مقایسه واشرهای سیلیکونی و سایر واشرهای لاستیکی از نظر عملکرد

ترکیب مواد و تفاوت های ساختاری بین گاسکت های سیلیکونی و لاستیکی

ساختار شیمیایی: ستون فقرات سیلیکون Si-O در مقابل لاستیک مصنوعی کربن

گيسکت هاي سيليكوني داراي اين ستون فقرات سيليكون-اکسيژن خاص هستند که ثبات حرارتي شگفت انگيزي به آنها مي دهد و آنها را در برابر اکسيداسيون مقاوم مي سازد. وقتی این را با زنجیره های کربن-کربن موجود در لاستیک های مصنوعی مانند EPDM یا لاستیک نیترل مقایسه کنیم، تفاوت واضح می شود. ماهیت غیر ارگانیک سیلیکون اجازه می دهد که حتی در زمانی که دمای آن از -55 درجه سانتیگراد تا 230 درجه سانتیگراد می باشد انعطاف پذیر باشد. از طرف دیگر، این لاستیک های کربن به چیزی به نام ولکاناسیون نیاز دارند تا ساختار پلیمرشان را ثبات دهند. متأسفانه این بدان معناست که آنها در معرض دمای بالا یا نور خورشید در طول زمان، به سرعت تجزیه می شوند.

افزودنی های کلیدی: نقش مواد پرکننده، مواد ضدآفتاب و پلاستیک در عملکرد

کامپوننت	گasket های سیلن	گاسکت های لاستیکی مصنوعی
پرکننده‌ها	سیلیکون (مقاومت اشک را بهبود می بخشد)	سیاه کربن (مؤثرتر می شود)
عوامل درمان کننده	پروکسیدها (بند های مقاوم در برابر گرما ایجاد می کنند)	گوگرد (در دمای پایین تر پیوند متقاطع ایجاد می کند)
مواد پلاستیک ساز	به دلیل انعطاف پذیری ذاتی به ندرت مورد نیاز است	روغن های مبتنی بر نفت (از شکنندگی جلوگیری می کند)

فرمولاسیون های سیلیکونی معمولاً برای دستیابی به عملکرد هدف نیاز به افزودنی های کمتری دارند، که خطر تخریب طولانی مدت ناشی از جوش یا تجزیه پلاستیک کننده ها را کاهش می دهد.

انعطاف پذیری و انعطاف پذیری پلیمر: چگونه ساختار مولکولی بر رفتار گاسکت تأثیر می گذارد

پیوند سیلیکون-اکسیژن تقریباً ۵۰ درصد انرژی بیشتری نسبت به پیوند کربن-کربن دارد، که توضیح می دهد چرا سیلیکون پس از فشرده شدن به خوبی باز می گردد. آزمایشات بر اساس استانداردهای ASTM D395 نیز برخی از تضادات جالب را نشان می دهد. لاستیک نیترل تمایل دارد 15 تا 25 درصد از توانایی خود را برای بسته بندی مناسب پس از فشرده سازی از دست دهد، در حالی که سیلیکون بیشتر شکل خود را حفظ می کند. حتی بعد از اینکه 10 هزار ساعت زیر فشار در 150 درجه سانتیگراد نشسته، سیلیکون فقط حدود 10 درصد فشرده سازی را نشان می دهد. این نوع دوام دقیقاً همان چیزی است که مهندسان برای طراحی قطعات نیاز دارند که باید در برابر تغییرات مداوم دمای هوا یا بارهای سنگین مکانیکی در طول زمان مقاومت کنند.

