Câu hỏi mà các kỹ sư nên tự hỏi trước khi sử dụng FFKM cho chức năng làm kín có thể gây nguy hiểm trong trường hợp rò rỉ là: Liệu FFKM có thực sự cần thiết ở đây không?

Quá trình làm kín gioăng bao gồm nhiều bước. Có thể gioăng sẽ được xử lý bằng dung môi nóng, làm sạch bằng hơi nước, và làm nguội giữa các chu kỳ sản xuất. Nếu vậy, vật liệu làm kín là yếu tố quan trọng vì nó quyết định liệu chức năng làm kín có tiếp tục được thực hiện sau khi tiếp xúc với các điều kiện khác nhau hay không.

Vòng đệm FFKM chỉ được xem xét khi các chất đàn hồi thông thường không đáp ứng được khả năng kháng hóa chất hoặc chịu nhiệt cần thiết. FFKM kết hợp tính đàn hồi của vòng đệm với cấu trúc polymer có hàm lượng flo cao. FFKM được chứng minh là giải pháp làm kín tiết kiệm nhất trong các ứng dụng làm kín đòi hỏi khả năng chống rò rỉ cao.

FFKM cũng thuộc nhóm chất đàn hồi nổi tiếng với giá thành cực kỳ cao. Do đó, các loại FFKM không thể được coi là có thể thay thế cho nhau. Một bản đặc tả kỹ lưỡng cần đặt ra hai câu hỏi: Liệu FFKM có thực sự cần thiết khi có thể sử dụng FKM phù hợp hoặc một loại chất đàn hồi khác? Nếu vậy, thì loại hợp chất FFKM nào phù hợp với điều kiện sử dụng cụ thể?

Điều gì làm cho FFKM khác biệt so với FKM?

Theo phân loại ASTM D1418, perfluoroelastomer được dùng để chỉ FFKM. Vì vậy, FFKM là ký hiệu chứ không phải là tên hợp chất riêng lẻ. Tùy thuộc vào sự kết hợp của chất độn, chất liên kết ngang và công thức, bạn có thể thay đổi các đặc tính như độ biến dạng nén, hiệu suất ở nhiệt độ cao, độ đàn hồi ở nhiệt độ thấp, độ tinh khiết và khả năng kháng hóa chất cụ thể.

Quá trình flo hóa ở mức độ như trong FFKM mang lại cho nó khả năng kháng hóa chất cần thiết ngay cả với các chất lỏng ăn mòn mạnh nhất. Parker cho biết FFKM có các tính chất hóa học tương đương với PTFE và có độ đàn hồi của FKM. Mặc dù chất đàn hồi có thể bị biến dạng, lão hóa, v.v., nhưng chúng phải được ép một cách có kiểm soát.

Việc lựa chọn giải pháp làm kín FFKM là một quyết định đúng đắn khi có sự kết hợp các điều kiện hóa học/nhiệt độ có thể gây ra vấn đề về làm kín, ví dụ như sự giãn nở, cứng lại, biến dạng nén hoặc mất tính chất không thể chấp nhận được ở các vật liệu rẻ tiền hơn, hoặc khi việc làm kín có thể đòi hỏi quy trình sạch sẽ hơn hoặc thời gian ngừng hoạt động lâu hơn, điều này justifies việc thay thế gioăng có giá trị thấp hơn bằng gioăng có giá trị cao hơn.

Đánh giá nhiệt độ cần có ngữ cảnh.

Giá trị nhiệt độ tối đa có thể khác nhau tùy theo từng loại.

Hướng dẫn về vòng đệm O-ring của Parker dành cho thị trường châu Âu đưa ra giới hạn trên xấp xỉ khoảng 310°C cho dòng FFKM, trong khi các nhà cung cấp vòng đệm O-ring khác nhau lại đưa ra giới hạn trên rất khác nhau.

Để đảm bảo an toàn, những con số này cần được kiểm tra lại dựa trên công thức vật liệu cụ thể vì chúng không phải là quy tắc chung.

Các gioăng tiếp xúc với nhiệt độ khắc nghiệt sẽ có phản ứng khác nhau dưới tác động của cả nhiệt và thời gian. Một sự tăng nhiệt đột ngột hoàn toàn khác với việc nhiệt độ tăng liên tục. Ở nhiệt độ cao này, hiện tượng biến dạng do nén, suy thoái hóa học và mất đi các đặc tính vật lý đều có thể xảy ra và trở nên tồi tệ khá nhanh.

