EN
למה חומרי איטום מסיליקון עמידים במים מובילים באיטום ימי
כשלים מתמשכים של דליפות בחיבורים המוערבים למלי ים
מים מלוחים גורמים נזק קיצוני לציוד ימי, במיוחד לחותמות הגומי הקלאסיות שפשוט לא עולות על הדרישה יותר. חלקים טמונים שנחשפו למים מלוחים יוצרים בעיות בחומרים כמו EPDM וגומי ניטריל. גומי זה מתנפח כשנספג מים מלח, ולפעמים גדל עד 15 אחוז בגודלו לפני שהוא מתחיל להתפורר לגמרי. מה שקורה אחר כך הוא גם כן גרוע מאוד. ההתנפצות יוצרת סדקים זעירים בין רכיבים, מה שמוביל לتسיבים מתמשכים בחלקי תנועה, כולל צירי מדחפים ומכסי פתחים. עוד גרוע מזה, מלח מצטבר בתוך החומרים האלה עם הזמן. כאשר הוא עובר מחזורי יובש ולחות, המלח למעשה מאיץ את תהליך הבקעתיות. כל הבעיות האלה מובילות לכאבי ראש גדולים בהמשך הדרך. מערכות חשמל מקצרות, שבבות מחלידות, והספינות מאבדות את היכולת שלהן לצוף כראוי. לפי כתב העת Marine Engineering Journal משנת שעברה, כשליש מכל כשלים ימיים באוקיינוס נובעים מהתקלות של חותמות מסוג זה. כדי לתקן את הרווח הזה, אנו צריכים חומרים חדשים שתוכננו במיוחד כדי לעמוד בפני יונים ולשמור על צורתם גם לאחר שהייה מתחת למים במשך חודשים.
יציבות מולקולרית של פולימרים סיליקוניים תחת מתח הידרוליטי ותרמי
הסיבה שהסיליקון בולט כל כך היא בגלל המבנה האורגאני מיוחד של השדרה הסילוקסנית Si-O-Si שלא מתפרק כשנחשף למים, בניגוד לגומי אורגני רגיל. חומרים מבוססי פחמן נוטים להתפרק כשנתקפים על ידי מים מלוחים בזכות הקשרים החלשים יותר שלהם, אך הסיליקון עומד בצורה יוצאת דופן. עוצמת הקשר כאן היא כ-444 קילוג'ול למול, כלומר המולקולות נשארות שלמות גם לאחר שטיפה ממושכת בתמיסה מלחות רותחת. מה המשמעות של כל הכימיה הזו ביישומים בעולם האמיתי? ובכן, זה גורם לחומרים לשמור על שלמותם לאורך זמן רב בהרבה בתנאים קיצונייםمقارنة לחלופות.
| גורם לחץ | ביצועי גומי ניטריל | ביצועי סיליקון |
|---|---|---|
| פירוק הידרוליטי | איבוד מתיחה של 40% (500 שעות) | איבוד מתיחה של פחות מ-5% (500 שעות) |
| סיבובים תרמיים | שביר מתחת ל-20-°C | גמיש מ--55°C עד 230°C |
| setzen לחיצה | שחזור עיוות של 70% | שחזור עיוות של 90% |
הקבוצות המתיל הידרופוביות שמסביבות לשרשרת הראשית של הסיליקון דוחות מולקולות מים, ובכך מונעות פלסטיקיזציה. בשילוב עם ספיגת יוני כלוריד זניחה, כימיה זו מאפשרת לחותמים מסיליקון לשמור על דחיסות החיתוך גם במהלך הלמות תרמיות – מה שחיוני בפלנג'י מנוע שעובדים בתדירות בין טמפרטורת מים ימיים של 4°C לטמפרטורת עבודה של 180°C.
ביצועי חיתוך: אימות של שלמות עמידה במים במציאות
מעבר להSumersion סטטית: מחזורים דינמיים של שקיעה (0–5 מ', 72 שעות ואكثر) לפי ASTM D412/D2240
האוקיינוס אינו רק עניין של שמירה על מים בחוץ – הוא צריך חומרים שיכולים לעמוד בלחצים אמיתיים. מבחני שקיעה סטטיים מספקים לנו נקודת התחלה למדידת ביצועים, אך המבחן האמיתי מגיע ממשטרים של ASTM D412/D2240 שמבחנים חומרי איטום מסיליקון תחת תנאים של שינויי לחץ mareimi שמיודמים לעומק בין פני השטח ועד 5 מטרים, למשך שלושה ימים מלאים או יותר. מבחנים אלו מדמים את מה שקורה באמת מתחת למים, שם גלים נשברים ועומקים משתנים ללא הרף. לפי מאמרים שונים בתחום המחקר ההידרודי, כשמונה מתוך עשרה כשלים באיטום של ציוד ימי נובעים בדיוק מתנאים אלו. כאשר חומרים עוברים סוג זה של משטר בדיקה קפדני, הם שומרים על תכונות הניגב שלהם גם מול תנועות דחיסה ושחרור מתמשכות שיפסלו חלופות זולות יותר.
הקטנת עיקר השברוק ההיברידית באמצעות סיליקה מעופשת המש reinforced בסיליקון
כאשר חתמות נמעכות לצמיתות לאחר הסרת הלחץ, אנו מכנים זאת 'איבוד דחיסה', ובהתבסס על כך נגרמים רוב הכשלים לטווח הארוך ביישומי החיתוך. הוספת ננו-חלקיקים של זכוכית שיליקה לסilikון יוצרת סוג של רשת תמיכה פנימית שמפחיתה בעיות של איבוד דחיסה בכ-40 אחוז בהשוואה לחומרים רגילים. תערובות מחוזקות אלו שומרות על צורתן ועל גמישותן גם לאחר אלפי מחזורי דחיסה, ולכן ממשיכות לשמור על חותם עמיד בפני מים גם תחת רעדים מתמשכים ומתחים שכיחים במנועי סירות וצמדים תת-ימיים. יתרון נוסף נובע מאופן שבו המבנים הננו-סקאלריים הללו מתמודדים עם קרעים מיקרוסקופיים במהלך אירועים של דחיסה קיצונית. מבחני שטח מראים שחלקים המיוצרים באמצעות טכנולוגיה זו עמידים עוד 3 עד 5 שנים נוספות בסביבות מים מלוחים לפני צורך בהחלפה.