مقاومت در برابر دمای: گاسکت سیلیکونی در مقابل جایگزین های لاستیکی معمولی

عملکرد در دمای بالا: ثبات سیلیکون تا 230°C در مقابل EPDM و نیترل

گيسکت هاي سيليكون ميتونن با گرماي هاي سخت کنار بياد و حتي وقتي که دماي هوا به حدود 230 درجه سانتيگراد رسيد سالم بمونه این تقریبا دو برابر چیزی است که مواد EPDM قبل از تجزیه در حدود 150 درجه سانتیگراد می توانند انجام دهند، و سه برابر بهتر از گزینه های استاندارد لاستیک نیترل. دلیل این تحمل گرمای چشمگیر در ساختار شیمیایی سیلیکون خود است. ستون فقرات سیلیکون-اکسیژن آن مانند سایر مواد وقتی در معرض دمای بالا برای مدت طولانی قرار می گیرند، تجزیه نمی شوند. دریچه های بخار را به عنوان یک مثال عملی در نظر بگیرید. در حالی که مهر و موم های EPDM تمایل دارند پس از چند ماه در این شرایط سخت از هم جدا شوند، سیلیکون شکل و ویژگی های عملکرد خود را با مجموعه فشرده سازی کمتر از 15٪ در طول طول عمر مشابه خدمت حفظ می کند.

انعطاف پذیری در دمای پایین: سیلیکون در مقابل نیترل و نئوپرن در محیط های سرد

سیلیکون حتی در دمای بسیار سرد مانند -50 درجه سانتیگراد، انعطاف پذیر است و حدود 85 درصد از آنچه که معمولا انجام می دهد را حفظ می کند. این خیلی بهتر از نیترل یا نئوپرن است، که وقتی که چیزی زیر -30 درجه سانتیگراد می افتد سفت می شود. توانایی انعطاف پذیری برای چیزهایی مانند بسته بندی یخچال های سرد یا لوله های نفتی عظیم در قطب شمال که در آن مواد معمولی فقط ترک می کنند و تجزیه می شوند، بسیار مهم است. ما این اتفاق را در تاسیسات واقعی LNG نیز دیده ایم. آزمایشاتی که در آنجا انجام شد نشان داد که گسیخت های سیلیکونی در شرایط سردی شدید -162 درجه سانتیگراد، تقریباً ده برابر بیشتر از گسیخت های نئوپرن می توانند در اطراف باشند.

تخریب حرارتی و محدودیت های طولانی مدت در محیط های صنعتی

مواد لاستیکی ساخته شده از کربن تمایل دارند که وقتی در معرض تغییرات مکرر دمایی قرار می گیرند، سریعتر تجزیه شوند. برای مثال EPDM را در نظر بگیرید، پس از 1000 ساعت نشستن در 135 درجه سانتیگراد، حدود 40 درصد از قدرت کشش خود را از دست می دهد. از سوی دیگر سیلیکون خیلی بهتر است، حتی بعد از گرم کردن به 200 درجه برای همان مدت کمتر از 10 درصد تخریب را نشان می دهد. آزمایش های دنیای واقعی نشان می دهد که این در محیط های سخت مانند سیستم های خروجی توربین که دمای آن می تواند به طور متناوب افزایش یابد، تفاوت ایجاد می کند. قطعات سیلیکونی در این شرایط بیش از ۱۵ سال دوام می آورند، گاهی اوقات بدون شکست به درجه 260 درجه سانتیگراد می رسند. این یعنی دیگر نباید هر سه ماه یکبار گاسکت ها را جایگزین کنیم مثل گاو های معمولی نایتریل که نمی توانند در طول زمان به گرما مقاومت کنند.

مقاومت شیمیایی، UV و اوزون از مواد سیلیکون و گازکت لاستیکی

مقاومت در برابر روغن ها، حلال ها و اسیدهای دیگر: سیلیکون در مقابل نیتریل، نئوپرن و EPDM

سیلیکون در برابر مواد غیر قطبی مثل حلال ها و الکل ها خیلی خوب مقاومت می کند، اگرچه در معرض هیدروکربن ها تورم می کند. لاستیک نیترل در واقع برای مکان هایی که روغن و سوخت زیادی در اطراف وجود دارد مناسب تر است. EPDM با مواد شیمیایی قطبی مانند اسید ها و قلیات کار می کند، اما وقتی با مایعات مبتنی بر نفت در تماس است، خیلی خوب عمل نمی کند. برای مثال سیلیکون را در نظر بگیرید، حتی پس از قرار گرفتن در روغن ASTM #3 برای 1000 ساعت، حدود 90٪ از قدرت کشش خود را حفظ می کند. در همین حال، نیترل تقریباً 40٪ از انعطاف پذیری خود را در همان شرایط از دست می دهد بر اساس داده های گزارش سازگاری مواد منتشر شده در سال گذشته. این نوع اطلاعات به مهندسان کمک می کند تا مواد مناسب را برای کاربردهای خاص انتخاب کنند.

