Kuumustaluvate elastpuistrikid: Rakendused mootoriruumides

Miks mootoriruumid nõuavad spetsialiseeritud kuumustaluvaid elastpuistrikke

Soojuskoormus ja mehaaniline degradatsioon kaasaegsetes mootoriruumides

Modernne mootoriruum on materjalide jaoks peaaegu saun, kus temperatuur ületab regulaarselt 150 kraadi Celsiust just väljalaskekollektorite ja turbolaadurite piirkonnas. Kogu see kuumus võtab aja jooksul suurel määral oma tolli komponentidelt. Kummid hakkavad lagunema kiiremini aurustumise tõttu ning nii nimetatud kompressioonilõksu tõttu, kui need lihtsalt püsivad liiga kaua survet all ja deformeeruvad pöörmatult. Lisaks põhjustab mootori värin loendamatuid väikeseid pragusid kummkoostises. Tuleb lisada ka mootorõliga, külmavedeliku lekete ja teerajalt ülespritsivad mustused, mis põhjustavad kummkomponentidel paisumist ja molekulaarse taseme katkemist. Need kõik koos tähendavad seda, et enamik torude isolatsioonirõngaid ei kesta palju rohkem kui kuus kuud, eriti sõidukites, millel on sundsüsteemid või hübridsätted. Oleme näinud arvukalt juhtumeid, kus rikki läinud rõngad põhjustasid olulisi probleeme vedustisüsteemis hiljem.

Kuidas standardpliidi kaussid läbi kukuvad: EPDM, NR ja SBR piirangud üle 120°C

Tööstuslikel rakendustel kasutatavad kummimaterjalid, nagu EPDM (etüleen-propüleen-dieen-kaumm), looduslik kumm (NR) ja stüreenbutadieenkumm (SBR), alustavad lagunemist umbes 120 kraadi Celsiuse ületamisel. Võtke näiteks EPDM – see muutub jäigaks ja kaotab kogu selle meeldiva elastse omaduse, mida vajame. Looduslik kumm ei jää kaugeltki maha, oksüdeerudes suhteliselt kiiresti. Mõne 2022. aastal Polymer Degradation Studies poolt avaldatud uuringu kohaselt võib NR kaotada ligikaudu 80% oma tõmbekindlusest juba pärast 500 tundi pidevat viibimist 130 °C juures. Ja siis on veel SBR, mis kalduv õlikeskkonnas paisuma 25 kuni 40 protsenti. Mis siis edasi juhtub? Kõik need materjalid hakkavad arendama tüütuid pinnakriimudeid korduvate kuumutamise ja jahtumise tsüklite tagajärjel. Need pragud muutuvad vedelike sisenemiskohadeks ja põhjustavad juhtmete kulumist pikema aja jooksul. Tulemus? Suuremad tõenäosused elektriliste lühisde, vedelikulekke ja nõrgenenud EMI-ekraanimise probleemide tekkeks kohtades, kus soojusastmed ületavad regulaarselt seda, millele standardkummid on disainitud vastu pidama.

Materjali võrdlus: õige kausskumm valimine kõrgetemperatuuriliseks kasutuseks

Silikoon, FKM (fluorelastomeer) ja TPV: kuumakindlus, õlitakistus ja tihenduslangus 200°C+

Mootoriruumid saavad mõnikord väga kuumaks, tihti ületades 200 kraadi Celsiuse juures tavapäraste materjalide piiri. Võtke näiteks silikooni. See säilitab elastse struktuuri kuni umbes 250 kraadini Celsiuse järgi ja hoiab endiselt ligikaudu 80 protsenti oma esialgsest tõmbetugevusest, isegi kui seda on eksponeeritud 1000 tundi nendes äärmustes temperatuurides vastavalt ASTM D573 standardile. Milline on aga asi? Silikoon võib paisuda kuni 30 protsenti, kui see läheb kokku süsivesinikega, mistõttu see ei sobi parimana osadeks, mis võivad minna kokku õlide või kütustega. Teiseks valikuvõimaluseks on fluorelastomeerid (FKM). Need suudavad taluda temperatuure hästi üle 300 kraadi Celsiuse ja paisuvad ASTM õli nr 3 testides vaid miinimumselt, tavaliselt alla 10-protsendise paisumisega. See muudab need suurepärasteks valikuteks rasketes keemilistes keskkondades. Kuid ka siin tuleb midagi ohverdada. Pärast korduvaid kuumutamistsükleid 200 kraadi Celsiuse juures jäävad FKM materjalidele tavaliselt kompressioonikomplektid vahemikku 15–25 protsenti. Termoplastsete vulkanisaatide (TPV) kasutamine pakub hea kompromissi. Kõrgekvaliteedilised TPV klassid suudavad taluda temperatuure kuni 200 kraadi Celsiuse, hoides samas kompressioonikomplektid alla 40 protsendi. Lisaks sellele teeb nende plastsetena töödeldavus koos kohandatava kõvaduse omadustega neist eriti kasulikud tootmises keerukate tihendite disainimisel, kus on vaja nii vastupidavust kui paindlikkust.