Tính toàn vẹn của lớp niêm phong có thể vẫn còn, ngay cả khi nó bắt đầu rò rỉ vì lực tiếp xúc đã giảm đi đáng kể.

Tuy nhiên, chúng ta không thể bỏ qua nhiệt độ thấp. Một số vật liệu FFKM chứa flo rất giòn và/hoặc không đàn hồi ở nhiệt độ thấp đến mức chúng hoàn toàn không hoạt động được với mối nối nguội. Thông thường, phạm vi chịu lạnh của các loại fluoroelastomer được in ra hẹp hơn so với hiệu suất chịu lạnh của vật liệu chất lượng cao mà người dùng thực sự mong đợi. Có lẽ điều kiện quyết định ở đây là quá trình khởi động sau khi tắt máy do nhiệt độ thấp.

Khả năng kháng hóa chất tùy thuộc vào từng loại sản phẩm.

Để đảm bảo tuổi thọ và độ tin cậy, vòng đệm O-ring chống hóa chất phải được lựa chọn phù hợp với loại chất lỏng làm việc cụ thể, thay vì chỉ sử dụng các nhãn chung chung như axit/kiềm, dung môi/chất pha loãng hoặc chất tẩy rửa/chất khử trùng, v.v.

Nồng độ chất độc/độ mạnh, lượng chất lỏng/độ ẩm, nhiệt độ tiếp xúc, áp suất và các tạp chất khác đều có thể làm thay đổi bản chất của sự tiếp xúc này. Khả năng kháng hóa chất có thể được ước tính thông qua biểu đồ tương thích, nhưng biểu đồ này không thể mô phỏng mọi sự kết hợp và tình huống có thể xảy ra khi chất lỏng có mặt.

Thép tẩy gỉ là một trong nhiều vật liệu và hóa chất cần được xem xét cẩn thận về khả năng chống chịu của vật liệu đối với các tác động khác nhau. Trong một số trường hợp, vật liệu đã được điều chỉnh cho phù hợp với tình huống này, trong khi ở những trường hợp khác, vật liệu không được lựa chọn để sử dụng trong dung dịch tẩy gỉ. Các chất lỏng chứa flo, tương tự như một số amin hoặc este, cũng có thể gây vấn đề cho một số chất đàn hồi khi tiếp xúc. Chất đàn hồi chứa flo không phải là một tên gọi mà người ta có thể chắc chắn rằng vật liệu đó sẽ phù hợp. Cần phải tìm đúng loại chất đàn hồi phù hợp.

So sánh công khai chứng minh tại sao việc lựa chọn hợp chất lại quan trọng

Một nghiên cứu so sánh do một công ty thực hiện đã công bố kết quả thử nghiệm ngâm trong các quy trình sản xuất pin quang điện khác nhau bằng cách sử dụng vòng đệm O-ring AS568 K214 làm bằng chất đàn hồi flo. Sau khi ngâm trong dung dịch kali hydroxit 30% ở 80°C trong 168 giờ, người ta quan sát thấy thể tích tăng 66,9% và vật liệu được thử nghiệm trở nên quá giòn đối với một số phép đo duy trì tính chất.

Trong cùng điều kiện, hai loại vật liệu fluoroelastomer có nhóm perfluoro (FFKM) được thử nghiệm cho thấy sự thay đổi thể tích khoảng 0,3% và thậm chí hơi -0,5%. Những kết quả này dường như ủng hộ việc sử dụng FFKM như một ứng cử viên cho môi trường hóa học đó, nhưng chúng không quyết định tuổi thọ sử dụng trong mọi thiết kế gioăng, áp suất hoặc chu kỳ quy trình.

Cùng một ấn phẩm đó đã đề cập đến sự khác biệt đáng kể giữa các công thức FFKM ở nồng độ axit flohydric 49% ở 80°C. Một công thức có sự thay đổi thể tích là 1,6%, trong khi công thức kia là 13,1%. Trường hợp FFKM kém ổn định về mặt hóa học hơn là bằng chứng cho thấy các vật liệu cùng loại có phản ứng khác nhau.

Điều quan trọng là phải cho thấy rằng vòng đệm O-ring kháng hóa chất cần được lựa chọn dựa trên dữ liệu của từng hợp chất riêng lẻ. Các số liệu của DuPont là kết quả thí nghiệm do nhà cung cấp báo cáo, không phải kết quả của khách hàng Yida, do đó, các điều kiện thử nghiệm cần được so sánh cẩn thận với ứng dụng đề xuất.