تورم، فشرده سازی و تخریب شیمیایی در طول زمان

ساختار متقاطع سیلیکون تورم را به کمتر از 5٪ افزایش حجم در رسانه های تهاجمی محدود می کند، عملکرد بهتر از نئوپرن (1520٪) و EPDM (1012٪) است. در طول چرخه های صنعتی پنج ساله، سیلیکون کمتر از 10٪ از مجموعه فشرده سازی را در مقایسه با 2535٪ برای جایگزین های لاستیکی حفظ می کند و فرکانس دوباره بسته بندی را به نصف کاهش می دهد (مطالعه دوام گاسکت 2022).

ثبات UV و اوزون: مقاومت ذاتی سیلیکون در مقابل دوام بیرونی EPDM

سیلیکون به طور ذاتی در برابر اشعه UV و اوزون بدون نیاز به ثبات کننده مقاومت می کند و انعطاف پذیری خود را پس از 10،000 ساعت در آزمایشات آب و هوا تسریع شده حفظ می کند. EPDM با استفاده از افزودنی های سیاه کربن، دوام بیرونی را به دست می آورد، اما در دمای پایین شکننده می شود. در تاسیسات ساحلی، سیلیکون پس از سه سال حداقل ترک سطح (< 0.5 میلی متر) را نشان می دهد، در مقایسه با 23 میلی متر در نئوپرن محافظت نشده.

عملکرد واقعی در خودرو، HVAC و برنامه های کاربردی بیرونی

• خودرویی : سیلیکون به دلیل مقاومت نسبت به اوزون در سیستم های بازیابی بخار سوخت ترجیح داده می شود؛ نیتریل برای تماس مستقیم با روغن استاندارد باقی می ماند
• هوشداری و کنترل هوای مطبوع : EPDM مقاومت در برابر اوزون و هزینه را برای کانال‌کشی و واحدهای سقفی متعادل می‌کند
• بیرون ساختمان : واشرهای سیلیکونی در جعبه‌های اتصال پنل‌های خورشیدی بیش از 15 سال بدون تخریب ناشی از UV دوام دارند و هزینه‌های نگهداری را نسبت به گزینه‌های لاستیکی 30٪ کاهش می‌دهند

خواص مکانیکی و دوام بلندمدت واشرهای سیلیکونی

استحکام کششی، مقاومت در برابر پارگی و کشسانی تحت بارهای دینامیکی

در واشرهای سیلیکونی معمولاً استحکام کششی بین ۴ تا ۱۲ مگاپاسکال مشاهده می‌شود، در حالی که این مواد می‌توانند قبل از پارگی تا ۹۰ تا ۱۰۰ درصد کشیده شوند. این خواص باعث می‌شود که در شرایطی که حرکت یا تنش مداوم وجود دارد عملکرد بسیار خوبی داشته باشند. این ماده برای ایجاد آب‌بندی در تجهیزاتی که لرزش زیادی دارند، مانند پمپ‌ها و سایر ماشین‌آلات صنعتی، بسیار مناسب است. بر اساس آزمون‌های ASTM D412، سیلیکون حتی در دمای انجماد تا ۴۰- درجه سانتی‌گراد نیز حدود ۸۵ درصد از انعطاف‌پذیری خود را حفظ می‌کند. این عملکرد به‌مراتب بهتر از جایگزین‌هایی مانند لاستیک نیتریل یا EPDM است که تمایل دارند در دماهای پایین‌تر از ۲۰- درجه سانتی‌گراد سفت شوند و از کارآیی خود بکاهند.

