Vízálló szilikon tömítés: Alkalmazások tengeri felszerelésekben

Miért uralkodnak a vízálló szilikon tömítőanyagok a tengerészeti tömítéseknél

Állandó szivárgások a tengervízzel érintkező illesztésekben

A sós víz kegyetlen hatással van a tengeri felszerelésekre, különösen azokra a régi típusú gumitömítésekre, amelyek egyszerűen már nem felelnek meg a mai elvárásoknak. A tengervíznek kitett alámerült alkatrészek problémákat okoznak olyan anyagoknál, mint az EPDM és a nitrilgumi. Ezek a gumik duzzadnak, amikor sós vizet szívnak magukba, méretük akár 15 százalékkal is megnőhet, mielőtt teljesen szétesnének. A következmények pedig igazán rosszak. A duzzadás apró részeket hoz létre az alkatrészek között, ami állandó szivárgáshoz vezet a mozgó alkatrészeknél, beleértve a propeller tengelyeket és a fedélzeti nyílásokat is. Még rosszabb, hogy a só idővel felhalmozódik ezekben az anyagokban. Ahogy váltakozva nedvesednek és száradnak, a só gyorsítja a repedések kialakulását. Mindezen problémák később komolyabb gondokhoz vezetnek. Az elektromos rendszerek rövidre zárnak, a csapágyak elrozsdásodnak, és a járművek elvesztik képességüket, hogy megfelelően ússzanak. A tavalyi Marine Engineering Journal szerint az offshore berendezések összes hibájának körülbelül egyharmada visszavezethető ilyen tömítési hibákra. Ennek a káosznak a megoldásához olyan új anyagokra van szükség, amelyek kifejezetten ellenállók az ionokkal szemben, és megőrzik alakjukat akkor is, ha hónapokon át vannak alámerítve.

Szilikonpolimerek molekuláris stabilitása hidrolitikus és hőterhelés alatt

A szilikon különleges, szervetlen sziloxán vázstruktúrájának köszönhetően (Si-O-Si), amely nem bomlik le víz hatására, ellentétben a szokványos szerves gumikkal. A szénalapú anyagok gyengébb kötéseik miatt szétesnek a tengervíz hatására, míg a szilikon meglepően jól ellenáll. A kötési erősség itt körülbelül 444 kJ/mol, ami azt jelenti, hogy ezek a molekulák érintetlenül maradnak még hosszabb ideig forrásban lévő sóoldatba áztatva is. Mit jelent mindez a gyakorlatban? Anyagokat eredményez, amelyek integritása sokkal tovább megmarad kegyetlen körülmények között, mint az alternatíváké.

A szilikon vázát körülvevő hidrofób metilcsoportok eltaszítják a vízmolekulákat, megakadályozva a műanyagossá válást. A jelentéktelen klóridion-felvétellel kombinálva ez a kémiai tulajdonság lehetővé teszi, hogy a szilikon tömítések megtartsák a tömítési nyomást hirtelen hőmérsékletváltozások során – kritikus fontosságú az olyan motoros kollektoroknál, amelyek 4 °C-os tengeri víz és 180 °C-os üzemeltetési hőmérséklet között váltakoznak.

Tömítési teljesítmény: Valós körülmények közötti vízhatlanság érvényesítése

A statikus merítésen túl: Dinamikus bemerítési ciklus (0–5 m, 72 óra felett) az ASTM D412/D2240 szabvány szerint