Kompromissanalüüs: Paindlikkus vs. Keemiline vastupanu rasvastes, vibratsiooniga keskkondades

Kui on tegemist õlitäisete mootoriruumidega, mis kogevad pidevaid vibratsioone, siis sobivate materjalide valik nõuab mõningaid raskesi otsuseid. Vibatsioonide neelamisel toimib silikoon palju paremini kui FKM, kuna sellel on pehmem struktuur (umbes 50 kuni 70 skaalal Shore A). See aitab hoida õrnade juhtmete kahjustumist teiste osadega hõõrumise tõttu. Kuid siin on lüüsa – kui silikoon on mõne aja jooksul kütusega kokku puutunud, kaotab see ligikaudu poole oma venivusest, mis tähendab, et see ei suuda taluda otseseid kontakti õliga. Teisest küljest vastupidavam FKM keemikalitele muutub üsna kõvaks (tavaliselt 75 kuni 90 Shore A), ja see kõvus teeb tõepoolest tõenäolisemaks pragude tekkimise piirkondades, kus osad liiguvad palju. TPV pakub midagi vahepealset reguleeritava kõvuse tasemega (tavaliselt 60–80 Shore A) ning samas hea vastupanu hüdrokarbidele. Siiski, kui see on liiga kaua kuumas keskkonnas, hakkab see kaotama oma elastsust. Vaadates tegelikke rakendusi, siis FKM on kütuserööbaühenduste puhul tavapärase valikuks, kuna seal loeb vastupidavus rohkem kui paindlikkus. Samas jääb silikoon parimaks valikuks ECU juhtmestikule, mis asub õliplekkidest eemal, tänu sellele, kui efektiivselt see vähendab vibatsioone.

Kuumuskindla kaablipessa põhilised funktsionaalsed rakendused mootoriruumides

Juhtmete ja kaablite kaitse: hõõrde, isoleerimisviga ja lühise vältimine

Kuumust vastupidavad kummist tihnikud on olulised juhtmete komplekti kaitseks teravate servade ja meie kõigile hästi teadaolevate tülitute mootorivärinate eest. Kui neid ei kaitsta, hakkavad juhtmed tegelikult üsna kiiresti hõõruda, mille tulemusena võib juhtmete isoleerimine juba kuue kuu pärast SAE 2023. aasta andmetel puruneda ja avaneda. Siis, kui need osad asuvad heitgaasijuhtega läheduses, saab seal tegelikult väga kuumaks – umbes 150 kraadi Celsiuse juures. Tavaline kummi lihtsalt ei suuda seda kuumust taluda, see muutub kõvaks ja ajapikku praguneb. Mis siis edasi juhtub? Isolatsioon läheb katki, mis omakorda põhjustab palju probleeme, näiteks lühiseid niiskuse sattumisel, ohtlikke elektrilööve ja erinevate andurite ebaõiget tööd. Seetõttu on spetsiaalsetel tihnikutel nii suur tähtsus – need säilitavad paindlikkuse isegi siis, kui temperatuurid tõusevad, ja peavad ära isolatsiooni rikkumised, mis moodustavad ligikaudu veerandi kõigist tänapäeval mootoriruumides esinevatest elektri- ja elektroonikaprobleemidest.