Thiết kế rãnh vẫn đảm bảo độ kín.

Hợp chất cao su siêu bền sẽ vô dụng nếu rãnh không chính xác. Vòng chữ O cần được nén ở mức tối thiểu để tiếp xúc mà không gây ra ứng suất không cần thiết. Rãnh phải có đủ khe hở để sự giãn nở của vòng chữ O do thay đổi nhiệt độ không bị cản trở và cũng để thích ứng với sự thay đổi thể tích do chất lỏng gây ra. Cần kiểm tra sự tích lũy dung sai ở mỗi cực trị của kích thước.

Độ hoàn thiện bề mặt ảnh hưởng đến mức độ ma sát và các đường rò rỉ. Bề mặt thô ráp sẽ làm mòn gioăng, trong khi nếu các vết gia công không phù hợp với hướng dòng chảy thì lớp gioăng có thể bị mòn nhanh hơn. Các cạnh lắp đặt sắc nhọn, các cổng và ren tốt nhất nên được bảo vệ bằng các ống dẫn hoặc ống bọc lắp ráp.

Ứng dụng động đòi hỏi một đánh giá riêng biệt. Chuyển động tịnh tiến hoặc quay tạo ra nhiệt, ma sát và mài mòn mà các phép thử ngâm tĩnh không thể nắm bắt được. Hợp chất, chất bôi trơn, điều kiện bề mặt, tốc độ và áp suất cần được kiểm tra cùng nhau trước khi có thể khẳng định tuổi thọ chu kỳ một cách chắc chắn.

Các tiêu chuẩn chứng minh điều gì và không chứng minh điều gì

Tiêu chuẩn ASTM D1418 quy định các từ viết tắt của cao su và bao gồm FFKM trong danh pháp của nó. Tiêu chuẩn này cho các kỹ sư biết ý nghĩa của ký hiệu dòng sản phẩm. Tuy nhiên, nó không định nghĩa một mức hiệu suất, phạm vi hóa chất hoặc nhiệt độ hoạt động chung cho FFKM.

Tiêu chuẩn ASTM D471 cung cấp các phương pháp được kiểm soát để đo lường tác động của chất lỏng lên cao su. ASTM nêu rõ rằng phương pháp này tạo ra dữ liệu so sánh và có thể không tương quan trực tiếp với hiệu suất thực tế của chi tiết vì điều kiện sử dụng rất khác nhau. Hạn chế này cần được thể hiện rõ trong bất kỳ báo cáo thử nghiệm nào.

Tiêu chuẩn ASTM D395 đo khả năng giữ lại các đặc tính đàn hồi của cao su sau khi nén kéo dài và chủ yếu áp dụng cho các điều kiện ứng suất tĩnh. Kết quả biến dạng nén tốt hỗ trợ việc sàng lọc vật liệu, nhưng nó không chứng minh hiệu suất chống rò rỉ trong một rãnh cụ thể.

Tiêu chuẩn ISO 3601-3 định nghĩa và phân loại các khuyết tật bề mặt của vòng đệm O-ring tiêu chuẩn và đặt ra các giới hạn chấp nhận. Tiêu chuẩn này giúp kiểm soát chất lượng sản phẩm đúc. Tuy nhiên, nó không quy định về khả năng tương thích hóa học, khả năng chịu nhiệt hoặc tuổi thọ của hệ thống làm kín đã lắp ráp.

Một quy trình phê duyệt thực tiễn

Bắt đầu bằng việc lập hồ sơ ứng dụng. Liệt kê mọi chất lỏng trong quá trình, nồng độ và hỗn hợp có thể có. Thêm chất bôi trơn, chất tẩy rửa và cặn bẩn. Ghi lại nhiệt độ tối thiểu, liên tục và cực đại, áp suất, mức độ chân không, chuyển động, thời gian chu kỳ và khoảng thời gian bảo trì dự kiến.

Tiếp theo, sàng lọc các hợp chất tiềm năng bằng cách sử dụng dữ liệu từ nhà cung cấp và thử nghiệm ngâm mục tiêu. Sử dụng chất lỏng thực tế khi điều kiện an toàn và kiểm soát cho phép. Đo lường sự thay đổi tính chất ảnh hưởng đến thiết kế và thống nhất giới hạn chấp nhận trước khi thử nghiệm thay vì đánh giá kết quả sau đó.

