Lämpökestävä kumivaahdus: Käyttö sovelluksissa teollisuusuunneissa

Miksi lämpöä kestävät kumitiivisteet epäonnistuvat ilman oikeaa materiaalivalintaa

Lämpöjännitys ja tiivistysvirheet uunin oven ja liitososien kokoonpanoissa

Kun teollisuusuunit käyvät läpi jatkuvia kuumennussyklejä, kuminenkat suorat kärsivät ajan myötä. Puhumme lämpötiloista, jotka nousevat huonelämpötilasta yli 260 asteeseen Celsius-asteikolla ja sitten jäähtyvät toistuvasti. Joidenkin tiivisteitä koskevien tutkimusartikkelien mukaan tällainen kuormitus alkaa aiheuttaa pieniä halkeamia jo puolen vuoden kuluessa. Näitä halkeamia ilmenee useimmiten paineen keskittymiskohdissa, erityisesti silloin, kun metalliosien ja kuminenkat suorien lämpölaajeneminen poikkeaa toisistaan kuumennuksen aikana. Mitä tämän jälkeen tapahtuu? Liitosten tiiveys heikkenee. Lämpövuotoja alkaa esiintyä enemmän, mikä tarkoittaa, että uuni ei enää toimi yhtä tehokkaasti (tehokkuus laskee jonnekin 12–18 %:n välimaastoon), ja laitoksen käyttäjille turvallisuus muuttuu suuremmaksi huolenaiheeksi.

Puristusjäykkyysheikkeneminen yli 150 °C:ssa: Miten se vaarantaa kuminenkat suojen pitkäaikaisen eheyden

Jatkuvatoiminta yli 150 °C:ssa käynnistää peruuttamattoman polymeeriketjun hajoamisen – tunnetaan puristusmuodonmuutoksena (compression set) – joka aiheuttaa pysyvän kimmoisuuden menetyksen. 200 °C:ssa standardi-elastomeerit menettävät 40–60 %:n palautumisominaisuutensa vain 500 käyttötunnin kuluessa (ASTM D395-testin mukaan). Tämä muodonmuutos luo epätasaisia tiivistepintoja, jotka sallivat:

• Kumulatiivinen lähihukka (>15 % energiahäviö)
• Vaihtotiheyden kolminkertaistuminen
• Epäpuhtauksien pääsyn elintarvikekäyttöön soveltuvissa ympäristöissä
  Koska hajoaminen etenee näkymättömästi, materiaalin valinnan on ennakoitava pitkän aikavälin suorituskykyä – ei ainoastaan huippulämpötilan siedettävyyttä.

Tärkeimpien kumitiivistelevyjen vertailu teollisuuden uunisovelluksiin

Silikonikumitiivisteet: Korkea taipuisuus ja väliaikainen stabiilius 300 °C:seen saakka

Silikonikumihengitys kestää hyvin lämpötilan vaihtelua uuneissa, jotka kytkeytyvät päälle ja pois. Silikonin kemiallinen rakenne säilyy joustavana, vaikka lämpötilat laskisivat -60 celsiusasteeseen ja nousisivat nopeiden lämmitysvälien aikana noin 300 celsiusasteeseen. Tämä tarkoittaa, että ovet tiivistyvät oikein, myös useiden lämmitys- ja jäähdytyskertojen jälkeen. Testit osoittavat, että silikoni menettää noin 15 % muodostaan ASTM-standardien mukaan, kun sitä altistetaan 200 celsiusasteen lämmölle, mikä tekee siitä kestävämmän pysyvää litistymistä vastaan verrattuna muihin materiaaleihin. On kuitenkin yksi ongelma: jos nämä hengityspussit jäävät liian pitkäksi aikaa höyryyn yli 150 celsiusasteen lämpötiloissa, ne alkavat hajota kemiallisesti. Tämä aiheuttaa suuren ongelman ympäristöissä, joissa tarvitaan säännöllistä sterilointia tai korkean kosteuden puhdistusta.

Viton® (FKM) kumihengitys: kemiallinen kestävyys ja jatkuva toiminta 204 °C (400 °F)

Kun korkeat lämpötilat kohtaavat kovia kemikaaleja, Viton®-fluoripolymeeritiivisteet erottuvat kilpailijoistaan. Materiaalin ainutlaatuinen fluoridi-hiili-sidos mahdollistaa jatkuvan käytön jopa 204 °C:ssa ilman hajoamista öljyjen, erilaisten happojen, liuottimien ja tuhoisien katalyyttisten poistoilmojen edessä. Otetaan esimerkiksi katalyytti-uunit. Näissä hapollisissa olosuhteissa 1 000 tuntia viettämisen jälkeen tiivisteet säilyttävät yhä noin 90 % alkuperäisestä vetolujuudestaan. Tämä on noin kolme kertaa parempi kuin tyypillinen silikonin suorituskyky DuPontin teknisten tietojen mukaan. Teollisuuden sovelluksissa, kuten metallin karistusuuneissa, jotka säännöllisesti kohtaavat sammuttavaöljyn höyryt ja paineistetun höyryn, tällaista kestävyyttä ei nykyisellään markkinoilla ole muilla materiaaleilla.

