Le guarnizioni e gli o-ring sono quelle tipiche tenute meccaniche posizionate tra substrati separati per evitare perdite quando i substrati sono collegati. Le guarnizioni per alte temperature possono essere più note di quelle per basse temperature, ma in entrambi i casi il sigillante deve soddisfare i requisiti dei materiali per resistere a temperature estreme, pressioni immense e usura costante.
Applicazioni e materiali per sigillanti per alte temperature
Certamente, le proprietà meccaniche delle guarnizioni e degli o-ring sono definite dalla loro applicazione. Il loro uso è più spesso associato ai motori per settori come quello automobilistico, aerospaziale, marittimo e agricolo, ma i sigillanti sono anche nei macchinari utilizzati nelle fabbriche, negli impianti e nei centri di produzione. Con ogni probabilità, ovunque sia in funzione un motore o una macchina, esso è sigillato con un sigillante a bassa o alta temperatura che deve avere le proprietà meccaniche necessarie per funzionare efficacemente in ambienti estremi.
I materiali per le guarnizioni derivano dalla gomma, o più precisamente dagli elastomeri, un polimero elastico sintetico. Un polimero può essere polimerizzato per migliorare le proprietà meccaniche specifiche per le sue prestazioni. Le proprietà meccaniche possono includere la necessità di flessibilità, assorbimento, resistenza alla trazione e resistenza agli strappi, agli ambienti corrosivi o alla capacità di resistere al caldo o al freddo estremo. Ad esempio, il materiale elastomerico per un o-ring ad alta temperatura potrebbe essere progettato per funzionare in un’applicazione soggetta a corrosione e calore estremo, o progettato per un’applicazione resistente allo strappo a bassa temperatura. In ogni caso, gli ingegneri devono sapere in che modo le proprietà meccaniche della tenuta risponderanno a una forza di reazione, ovvero la temperatura, e come influirà sulla tenuta per garantire l’integrità del componente.
In che modo le temperature alte e basse influiscono sulle guarnizioni?
Ogni materiale ha un limite di alta o bassa temperatura che, una volta raggiunto, il materiale fallirà. Governato dal coefficiente di espansione termica (CTE), la contrazione o l’espansione del materiale si verifica quando il materiale si raffredda o si riscalda. Le sollecitazioni che si verificano a basse temperature potrebbero non verificarsi a temperature più elevate e viceversa. Per evitare guasti, guarnizioni, o-ring e altro materiale di tenuta elastomerico devono avere composti specifici aggiunti per assicurarsi che le sue proprietà meccaniche possano resistere alla temperatura necessaria. È importante conoscere il limite di temperatura di una guarnizione prima dell’applicazione per evitare guasti ai componenti.
Tenute per basse temperature
Le applicazioni a bassa temperatura per le guarnizioni sono fondamentali per numerosi settori. Farmaceutico, medico, aerospaziale, petrolchimico, petrolifero e del gas, alimentare e lattiero-caseario si basano tutti su sigillanti che devono funzionare in ambienti a bassa temperatura. Quando una guarnizione raggiunge il limite di bassa temperatura, si indurirà, diventerà più rigida, inizierà a perdere le sue proprietà elastiche e flessibilità e si spezzerà. Man mano che la temperatura si abbassa, a un certo punto subirà una fase di transizione vetrosa e diventerà vetroso e fragile. Se si verifica uno stato di transizione vetrosa, sebbene possa essere presente una certa elasticità, il sigillo non funzionerà più. Una volta che un percorso di perdita si è formato in una tenuta, anche dopo che le temperature sono tornate a “normali”, il percorso di perdita rimarrà.
Guarnizioni per alte temperature
Anche le applicazioni ad alta temperatura per le tenute, come nei motori, richiedono il materiale giusto per evitare perdite e guasti. Le condizioni ambientali o il calore eccessivo ed estremo degraderanno gradualmente i materiali elastomerici e il livello di prestazioni si deteriorerà. Il fatto è che la capacità dell’elastomero di resistere alla degradazione termica gioca un ruolo significativo nella sua capacità di funzionare efficacemente come tenuta nel tempo. Per garantire la stabilità termica, il materiale selezionato per un’applicazione di sigillante ad alta temperatura deve essere testato tramite invecchiamento termico.
Ovviamente, i progettisti sanno bene che le fluttuazioni di temperatura possono alterare le proprietà meccaniche degli elastomeri. Nel mercato odierno, gli elastomeri vengono testati per soddisfare i requisiti di prestazione termica. Le guarnizioni, gli o-ring e altre guarnizioni sono progettati per ambienti di lavoro specifici. Tuttavia, è responsabilità del consumatore sapere o essere consapevole che non solo “qualsiasi” materiale elastomerico sarà sufficiente come sigillante.