Dünaamiline tihendus õli, jahutusvedeliku ja tolmu vastu: tagab pikkajalise kummikorkide terviklikkuse

Korkid loovad paindlikud tihendid vedelikutorude ja ühenduste ümber, suurendades soojuslaienemisega seotud probleeme, samas kui nad vastuvankuvad õliturselemist, jahutusvedeliku tungimist ning kõiki tüüpi abrasiivset tolmu. Parimad materjalid näitavad suhteliselt hea tihendusväärtust kokkusurutuse suhtes, jäädes alla 15% isegi pärast 1000 tundi temperatuuril 175 kraadi Celsiuse järgi. Mida see tähendab? Need tihendid suudavad hästi vastu pidada mootorites, mis liiguvad pidevalt, nii et ei teki lekkeid, mis võiksid rikkuda andureid või põhjustada korrosiooni elektroühendustes. Kui tootjad saavutavad need korkide spetsifikatsioonid õigesti, siis nende kergemate seadmete kasutusalade puhul väheneb garantietaotlusi vedelikega seotud probleemide osas ligikaudu 34%.

Tulevikukindel disain: elektrifitseerimine, termilised koormused ja järgmise põlvkonna kummkorkide lahendused

Elektriautode kasv on tõstnud mootoriruumi temperatuure nüüdisaegu palju üle 200 kraadi Celsiuse. Akupakid ja kõik need võimsuselektronikaseadmed lihtsalt teevad nii palju soojust. See tähendab, et meil on vaja torusid, mis suudavad igapäevaselt taluda äärmusi temperatuurikõikumisi ning samal ajal vastu pidada elektromagnetilisele häiringule. Uued materjalsegu koosnevad silikonist, mille sisse on lisatud väikesed keramikapartiklid või boorniitridi lisandid. Need kombinatsioonid suurendavad soojusjuhtivust umbes 15 kuni 25 protsenti ja suudavad siiski tõhusalt neelata vibratsioone. Mõned inimesed sektoris on eriti uhked fluorosilikoonhübriidide üle, kuna need toimivad üsna hästi nii glükooli põhiste jahutitegevade kui ka nende kõrgpinge dielektriliste vedelike vastu. Kuna 800V süsteemid muutuvad üha enam tavapäraseks, otsivad enamik insenerne nüüd torusid, mille tulekindlusklass on UL94 V-0, ja mis ei eralda ohtlikke gaase, mis võivad rikkuda tundlikke andureid. Räägitakse ka nutikatest kummikoostistest, mille sisse on ehitatud temperatuurisensorid. Kui need laialt levi, võiksid nad aidata ennustada hooldusvajadust, mis kindlasti parandaks juhtmeta autodes juhtmete usaldusväärsust.

KKK

Miks standardsete kummist tihnikud katkevad mootoriruumides?

Standardsete kummist tihnikute purunemine toimub kõrge temperatuuri tõttu, mis põhjustab kummi lagunemise, oksüdatsiooni ja mehaanilise kahjustuse mootori vibratsioonide tõttu, mis omakorda viib pragunemiseni ja materjali lagunemiseni.

Kuidas võrreldavad silikoon- ja FKM-kummist tihnikud kõrgetemperatuurilistes tingimustes?

Silikoon suudab taluda temperatuure kuni 250°C ja säilitab paindlikkuse, kuid võib halvasti töötada õli kokkupuutel. FKM suudab taluda temperatuure üle 300°C ja säilitab stabiilsuse rasketes keemilistes keskkondades, kuigi see võib ajapikku muutuda kõvaks.

Miks on oluline valida sobiv materjal kummist tihnikute jaoks?

Õige materjali valimine tagab pikaajalise vastupidavuse, paindlikkuse ja vastupanu mootoriruumide keskkonnatingimustele, vältides seeläbi lühiseid ja vedelike lekkeid.

Millised on ootatavad edusammud kummist tihnikute materjalides elektriautodes?

Tulevikuplaanides on materjalide, nagu silikooni ja keraamika, segamine parema soojuse haldamise nimel ning fluorosilikooni hübristoodete arendamine parandatud keemilise vastupidavuse saavutamiseks. Samuti on olemas võimalus nutikate materjalide kasutamiseks sisemonteeritud anduritega, et hõlbustada hooldust.