EPDM-kumitiivisteet: Kustannustehokas vaihtoehto vain alle 150 °C – riski termisestä hapettumisesta jatkuvassa uunikäytössä

EPDM-pesukkeet toimivat taloudellisesti hyvin tiivistyssovelluksissa, mutta vain silloin, kun lämpötila pysyy noin 150 asteen Celsiuksen alapuolella. Niiden kyllästynyt kemiallinen rakenne tekee niistä hyviä vastustamaan otsonia ja höyryä, mutta ne alkavat hajota nopeasti, kun lämpötila ylittää kyseisen kynnysarvon. Vuoden 2023 Rubber World -tutkimuksen mukaan nämä pesukkeet menettävät yli 40 prosenttia kimmoisuudestaan noin 500 käyttötunnin jälkeen, kun lämpötila ylittää 160 astetta Celsius. Tämä heikkeneminen johtaa pinnan halkeamiin ja lopulta tiivistysten epäonnistumiseen sellaisissa paikoissa kuin leipomouunit, joissa lämmön kestävyys on erityisen tärkeää. Toissijaisille komponenteille, kuten ilmanvaihtokanavien liitoksille, EPDM soveltuu edelleen hyvin. Kuitenkaan sitä ei tulisi käyttää ovenovien tai laippoja koskevien päätiivistysten materiaalina, sillä se aiheuttaa todennäköisesti ongelmia myöhempinä vaiheina.

Kuminen pesuselkän määritysten yhdistäminen todellisiin teollisuuden uuniympäristöihin

Elinkaarihuuhteet: FDA-vaatimustenmukaisen tiivistyksen ja tyhjiön tiiviysvarmuuden takaavat silikonikumitiivisteet

Silikonikumirenkaat noudattavat FDA:n 21 CFR 177.2600 -standardeja elintarvikkeisiin kosketuviin materiaaleihin, mikä tekee niistä erinomaisen soveltuvia käyttöön esimerkiksi leivonnassa, paistamisessa ja tyhjiöpakkauksissa teollisuusuunneissa. Nämä renkaat kestävät höyrypuhdistuksen lämpötiloissa, jotka voivat lyhyiden kertojen aikana nousta jopa +150 asteeseen ilman, että ne vapauttavat haitallisia aineita. Erityisesti huomiota herättää niiden kyky säilyttää muotonsa pitkän aikaa. Kun niitä on pidetty 177 asteessa peräkkäin 168 tuntia, ne näyttävät noin 15 %:n puristusmuodonmuutoksen. Tämä ominaisuus tarkoittaa, että ne säilyttävät oikean paineen määrän, vaikka uunin ovia avattaisiin ja suljettaisiin lukemattomia kertoja. Valmistajille, jotka käsittelevät liha- tai leivonnaisvalmisteita, tämä vakaus on ehdottoman tärkeää, koska se auttaa ylläpitämään asianmukaisia tyhjiötiiviystiiviöitä ja estämään epätoivottujen mikrobien pääsyn pakattuihin elintarvikkeisiin tuotantokatojen aikana.

Metallin temppaamiseen ja katalyyttisiin uuneihin: Viton®-kumitiivisteet, jotka kestävät höyryä, öljyhaihtumia ja haponmakuja

Viton® (FKM) -tiivisteet kestävät jatkuvan käytön noin 204 °C:ssa vaativissa lämpökäsittelyolosuhteissa. Nämä tiivisteet kestävät hyvin ongelmia, kuten paisumista tai kovettumista, joita aiheuttavat sammutusöljyn sumu, hapan pakokaasun kaasu ja voimakkaat höyrysuuttimet, joita usein esiintyy alumiinin temppaamisessa ja pakokaasujen käsittelyssä. Pysytellessään noin 1 000 tuntia lämpötiloissa, jotka nousevat jopa 230 °C:seen, nämä tiivisteet säilyttävät muotonsa alle 20 %:n puristusmuodonmuutoksella. Tämä tarkoittaa, että ne säilyttävät tiiviin tiivisteen myös myrkyllisten aineiden täyteisissä tai paineessa olevissa ympäristöissä. Lisäksi niiden kyky kestää äkillisiä lämpötilamuutoksia auttaa estämään halkeamia, kun kylmiä osia asetetaan noin 400 °F:n (noin 204 °C) kuumaan kammioon.