Az óceán nemcsak arról szól, hogy kint tartsa a vizet – olyan anyagokra is szükség van, amelyek képesek kezelni a valós körülmények közötti nyomásokat. A statikus merítési tesztek teljesítménymutatókhoz adnak kiindulópontot, de az igazi próbát az ASTM D412/D2240 szabványok jelentik, amelyek során a szilikon tömítőanyagokat három vagy több teljes napig tartó, a felszíntől 5 méteres mélységig terjedő árapály-nyomásingadozás szimulálásával tesztelik. Ezek a vizsgálatok azt utánozzák, ami valójában történik víz alatt, ahol a hullámok ostromolják a felületet, és a mélység folyamatosan változik. Különböző hidrodinamikai kutatási tanulmányok szerint a tengeri felszerelések tömítési hibáinak körülbelül tízből nyolc éppen ezek miatt a körülmények miatt következik be. Amikor az anyagok ezen a kemény teszten is túljutnak, akkor hajlamosak megőrizni vízhatlan tulajdonságaikat annak ellenére, hogy folyamatosan összenyomódnak és elengedődnek, miközben olcsóbb alternatívák már meghibásodnának.

Hibrid kompressziós maradék csökkentés füstölt szilikonnal erősített szilikon segítségével

Amikor a tömítések nyomás megszűnése után véglegesen deformálódnak, akkor beszélünk kompressziós set-ről, és ez a probléma okozza a többségét a hosszú távú tömítési hibáknak. Ha feldolgozott szilícium-dioxid nanorészecskéket adunk a szilikon polimer szerkezetekhez, belső alátámasztó hálózat jön létre, amely körülbelül 40 százalékkal csökkenti a kompressziós set problémáját a hagyományos anyagokhoz képest. Ezek az erősített hibrid anyagok megőrzik alakjukat és rugalmasságukat akár több ezer kompressziós ciklus után is, így vízhatlan tömítést biztosítanak még olyan folyamatos rezgések és terhelések mellett is, amelyek jellemzőek a hajómotorokra és az alvízi berendezésekre. Egy további előny, ahogyan ezek a nanostruktúrák mikrotöréseket kezelnek intenzív kompresszió során. Terepen végzett tesztek azt mutatják, hogy az ilyen technológiával készült alkatrészek körülbelül háromtól öt évig tovább tartanak sós víz környezetben, mielőtt ki kellene őket cserélni.

Hosszú távú tartósság: UV-, sóköd- és oxidatív korrózió ellenállóság

UV-bomlás vs. oxidatív klórtámadás: tömítés meghibásodásának gyökérok elemzése

A tengeri szilikon tömítések főként két folyamat során bomlanak le: az egyik az UV-sugárzás, a másik a klóriddal való érintkezés következtében. Hosszú ideig tartó napsugárzás hatására az UV-sugárzás felbontja a polimer kötések felületét. Ennek eredményeképpen színeződési problémák léphetnek fel, az anyag idővel rideggé válik, és apró repedések keletkezhetnek, amelyek végül lehetővé teszik a víz átszivárgását. A másik probléma a levegő sótartalmából származik. A sós köd behatol az anyagba, és molekuláris szintű kémiai reakciókat indít el. Mi történik ezután? A tömítés megduzzad, elveszíti képességét a nyomás megtartására, és gyorsabban öregszik alvízi csatlakozásoknál. Az iparágban az ASTM G154 szerinti UV-tesztek azt mutatják, hogy a felületi szilárdság körülbelül 40%-kal csökken kb. 2000 órás UV-lámpa alatti expozíció után. Az ASTM B117 szerinti sós ködtesztek esetén a gyártók tapasztalata szerint a klórid-expozíció majdnem 58%-kal csökkenti az anyag rugalmasságát nagy sótartalmú területeken. Ezek a számok fontosak, mert segítenek előrejelezni, meddig tartanak ezek a tömítések, mielőtt ki kellene cserélni őket.

