วิธีการกำหนดข้อกำหนดด้านอุณหภูมิ การเคลื่อนที่ และรูปทรงเรขาคณิตของตัวกลางที่แท้จริงก่อนเลือกใช้โซลูชันการปิดผนึกด้วยซิลิโคน

มักมีการพูดถึงซิลิโคนราวกับว่ามันมีอุณหภูมิใช้งานที่ยอมรับได้เพียงค่าเดียว ในทางปฏิบัติ ขีดจำกัดการใช้งานที่เหมาะสมนั้นขึ้นอยู่กับส่วนประกอบ ระยะเวลาการสัมผัส สภาพแวดล้อมโดยรอบ รูปทรงของรอยต่อ และการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติที่ยอมรับได้ อุณหภูมิที่ระบุไว้ในเอกสารข้อมูลเป็นเพียงจุดเริ่มต้น ไม่ใช่การรับรองสำหรับชิ้นส่วนสำเร็จรูป

ชิ้นส่วนยางซิลิโคนเป็นที่น่าสนใจเมื่อต้องการซีลที่มีความยืดหยุ่นในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง ทนต่อสภาพอากาศ หรือเป็นฉนวนไฟฟ้า พบได้ในเครื่องใช้ไฟฟ้า ระบบไฟฟ้า ระบบไฟส่องสว่าง อุปกรณ์อุตสาหกรรม และชิ้นส่วนประกอบอื่นๆ ที่ต้องการทั้งความร้อนและความยืดหยุ่น

ประเด็นการออกแบบไม่ได้อยู่ที่ว่าซิลิโคนสามารถทนความร้อนได้หรือไม่ การเลือกใช้วัสดุยางซิลิโคนต้องคำนึงถึงว่าสารประกอบเฉพาะนั้นสามารถรักษาแรงปิดผนึก ต้านทานต่อสารที่สัมผัส ทนทานต่อการประกอบ และคงสภาพเดิมได้ตลอดจำนวนรอบการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและแรงทางกลที่คาดการณ์ไว้หรือไม่

เหตุใดซิลิโคนจึงมีพฤติกรรมแตกต่างกันเมื่อได้รับความร้อน

โครงสร้างหลักของซิลิโคนอีลาสโตเมอร์คือซิลิคอนและออกซิเจน ซึ่งช่วยให้วัสดุมีความเสถียรในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง อย่างไรก็ตาม การปรับเปลี่ยนสูตรจะส่งผลต่อความแข็ง ความต้านทานการฉีกขาด การเสียรูปถาวรหลังการอัด การบ่ม และความเหมาะสมตามข้อกำหนด ดังนั้น วัสดุสองชนิดที่เรียกกันว่าซิลิโคนเหมือนกัน จึงอาจมีคุณสมบัติแตกต่างกันในอุปกรณ์เดียวกันได้

การเสื่อมสภาพจากความร้อนอาจทำให้ความแข็งเพิ่มขึ้น ลดการยืดตัว หรือเปลี่ยนแปลงการคืนตัวเมื่อถูกบีบอัด ปริมาณออกซิเจนก็มีความสำคัญเช่นกัน คู่มือโอริงของ Parker ระบุว่า ผลลัพธ์จากการเสื่อมสภาพในอากาศสำหรับซิลิโคนอุณหภูมิสูงไม่ควรนำมาใช้เป็นตัวแทนของสภาพแวดล้อมที่ปิดสนิททุกแห่ง สภาพแวดล้อมโดยรอบจะเปลี่ยนกลไกการเสื่อมสภาพ

ซีลซิลิโคนทนความร้อนสูงต้องคงไว้ซึ่งแรงยืดหยุ่นที่เพียงพอหลังจากผ่านช่วงเวลาหนึ่งที่อุณหภูมิสูง หากการเสียรูปถาวรเกิดจากการอัดตัวมากเกินไป ชิ้นส่วนอาจไม่สามารถเคลื่อนตามการเคลื่อนไหวของข้อต่อหรือการเปลี่ยนแปลงความคลาดเคลื่อนได้อีกต่อไป การรั่วซึมอาจเกิดขึ้นได้แม้ว่าซีลจะยังดูเรียบเนียนและไม่เสียหายก็ตาม