Kriittiset ei-lämpötilatekijät kumitiivisteiden valinnassa ja asennuksessa

Kun on kyse siitä, kuinka kauan pesurit kestävät, lämpötila ei aina ole päällimmäinen huolenaihe. Kemiallinen yhteensopivuus on usein yhtä tärkeää, joskaan ei vielä tärkeämpää. Monet teollisuusympäristöt altistavat laitteet koville kemikaaleille, jotka hajottavat materiaaleja ajan myötä. Ajattele emäksiä, niitä orgaanisia liuottimia, joista kaikki tietävät, tai happamia aineita, jotka kertyvät elintarvikkeiden käsittelyn ja metallien käsittelyn aikana. Nämä aineet voivat kuluttaa materiaaleja jopa silloin, kun lämpötilat ovat siedettävillä alueilla. Ota esimerkiksi höyryä rikas katalyyttinen uuni, joka todella vaatii materiaaleja, jotka kestävät hajoamista vedellä tapahtuvissa reaktioissa. Ja sitten on happamat poistojärjestelmät, jotka edellyttävät erityisiä polymeerejä, kuten Vitonia, jotka eivät sulaa happamissa olosuhteissa. Tämän asian oikein ymmärtäminen tekee valtavan eron huoltokustannuksissa ja laitteiden kokonaisikässä.

Ympäristötekijät, kuten UV-säteily ja otsoni, heikentävät myös elastomeereja, erityisesti ilmanpoistokanavien läheisyydessä tai ulkona asennettujen uunien yhteydessä. Vaikka siliconi kestää otsonia erinomaisesti (ASTM D1149 -standardin mukaan), se paisuu nopeasti öljyispohjaisissa nesteissä. Viton® puolestaan kestää öljyjä, mutta kärsii kestävästi korkeassa höyrynhumississa.

Asennuksen oikeellisuus on yhtä tärkeää kuin muutkin tekijät. Kun liittimiä kiristetään liian tiukasti asennuksen aikana, siitä seuraa niin kutsuttu ennenaikainen puristusmuodonmuutos, joka voi vähentää tiivistysvoimaa lähes puoleen ASTM-standardien mukaan. Avainasemassa on oikean suuruinen momentti, jota on säädettävä sekä pesurin kovuusluvun että sen todellisen paksuuden perusteella. Tämä auttaa estämään ongelmia, kuten materiaalin puristumista ulos tai pysyviä muodonmuutoksia. Jatkuvan huollon osalta säännölliset tarkastukset ovat välttämättömiä. Tulee tarkkailla ilmeisiä merkkejä, kuten halkeamia pinnalla, materiaalin kovuuden muutoksia (mitattuna Shore A -yksiköissä) ja viivästynyttä palautumista alkuperäiseen muotoonsa paineen poistamisen jälkeen. Nämä ovat varoitusmerkkejä siitä, että asia saattaa johtaa rikkoutumiseen, mikäli niihin ei puututa nopeasti.

Keskeisiä huomioita ovat:

• Kemikaalialtistumisprofiili (hapot, emäkset, liuottimet, höyry)
• Vaadittu puristusmuodonmuutoksen sallittu vaihtelu jatkuvassa kuormituksessa
• UV/otsonikestävyysluokitus ASTM D1149 -mukaan
• Vääntömomentin määritykset sovitettu pesurin durometerin ja geometrian mukaan

UKK

Miksi lämpökestävät kumitiivisteet epäonnistuvat?

Lämpökestävät kumitiivisteet epäonnistuvat ensisijaisesti lämpöjännityksen, virheellisen materiaalivalinnan ja kemiallisen altistumisen vuoksi. Ajan myötä nämä tekijät johtavat halkeamiin, kimmoisuuden vähenemiseen ja tiivistyksen tiiviysominaisuuksien heikkenemiseen.

Mikä on puristusmuodon muuttuminen ja sen vaikutukset?

Puristusmuodon muuttuminen tapahtuu, kun kumi menettää kimmoisuutensa pitkäaikaisen altistumisen korkeille lämpötiloille, mikä aiheuttaa pysyvän muodonmuutoksen. Tämä voi johtaa epätasaisiin tiivistepintoihin ja vuotojen todennäköisyyden kasvuun.

Miksi silikonikumia suositaan elintarviketeollisuuden uuneissa?

Silikonikumitiivisteet täyttävät FDA:n standardit, mikä takaa turvallisen kosketuksen elintarvikkeisiin. Ne säilyttävät muotonsa jopa toistuvien kuumakäyttöjaksojen jälkeen eivätkä vapauta haitallisia aineita höyrypuhdistuksessa.

Mikä tekee Viton®-kumitiivisteistä sopivia metallin lämpökäsittelyuuneihin?

Viton®-tiivisteet kestävät korkeita lämpötiloja, öljyjä ja hapan koostumuksia, mikä tekee niistä ideaalisen vaihtoehdon vaativiin lämpökäsittelyympäristöihin. Ne säilyttävät muotonsa ja tiivistysominaisuutensa, myös pitkän aikaa kestämisen jälkeen kovissa olosuhteissa.

Kuinka tärkeää on kumitiivisteiden oikea asennus?

Oikea asennus on ratkaisevan tärkeää, jotta vältetään ongelmat kuten ennenaikainen puristusmuodonmuutos ja materiaalin ulospuristautuminen. Tähän kuuluu oikean vääntömomentin käyttö tiivisteen kovuuden ja paksuuden perusteella, jotta saavutetaan optimaalinen tiivistysvoima.