адгезии, отложений и повреждений поверхности.

Герметичность при экстремальных температурах также следует проверять после любых изменений в составе, поставщике, процессе отверждения, последующей обработке, оснастке или критических размерах. Изменение, которое кажется незначительным в документах на закупку, может повлиять на поведение при сжатии, чистоту или химическую реакцию.

Когда более высокая стоимость материалов может быть оправдана

Использование FFKM может быть оправдано в случаях, когда отказ уплотнения может привести к загрязнению ценной продукции, создать угрозу безопасности, остановить непрерывный процесс или потребовать затрудненного доступа к оборудованию. В таких случаях закупочную цену следует сравнивать с затратами на техническое обслуживание, упущенной выгодой и последствиями отказа.

Обосновать целесообразность использования более дорогого материала может быть сложно в условиях умеренной эксплуатации, когда замена проста, а проверенный FKM уже соответствует требуемому интервалу. Анализ условий эксплуатации должен выявить факторы, которые делают более дешевый вариант невыгодным. Без этого использование высококачественного материала становится скорее предположением, чем инженерным решением.

Изготовление уплотнений из FFKM на заказ может быть целесообразным в тех случаях, когда стандартное уплотнительное кольцо не обеспечивает необходимую геометрию, расположение сальников или интеграцию. Индивидуальный дизайн также увеличивает необходимость в проверке размеров, контроле оснастки и тестировании готовых деталей, поскольку каталожные данные могут основываться на стандартном образце.

Работа с Идой

Компания Dalian Yida Precision Rubber Products Co., Ltd. занимается изготовлением прецизионных резиновых компонентов по индивидуальным заказам заказчиков, включая уплотнения из FFKM, разработанные для сложных условий эксплуатации. Мы тщательно изучаем чертежи, условия эксплуатации и требования к контролю качества, чтобы обсуждение материалов соответствовало реальному изделию.

Выбор материала FFKM должен завершаться утверждением компаунда и составлением документированного плана валидации. Никакое название поставщика, аббревиатура полимера или максимально допустимая температура не заменят этой работы. Наилучший результат достигается путем подбора марки, геометрии и условий испытаний к одному четко определенному месту уплотнения.

Когда эти детали установлены, уплотнительные кольца FFKM могут стать ценным вариантом для условий, превышающих возможности обычных эластомеров. Наиболее обоснованным является решение, основанное на конкретных характеристиках материала и эксплуатационных качествах готовой детали, а не на репутации семейства материалов.