ควรระบุค่าอุณหภูมิสูงสุดในช่วงเวลาสั้นๆ และการสัมผัสอย่างต่อเนื่องแยกกัน ตัวอย่างเช่น บริษัท Dow เผยแพร่ช่วงอุณหภูมิตั้งแต่ -65°C ถึง 260°C สำหรับสารเคลือบกันรั่วอุณหภูมิสูงชนิดหนึ่ง โดยมีค่าอุณหภูมิสูงสุดในช่วงเวลาสั้นๆ ที่สูงกว่า ตัวเลขดังกล่าวเป็นของผลิตภัณฑ์และระบบการบ่มนั้น ไม่ใช่ค่าทั่วไปสำหรับสารประกอบซิลิโคนขึ้นรูปทุกชนิด

เฉพาะวัสดุที่มีความยืดหยุ่นเท่านั้นที่จะได้รับประโยชน์จากความยืดหยุ่น

วัสดุที่มีความยืดหยุ่นสามารถปรับตัวให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ การสั่นสะเทือน และการเคลื่อนตัวเล็กน้อยของพื้นผิวได้ แต่ยังคงต้องการแรงอัดที่เพียงพอสำหรับการปิดผนึกที่เหมาะสม แรงดันที่ไม่เพียงพออาจทำให้เกิดการรั่วซึม ในขณะที่การบีบอัดมากเกินไปจะเพิ่มแรงในการประกอบ ความเครียดบนยาง และกินพื้นที่ที่จำเป็นสำหรับการขยายตัวเนื่องจากความร้อนหรือการเปลี่ยนแปลงปริมาตร

รูปทรงของพื้นผิวสัมผัสเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของซีลยางยืดหยุ่น มุมแหลมบนชิ้นส่วนอาจทำให้เกิดแรงดึงเฉพาะจุด ขอบซีลที่บางอาจบิดงอหรือฉีกขาดระหว่างการติดตั้ง บริเวณที่ไม่มีการเสริมแรงระหว่างพื้นผิวที่ประกบกันอาจเป็นส่วนแรกที่ถูกบีบอัดเมื่อมีการกดทับ ความนุ่มนวลของสารประกอบซิลิโคนจะไม่สามารถขจัดอันตรายทางเรขาคณิตเหล่านี้ได้

ผู้ออกแบบควรระบุขนาดสูงสุดและต่ำสุดของร่อง การเคลื่อนที่ของข้อต่อ และสภาพพื้นผิวที่คาดหวังไว้อย่างชัดเจน เพื่อให้ซีลทำงานได้อย่างถูกต้อง ซีลจะต้องทำงานได้เมื่อพื้นผิวข้อต่ออยู่ที่ตำแหน่งสุดขั้ว ไม่ใช่แค่ที่ค่าปกติเท่านั้น

หนึ่งในเหตุผลหลักของการใช้วิธีการเรียงซ้อนคือ ส่วนประกอบของวัสดุโลหะ/พลาสติก ซึ่งอาจมีค่าสัมประสิทธิ์อัตราการเปลี่ยนแปลงที่แตกต่างกัน ทำให้เกิดผลกระทบเมื่อวัสดุหนึ่งขยายตัวและอีกวัสดุหนึ่งหดตัว ดังนั้น เพื่อหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาด การวิเคราะห์หรือตรวจสอบการเรียงซ้อนที่ดีจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง

ขอบคมที่ช่วยในการติดตั้งหรือนำชิ้นส่วนเข้าที่ระหว่างการประกอบ อาจทำให้เกิดการฉีกขาดหรือแตกหักได้ ดังนั้น เพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายจากการติดตั้ง ควรลดขอบคมที่อาจทำให้ชิ้นส่วนฉีกขาดระหว่างการถอด โดยการตัดให้เหมาะสมกับการติดตั้ง หากต้องขยายชิ้นส่วนให้ครอบตัวเชื่อมต่อหรือซ็อกเก็ต การจำลองวิธีการประกอบจริงจึงเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่ง ที่จริงแล้ว การยืดและการดึงบนพื้นผิวมีผลกระทบแตกต่างกัน การยืดอาจทำให้เกิดการแตกหัก ในขณะที่ปัญหาจะเกิดขึ้นเฉพาะเมื่อปิดผนึกด้วยหลายชั้นเท่านั้น