مجموعه فشرده سازی و بازیابی: عملکرد پس از استرس طولانی مدت

سیلیکون پس از 500 ساعت نشستن در فشار در درجه 150 درجه سانتیگراد، با تنها 15 تا 25 درصد فشرده سازی، انعطاف پذیری بهتری نشان می دهد. این به طور قابل توجهی بهتر از EPDM است که معمولاً حدود ۳۰ تا ۵۰ درصد فشرده سازی را تجربه می کند. برای سیستم های فلنج که برای سالهای زیادی ساخته شده اند، این نوع بازیابی همه تفاوت ها را ایجاد می کند. چیزی که واقعاً برجسته است این است که ساختار سیلیکون با هم پیوند خورده در برابر تغییرات دائمی شکل حتی در معرض دماهای شدید در محدوده ۶۰ تا ۲۳۰ درجه سانتیگراد مقاومت می کند. این امر از طریق استانداردهای آزمایش مانند ASTM D395 تأیید شده است، که به مهندسان اطمینان در عملکرد طولانی مدت در شرایط چالش برانگیز می دهد.

دوام در شرایط فشارهای مکانیکی و محیطی

آزمایشات ساحلی که مواد را در معرض اشعه های ماوراء بنفش همزمان، مواد شیمیایی و استرس های مکرر قرار می دهد نشان می دهد که سیلیکون حتی پس از پنج سال طولانی در خارج، حدود ۹۰ درصد از قدرت مهر و موم اصلی خود را حفظ می کند. اما در مورد نئوپرن وضعیت کاملا متفاوت است. وقتی در شرایط واقعی مشابه قرار می گیرد، خیلی سریع شروع به تجزیه می کند، و در عرض دو سال حدود ۴۰ درصد اثربخشی خود را از دست می دهد، زیرا اوزون باعث ایجاد این ترک های آزاردهنده در سطح می شود. بر اساس این یافته ها، بسیاری از مهندسان اکنون سیلیکون را برای چیزهایی مانند حفاری نفتی در سواحل، نصب پنل خورشیدی و کارخانه های شیمیایی صنعتی که مواد با استرس های متعدد به یکباره برخورد می کنند، ترجیح می دهند. واقعاً منطقی است وقتی به اینکه چقدر در مقایسه با گزینه های دیگر دوام می آورد نگاه کنیم.

راهنمای انتخاب خاص برای سیلیکون و گازکت لاستیکی

کاربرد پزشکی و مواد غذایی: چرا سیلیکون در زمینه ایمنی و انطباق غالب است

وقتی صحبت از دستگاه های پزشکی و تجهیزات پردازش مواد غذایی می شود، سیلیکون به عنوان مواد مورد استفاده برجسته می شود، زیرا ایمن است و نیازهای مهم FDA و NSF را برآورده می کند. چه چیزی سیلیکون را در مقایسه با مواد مانند EPDM یا نیترل، اینقدر خاص می کند؟ خب، اجازه نمی دهد میکروب ها به آن نفوذ کنند و می تواند بدون شکستن، حتی وقتی دمای هوا به حدود 135 درجه سانتیگراد می رسد، بارها و بارها استریلیزه شود. اما نکته اصلی این است که سیلیکون چقدر پایدار باقی می ماند. هیچ ماده شیمیایی ناخوشایند را به هر چیزی که لمس می کند آزاد نمی کند، که توضیح می دهد چرا ما آن را در همه جا از سیستم های IV بیمارستان تا دریچه های گیاهان لبنی می بینیم. برای صنایع که آلودگی گزینه ای نیست، این خاصیت سیلیکون کاملاً حیاتی می شود.