Kiểm tra kích thước và tình trạng bề mặt của sản phẩm đúc so với bản vẽ. Lắp ráp các bộ phận bằng phương pháp sản xuất và sử dụng các phụ kiện ghép nối tiêu biểu. Xác nhận rằng vòng đệm O-ring không bị xoắn, cắt hoặc kẹp, và chất bôi trơn cũng như dụng cụ lắp đặt phù hợp với quy trình dự định.

Sau đó, kiểm tra cụm lắp ráp kín bằng cách thực hiện các chu kỳ nhiệt, áp suất và hóa học tiêu biểu. Đo độ rò rỉ hoặc các chức năng xác định khác trong các giai đoạn đòi hỏi cao. Sau khi thử nghiệm, kiểm tra xem có biến dạng vĩnh viễn, nứt vỡ, biến dạng dẻo, dính kết, cặn bám và ăn mòn bề mặt hay không.

Các loại gioăng chịu nhiệt độ khắc nghiệt cũng cần được xem xét lại sau bất kỳ thay đổi nào về thành phần, nhà cung cấp, quá trình đóng rắn, xử lý sau đóng rắn, dụng cụ hoặc kích thước quan trọng. Một thay đổi tưởng chừng nhỏ trong hồ sơ mua hàng cũng có thể làm thay đổi hành vi nén, độ sạch hoặc phản ứng hóa học.

Khi nào chi phí nguyên vật liệu cao hơn là hợp lý?

Việc trang bị FFKM có thể được xem xét khi sự cố hỏng gioăng có thể làm ô nhiễm sản phẩm có giá trị, gây ra mối lo ngại về an toàn, làm gián đoạn quy trình liên tục hoặc đòi hỏi việc tiếp cận thiết bị khó khăn. Trong những trường hợp đó, giá mua cần được so sánh với chi phí nhân công bảo trì, sản lượng bị mất và hậu quả của sự cố.

Việc này có thể khó biện minh khi điều kiện sử dụng ở mức trung bình, việc thay thế dễ dàng và vật liệu FKM đã được chứng minh đáp ứng được khoảng thời gian yêu cầu. Việc xem xét ứng dụng cần xác định điều kiện nào khiến phương án chi phí thấp hơn trở nên không hiệu quả. Nếu không có lý do đó, vật liệu cao cấp sẽ trở thành một giả định hơn là một lựa chọn kỹ thuật.

Các vòng đệm FFKM tùy chỉnh có thể phù hợp khi vòng chữ O tiêu chuẩn không đáp ứng được hình dạng, bố trí gioăng hoặc khả năng tích hợp cần thiết. Thiết kế tùy chỉnh cũng làm tăng nhu cầu xem xét kích thước, kiểm soát dụng cụ và thử nghiệm thành phẩm vì dữ liệu trong catalog có thể dựa trên mẫu tiêu chuẩn.

Làm việc với Yida

Công ty TNHH Sản phẩm Cao su Chính xác Đại Liên Yida hỗ trợ sản xuất các linh kiện cao su chính xác theo yêu cầu của khách hàng, bao gồm cả các loại gioăng FFKM tùy chỉnh cho các ứng dụng đòi hỏi cao. Chúng tôi xem xét kỹ lưỡng bản vẽ, điều kiện vận hành và yêu cầu kiểm tra để đảm bảo các cuộc thảo luận về vật liệu luôn bám sát vào sản phẩm thực tế.

Việc lựa chọn vật liệu FFKM cần kết thúc bằng một hợp chất được phê duyệt và một kế hoạch thẩm định được ghi chép đầy đủ. Không có tên nhà cung cấp, từ viết tắt của polyme hay con số nhiệt độ tối đa nào có thể thay thế công việc đó. Kết quả tốt nhất đến từ việc kết hợp cấp độ, hình dạng và điều kiện thử nghiệm với một vị trí làm kín được xác định rõ ràng.

Khi các chi tiết đó được xác định rõ, vòng đệm O-ring FFKM có thể là một lựa chọn có giá trị trong các môi trường vượt quá khả năng của chất đàn hồi thông thường. Quyết định sẽ thuyết phục hơn khi dựa trên bằng chứng cụ thể về thành phần và hiệu suất của sản phẩm hoàn thiện, chứ không phải dựa trên danh tiếng của dòng vật liệu đó.