การเผยแพร่ผ่านสื่ออาจมีอิทธิพลต่อการคัดเลือก

วัสดุปิดผนึกชนิดเดียวกันอาจแสดงปฏิกิริยาแตกต่างกันไปตามสารที่สัมผัส น้ำหล่อเย็น ไอน้ำ ความร้อนแห้ง สารทำความสะอาด เชื้อเพลิง และน้ำมัน แต่ละอย่างจะต้องการคุณสมบัติที่แตกต่างกันจากวัสดุปิดผนึกชนิดเดียวกัน แม้ว่าซิลิโคนจะเป็นยางชนิดหนึ่ง แต่ก็มีความแตกต่างกันมาก ไม่สามารถเรียกได้ว่าเป็นยางด้วยซ้ำหลังจากทดสอบกับน้ำมันและตัวทำละลายต่างๆ ที่อาจต้องทนทาน ที่จริงแล้ว ผลกระทบต่างๆ เช่น การบวม การอ่อนตัว และการซึมผ่าน ซึ่งอาจเกิดขึ้นเมื่อวัสดุสัมผัสกัน อาจทำให้ประสิทธิภาพของวัสดุลดลง

จากเหตุผลข้างต้น การเลือกวัสดุสำหรับยางซิลิโคนจึงควรคำนึงถึงเป็นอันดับแรก โดยต้องระบุตัวกลางที่วัสดุจะสัมผัสอย่างแม่นยำ คุณอาจพบว่าการจดบันทึกข้อมูลต่างๆ เช่น ความเข้มข้นของตัวกลาง อุณหภูมิที่สัมผัส ระยะเวลา ระดับแรงดัน ฯลฯ ของวัสดุ การที่วัสดุผสมกับวัสดุอื่น หรือการเปลี่ยนวัสดุใหม่หลังการใช้งาน จะเป็นประโยชน์ แม้แต่สารหล่อลื่น (จาระบีที่ใช้กับชิ้นส่วนก่อนการติดตั้งเพื่อให้ประกอบง่ายขึ้นและลดแรงเสียดทาน) ก็มีผลต่อประสิทธิภาพของระบบซีล เนื่องจากซีลและสารหล่อลื่นจะสัมผัสกันโดยตรงเป็นเวลานานมาก

งานวิจัยของ DuPont ในการพัฒนาวัสดุและวิธีการปิดผนึกจุดเชื่อมต่อระหว่างสายไฟและหน่วยอินเวอร์เตอร์ของรถยนต์ไฟฟ้า เป็นเครื่องมือที่ยอดเยี่ยมในการเพิ่มความตระหนักรู้ของสาธารณชนในด้านนี้ การศึกษาดำเนินการโดยใช้โอริงหลายชนิด (เช่น ซิลิโคนและ EPDM) เนื่องจากจำเป็นต้องป้องกันจุดเชื่อมต่อจากความชื้นที่อุณหภูมิสูง (สูงถึง 120⁰) การทดสอบตรวจสอบสารหล่อลื่นในด้านคุณลักษณะ ความเข้ากันได้กับยาง และคุณสมบัติทางความร้อน โดยไม่ได้ตั้งสมมติฐานว่ายางทุกชนิดจะเหมาะสม ในความเป็นจริงแล้ว ได้ทำการทดสอบการเสื่อมสภาพของยางประเภทต่างๆ แสดงคุณสมบัติของสารหล่อลื่น และเปรียบเทียบพฤติกรรมกับสารหล่อลื่นทั่วไป