هواپیمایی خودرو و صنعت: تعادل هزینه، دمای و قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی

وقتی صحبت از سیستم های خودرو و تهویه مطبوع می شود، انتخاب مواد واقعاً به آنچه که قطعه باید روز به روز انجام دهد و همچنین مدت زمان دوام آن بستگی دارد. لاستیک نیتریل برای بسته کردن خطوط سوخت بسیار خوب کار می کند چون به خوبی در برابر روغن ها مقاومت می کند، اگرچه وقتی که همه چیز زیر هود گرم می شود با دمای نوسان از -50 درجه سانتیگراد تا 200 درجه گرم، سیلیکون فقط کار بهتری انجام می دهد. بیشتر مردم برای استفاده از برج های خنک کننده در فضای باز با EPDM کنار می آیند چون این ماده با باران، خورشید و هر چیز دیگری که مادر طبیعت به آن می اندازد، مقابله می کند. اما وقتی در مورد مبادلات گرما صحبت می کنیم که به طور منظم بالای ۱۵۰ درجه سانتیگراد می روند، سیلیکون گزینه ی اصلی می شود. طبق برخی تحقیقات منتشر شده در سال گذشته، پس از قرار گرفتن در معرض گرمای موتور طولانی مدت، سیلیکون حدود 92 درصد از خواص فشرده سازی خود را حفظ کرد در حالی که نیتریل فقط حدود 78 درصد را مدیریت کرد. این به معنای جایگزینی کمتر و زمان توقف کمتر برای کامیون ها و سایر وسایل نقلیه سنگین در طول زمان است.

چارچوب تصمیم گیری: چه زمانی باید گاسکت سیلیکونی را در مقابل EPDM، نیترل یا نئوپرن انتخاب کنید

فاکتور	مزیت سیلیکون	جایگزین های لاستیک
محدوده دما	-60°C تا +230°C	EPDM/نیترل: -40°C تا 150°C
معرض مواد شیمیایی	اسید ها، پایه ها، UV/ اوزون	نیترل برای روغن ها، EPDM برای آب و هوا
الزامات انطباق	FDA/NSF/درجه پزشکی	گواهینامه های محدود
بهره وری هزینه	هزینه اولیه بالاتر، هزینه چرخه عمر پایین تر	مقدمه کمتر، طول عمر کوتاه تر

سیلیکون را برای دمای شدید، نیاز به استریلیزه کردن یا قرار گرفتن در معرض اشعه UV انتخاب کنید. EPDM را برای مهر و موم های بیرونی مقرون به صرفه و نیترل را برای سیستم های مبتنی بر نفت انتخاب کنید که هزینه اولیه یک نگرانی اصلی است.

‫سوالات متداول‬

تفاوت اصلی بین گسیخت های سیلیکونی و لاستیکی از نظر ساختار شیمیایی چیست؟

گاسکت های سیلیکونی دارای ستون فقرات سیلیکون-اکسیژن هستند که ثبات حرارتی عالی را ارائه می دهند، در حالی که گاسکت های لاستیکی مانند EPDM یا نیتریل عمدتاً از زنجیره های کربن-کربن تشکیل شده اند که برای ثبات نیاز به ولکاناسیون دارند، که می توانند در معرض گرما

چرا گيسکت هاي سيليكون براي کاربردهاي دماي بالا بهتر محسوب مي شوند؟

واشرهای سیلیکونی به دلیل زنجیره قوی سیلیسیم-اکسیژن، قادر به تحمل دماهای بالاتر تا ۲۳۰°C هستند، در حالی که موادی مانند EPDM و نیتریل در دماهای پایین‌تر، حدود ۱۵۰°C و کمتر، تجزیه می‌شوند.

واشرهای سیلیکونی و لاستیکی از نظر مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش و ازن چگونه مقایسه می‌شوند؟

سیلیکون به‌طور ذاتی در برابر تابش ماوراء بنفش و ازن مقاوم است و نیازی به مواد پایدارکننده اضافی ندارد و حتی پس از قرار گرفتن طولانی‌مدت در معرض این عوامل، انعطاف‌پذیری خود را حفظ می‌کند. در مقابل، گزینه‌های لاستیکی مانند EPDM برای دوام در فضای آزاد به افزودنی‌های دوده کربن نیاز دارند اما در صورت عدم محافظت، ممکن است تحت تأثیر تابش ماوراء بنفش شکننده شوند.