Igazolt tartósság: 98,7% szakítószilárdság megmaradás 5000 órás QUV-B + sóköd öregítés után

A prémium szilikongumi tömítések páratlan tartósságot mutatnak hosszú ideig tartó tengeri igénybevétel mellett. Független ellenőrzés igazolja a 98,7% szakítószilárdság-megtartást 5000 órás ciklikus QUV-B (UV) és sóköd expozíció után – túlszárnyalva az alternatívákhoz, például az EPDM-hez képest több mint 30%-os teljesítménynyereséggel. A tesztelési protokoll extrém körülményeket szimulált:

• UV-sugárzás: 0,55 W/m² (340 nm)
• Sópermet koncentráció: 5% NaCl
• Hőciklus 50°C (UV fázis) és 35°C (sóköd) között

A fejlett feldurrantott szilícium-dioxid megerősítés korlátozza a polimerláncok mozgékonyságát oxidatív terhelés alatt, minimalizálva a kompressziós deformációt. Ez a molekuláris stabilitás biztosítja az állandó tömítőerő megtartását a hajótest átvezetésekben és fedélzeti szerelvényeknél évtizedekig tartó használat után is.

Vízhatlan szilikongumi tömítési megoldások kulcsfontosságú tengeri alkalmazásai

A szilikon tömítések kulcsfontosságú szerepet játszanak a tengeri készülékek vízmentességének fenntartásában, amikor durva tengervízi körülményeknek vannak kitéve. Alakjukat meg kell őrizniük, és ellenállóknak kell lenniük a molekuláris szintű lebomlásnak akár évekig tartó állandó nyomás után is. Hajóknál ezek a tömítések elengedhetetlenek a hajótest áthatolásainál, mint például a propeller tengelyeknél és más olyan szerelvényeknél, amelyek átmennek a hajótesten. Ha itt nem megfelelő a tömítés, víz juthat be, és veszélyeztetheti a hajó képességét, hogy úszva maradjon, miközben durva tengerállapotokon halad keresztül. A motorházak belsejében a szilikon tömítések határt képeznek érzékeny területek körül, mint például a szelepfedeleknél és a kipufogórendszereknél. Ezek az alkatrészek egyszerre ki vannak téve olajnak és extrém hőmérsékleteknek, amelyek a fagypont alatti hidegtől a forró hőségen át változnak. A fedélzeten navigációs műszerek és nyílászárók tömítésére használják őket, így nem sérülnek meg a napsugárzástól vagy a tengervíz okozta korróziótól. A hajóépítők szintén támaszkodnak ezekre a tömítésekre a locsolópumpákhoz, sonárberendezésekhez és a ballasztrendszerek csatlakozásaihoz. Miért? Mert a szilikon nem bomlik le nedvesen, így megakadályozza a különböző fémek közötti veszélyes kémiai reakciókat a víz alatt.

GYIK

Miért előnyben részesítették a szilikon tömítéseket a hagyományos gumitömítésekkel szemben tengeri alkalmazásokban?

A szilikon tömítéseket az elsődleges választássá teszi kiváló ellenállásuk a tengervízzel, hőciklusokkal, UV-sugárzással és oxidatív igénybevétellel szemben. A hagyományos gumitömítésektől eltérően a szilikon anyagok megőrzik integritásukat a kemény tengeri környezetben.

Hogyan teljesítenek a szilikon tömítések dinamikus nyomásváltozások hatására?

A szilikon tömítések szigorú vizsgálatokon, például az ASTM D412/D2240 szabványok szerinti teszteken esnek át, hogy ellenálljanak a dinamikus nyomásváltozásoknak, így biztosítva vízhatlan tulajdonságukat az állandó dagályingadozások során.

Milyen szerepet játszik a füstölt szilika a szilikon tömítések javításában?

A füstölt szilika megerősíti a szilikon polimer szerkezeteket, akár 40%-kal csökkentve a kompressziós maradandóságot a hagyományos anyagokhoz képest. Ez az innováció segíti a tengeri tömítéseket abban, hogy alakjukat és rugalmasságukat megtartsák hosszú ideig tartó nyomás és rezgések hatására.

Hogyan állnak ellen a szilikon tömítések az UV- és sóköd okozta degradációnak?

A szilikon tömítések úgy készülnek, hogy ellenálljanak a UV okozta polimerbontásnak és a sóköd miatti duzzadásnak, és kiterjedt tesztelési protokollok után is megtartják eredeti szakítószilárdságuk akár 98,7%-át.