ตัวอย่างเช่นนี้ไม่ใช่เพียงแค่กรณีที่แสดงให้เห็นว่ามีวัสดุที่คุณสามารถเปลี่ยนไปใช้วัสดุที่ทนความร้อนสูงกว่าเพื่อแก้ปัญหาเท่านั้น แต่ยังเป็นการแสดงให้เห็นถึงความสัมพันธ์ระหว่างวัสดุทั้งสอง ซึ่งแสดงให้เห็นว่าต้องพิจารณาและวิเคราะห์ร่วมกัน นี่เป็นการสาธิตให้เห็นถึงความสำคัญของการศึกษาเกี่ยวกับยาง จาระบี ความร้อน และกล่องหุ้มทางไฟฟ้าที่บรรจุชิ้นส่วนประกอบ ตลอดจนวิธีการใช้งานส่วนประกอบต่างๆ และผลกระทบที่เกิดขึ้นด้วย

ซิลิโคนต้องใช้ความระมัดระวังในกรณีใดบ้าง

ซิลิโคนมักมีความทนทานต่อการฉีกขาดและการเสียดสีต่ำกว่าวัสดุอีลาสโตเมอร์สำหรับซีลชนิดอื่นๆ หลายชนิด Parker แนะนำให้ใช้สารประกอบซิลิโคนบางชนิดสำหรับงานที่อยู่กับที่เป็นหลัก เนื่องจากมีความทนทานต่อการสึกหรอต่ำ ดังนั้น สำหรับแกนเคลื่อนที่แบบไปกลับ เพลาหมุน หรือเส้นทางการติดตั้งที่มีการเสียดสี อาจต้องใช้วัสดุอื่นหรือการจัดเรียงซีลที่แตกต่างออกไป

การซึมผ่านของก๊าซอาจสูงกว่าวัสดุทางเลือกบางชนิด ซึ่งอาจมีความสำคัญในสภาวะสุญญากาศ การกักเก็บก๊าซ หรือการใช้งานภายใต้แรงดันเป็นเวลานาน วิธีที่ถูกต้องไม่ใช่การปฏิเสธซิลิโคนโดยอัตโนมัติ แต่เป็นการกำหนดอัตราการรั่วไหลที่ยอมรับได้ และทดสอบรูปทรงจริงภายใต้แรงดันและอุณหภูมิที่แท้จริง

การยึดติดอาจเป็นอีกตัวแปรหนึ่งสำหรับงานออกแบบที่ใช้ยางกับโลหะหรือยางกับพลาสติก การเตรียมพื้นผิว สารรองพื้น การปนเปื้อน และสภาวะการอบแห้ง ล้วนมีผลต่อการยึดเกาะ ข้อมูลจำเพาะของวัสดุยางเพียงอย่างเดียวไม่สามารถพิสูจน์ความทนทานของการยึดติดในชิ้นส่วนขึ้นรูปด้วยการฉีดขึ้นรูปขั้นสุดท้ายได้

การใช้งานที่สัมผัสกับอาหาร การใช้งานทางการแพทย์ หรือการใช้งานที่มีความระเหยต่ำ จำเป็นต้องมีการควบคุมเพิ่มเติม คำแถลงของผู้จำหน่ายอาจใช้ได้เฉพาะกับเกรด ตารางการบ่ม และสภาวะหลังการบ่มที่เฉพาะเจาะจงเท่านั้น ชิ้นส่วนสำเร็จรูป สารช่วยในการผลิต เม็ดสี และวิธีการทำความสะอาดต้องเป็นไปตามข้อกำหนดที่เกี่ยวข้อง

มาตรฐานทั่วไปและบทบาทของมาตรฐานเหล่านั้น

ASTM D2000 เป็นวิธีการทดสอบที่จัดกลุ่มวัสดุยางวัลคาไนซ์ตามประเภทการเสื่อมสภาพจากความร้อน ระดับการบวมตัวในน้ำมัน และข้อกำหนดคุณสมบัติอื่นๆ โดยกำหนดมาตรฐานสำหรับการระบุคุณภาพของวัสดุ นอกจากนี้ ASTM ยังระบุว่า ข้อกำหนดผลิตภัณฑ์โดยละเอียดจะมีความสำคัญเหนือกว่าการจัดกลุ่มเมื่อความต้องการของแอปพลิเคชันมีความเฉพาะเจาะจงมากกว่าที่การจัดกลุ่มครอบคลุม

มาตรฐาน ISO 3601-5 เลือกใช้วัสดุอีลาสโตเมอร์หลายชนิดสำหรับโอริงในอุตสาหกรรม และเอกสารฉบับนี้กำหนดให้ทั้งผู้ใช้และผู้ผลิตต้องตกลงร่วมกันเกี่ยวกับคุณสมบัติทางกายภาพและวิธีการทดสอบของโอริงเหล่านี้ เอกสารนี้ให้ข้อกำหนดเกี่ยวกับวัสดุในระดับหนึ่ง แต่ไม่สามารถรับรองรูปทรง ร่อง หรือระบบการทำงานใดๆ ได้ตามอำเภอใจ

เอกสารเพียงอย่างเดียวไม่ถือเป็นหลักฐานที่เพียงพอว่าอายุการใช้งานของซีลนั้นได้รับการรับประกัน การทดสอบแรงดึงมาตรฐานไม่ได้จำลองความเค้นที่วัสดุได้รับในมุมที่ขึ้นรูป และสภาวะการเสื่อมสภาพในห้องปฏิบัติการอาจไม่เป็นตัวแทนของของเหลวผสมหรือวัฏจักรความร้อน มาตรฐานให้ค่าขั้นต่ำ การทดสอบการใช้งานจริงให้ผลลัพธ์ของผลิตภัณฑ์ที่แท้จริง

สำหรับชิ้นส่วนยางซิลิโคนสั่งทำพิเศษ ข้อกำหนดทางเทคนิคหรือแบบร่างควรแสดงข้อกำหนดด้านวัสดุผ่านข้อกำหนดด้านขนาด ลักษณะ และฟังก์ชันการทำงาน หากทีมผลิตและตรวจสอบต้องอ้างอิงถึงข้อกำหนดดังกล่าวเสมอเมื่อทำงาน ขนาดที่สำคัญ ขีดจำกัดของครีบระบายความร้อน ข้อบกพร่องของพื้นผิว และข้อกำหนดหลังการอบ ควรได้รับการอธิบายในภาษาที่พวกเขาเข้าใจ

เส้นทางการตรวจสอบความถูกต้องของชิ้นส่วนสำเร็จรูป

เริ่มต้นด้วยการตรวจสอบวัสดุและขนาดอย่างเป็นระบบ สำหรับซีลซิลิโคนทนความร้อนสูง ให้ยืนยันส่วนประกอบ คุณสมบัติที่ตกลงกันไว้ ขนาดชิ้นส่วน และสภาพการขึ้นรูปที่มองเห็นได้ ตรวจสอบร่องและชิ้นส่วนที่ประกบกันให้อยู่ในขีดจำกัดความคลาดเคลื่อนก่อนเริ่มการทดสอบด้านสิ่งแวดล้อม

ขั้นตอนต่อไป ให้ทดสอบชิ้นงานที่ประกอบแล้วที่อุณหภูมิการทำงานต่อเนื่องและที่รอบความร้อนที่เหมาะสม วัดการรั่วไหลหรือการทำงานของการปิดผนึกในระหว่างการทดสอบหากเป็นไปได้ ไม่ใช่เฉพาะหลังจากที่เย็นตัวลงแล้วเท่านั้น ประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิสูงอาจแตกต่างจากสภาพที่ปรากฏของการปิดผนึกที่ตรวจสอบที่อุณหภูมิห้อง

เพิ่มวัสดุตัวกลาง สารหล่อลื่น และสารตกค้างจากการทำความสะอาดที่คาดว่าจะพบในระหว่างการใช้งาน บันทึกการเปลี่ยนแปลงของมวล ปริมาตร ความแข็ง หรือแรงดึง เมื่อการวัดเหล่านั้นสนับสนุนการประเมินความเสี่ยง แต่ควรตรวจสอบซีลที่ประกอบแล้วเพื่อหาการเสียรูป การแตแตก การสูญเสียการสัมผัส และความเสียหายจากการติดตั้งด้วย

หากมีการเคลื่อนไหว ให้ทดสอบระยะชัก ความเร็ว แรงดัน และจำนวนรอบที่ต้องการ การซีลด้วยยางยืดหยุ่นในข้อต่อที่เคลื่อนไหวได้นั้น จำเป็นต้องมีหลักฐานการเสียดสีและการสึกหรอ การทดสอบการบีบอัดแบบคงที่นั้นไม่สามารถพิสูจน์ความทนทานแบบไดนามิกได้

สุดท้าย เปิดชิ้นส่วนประกอบและตรวจสอบส่วนเชื่อมต่อทั้งหมด สังเกตการเสียรูปถาวร การเปลี่ยนแปลงการยึดเกาะ รอยบนพื้นผิว และคราบสกปรก ขีดจำกัดการยอมรับควรเชื่อมโยงกับข้อกำหนดการใช้งานของลูกค้า และขนาดของตัวอย่างควรสะท้อนถึงผลกระทบและความแปรปรวนของการใช้งาน

การทำงานร่วมกับผู้ผลิตแม่พิมพ์ตามสั่ง

การสอบถามที่มีประโยชน์นั้นต้องมากกว่าแค่ภาพวาดชิ้นส่วน 2 มิติ ควรระบุอุณหภูมิสูงสุดต่อเนื่องและอุณหภูมิสูงสุดขณะใช้งาน ของเหลวที่ใช้ ความดัน การเคลื่อนที่ วิธีการประกอบ อายุการใช้งานที่คาดหวัง ข้อกำหนดทางกฎหมาย และเกณฑ์การรั่วไหล ภาพถ่ายหรือส่วนตัดขวางของชิ้นส่วนที่ประกอบกันสามารถช่วยชี้แจงความเสี่ยงที่ยากจะอธิบายด้วยขนาดเพียงอย่างเดียวได้

บริษัท ต้าเหลียน ยี่ต้า พรีซิชั่น รูเบอร์ โปรดักส์ จำกัด พัฒนาชิ้นส่วนยางซิลิโคนแบบสั่งทำพิเศษสำหรับงานที่ลูกค้ากำหนด บทบาทของเราคือการตรวจสอบความเป็นไปได้ในการผลิต หารือเกี่ยวกับตัวเลือกวัสดุและรูปทรง และสนับสนุนแผนการตรวจสอบและรับรองที่ตกลงกันไว้ ไม่ใช่การนำเอาการจัดอันดับวัสดุทั่วไปมาใช้เป็นหลักประกันสำหรับผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป

เมื่อข้อกำหนดไม่แน่นอน ตัวอย่างต้นแบบสามารถช่วยระบุปัญหาเกี่ยวกับการประกอบหรือการปิดผนึกก่อนการผลิตจำนวนมากได้ ต้นแบบควรใช้วัสดุ สภาพของเครื่องมือ และการอบหลังการขึ้นรูปที่แสดงถึงลักษณะเฉพาะในกรณีที่ปัจจัยเหล่านี้ส่งผลต่อผลลัพธ์ การเปลี่ยนแปลงการผลิตใดๆ ในภายหลังควรได้รับการประเมินเทียบกับโครงสร้างที่ได้รับการตรวจสอบแล้ว

โซลูชันซิลิโคนที่ดีที่สุดคือโซลูชันที่มีขอบเขตการใช้งานที่ชัดเจน ความทนทานต่อความร้อน ความยืดหยุ่น ความเข้ากันได้กับสารต่างๆ รูปทรง และกระบวนการผลิตต้องส่งเสริมซึ่งกันและกัน เมื่อมีการบันทึกเงื่อนไขเหล่านี้และทดสอบชิ้นส่วนสำเร็จรูปแล้ว ชิ้นส่วนยางซิลิโคนจึงเป็นทางเลือกที่ใช้งานได้จริงสำหรับงานซีลที่ต้องการความแม่นยำสูง