עמידות לטווח ארוך: עמידות בפני קרינת UV, ערפל מלח וחמצון קורוזיבי
הידרדרות UV לעומת תקיפת כלוריד חמצני: ניתוח סיבת השורש של כשל בחריץ
מסגרות סיליקון ימיות נוטות להידרדר בעיקר באמצעות שני תהליכים: אחד הנגרם מאור UV והשני מחשיפה לכולוריד. כאשר הם מתגלים לשמש לאורך זמן, הקרינה על-סגולית פוגעת בקשרי הפולימרים שבפני השטח. זה גורם לבעיות כמו שינוי צבע, התהדרדות עם הזמן, וצמיחת סדקים קטנים שבסופו של דבר מאפשרים למים לחדור. הבעיה השנייה נובעת מהמלח באוויר. אדים של מלח חודרים לחומר ומתחילים תגובות כימיות ברמה מולקולרית. מה קורה לאחר מכן? החומר מתנפח, מאבד את יכולתו לשמור על דחיסה, ומזדקן הרבה יותר מהר בחיבורים תת-ימיים. מבחני תעשייה בהתאם לתקנים כמו ASTM G154 לחשיפת UV מראים שנituch הכוח של פני השטח יורד בכ-40% לאחר כ-2,000 שעות תחת מנורות UV. במבחני אדי מלח לפי ASTM B117, יצרנים מגלים שחשיפה לכולוריד מקטינה את האלסטיות של החומר בכ-58% באזורים עם ריכוז גבוה של מלח. המספרים האלה חשובים כי הם עוזרים לחזות כמה זמן החתימות האלו יחזיקו לפני שיידרשו להחלפה.
שמירה מוכחת: 98.7% עמידות במתיחה לאחר 5,000 שעות של גילון QUV-B + אדים מלחמיים
リング סיליקון איכותיים מציגים עמידות חסרת תחרות בתנאי לחץ ימיים ממושכים. אימות עצמאי מאשר שמירה על 98.7% עמידות במתיחה לאחר 5,000 שעות חשיפה מחזורית ל-QUV-B (UV) ולאדים מלחמיים – שמאפשרת עקיפה של חלופות כמו EPDM בשיעור של יותר מ-30%. פרוטוקול הבדיקה דמה תנאים קיצוניים:
- קרינת UV בעוצמה של 0.55 וואט/מ"ר (340 ננומטר)
- ריכוז גזם מלח: 5% NaCl
- מחזור חום בין 50°C (שלב UV) ל-35°C (אדים מלחמיים)
חיזוק באמצעות סיליקה מפותלת מתקדמת מגביל את תנועת שרשרת הפולימרภายใตלחץ חמצוני, ומפחית למינימום את עמדת הכיווץ. יציבות מולקולרית זו מבטיחה שמירה מתמשכת על כוח החיבורים בהידוקים של גוף הספינה ובציוד הגג גם לאחר עשורים של שירות.
יישומים ימיים מרכזיים של פתרונות רינג עמידים למים
חיבורים סיליקוניים ממלאים תפקיד חשוב בהחזקת ציוד ימי חסין למים כאשר הם נתונים לתנאים קיצוניים של מים מלוחים. עליהם לשמור על צורתם ולעמוד בדחק מול התפרקות ברמה המולקולרית גם לאחר שנים של לחץ מתמיד. לסירות, החותמים הללו חיוניים לצורך חדירות בתהום כמו צירי מדחפים ותקעים אחרים היוצרים פתח בתהומה. ללא איטום תקין באזור זה, מים ייכנסו פנימה ויפגינו את היכולת של הסירה להשאר אופקית בעת תנועה בגליים טורבוליים. בתוך תאי המנוע, חיבורים סיליקוניים יוצרים מחסומים סביב אזורי רגישים כגון כיסויי שסתומים ומערכות עישן. חלקים אלו נחשפים הן לשמן והן לטמפרטורות קיצוניות שמתפרסות מהקפאיה ועד לחום חריף. על הסיפון, ניתן למצוא אותם מאטמים מכשירי ניווט וחצצים בכדי שלא יפגעו מפגיעת השמש או יחלידו עקב גלישה ימית. יצרני סירות סומכים גם על חיבורים אלו עבור משאבות בייג' (Bilge), התקני סונר וחיבורים במערכות בילאסט. הסיבה? סיליקון אינו מתפרק במגע עם מים, מה שמונע תגובות כימיות מסוכנות בין מתכות שונות מתחת למים.
שאלות נפוצות
למה נבחרים חתמים מסיליקון על פני חותמים רגילים מ каучוק ביישומים ימיים?
נבחרים חתמים מסיליקון בשל עמידותם הגבוהה יותר בפני מים מלוחים, מחזורי טמפרטורה, חשיפה ל-UV ולחצי oxidativיים. בניגוד לחותמים מ каучוק רגילים, חומרי סיליקון שומרים על שלמותם בסביבות ימיות קשות.
כיצד מתפקדים חתמים מסיליקון תחת שינויי לחץ דינמיים?
リングות סיליקון עוברות בדיקות קפדניות לפי תקנים כמו ASTM D412/D2240 כדי לעמוד בשינויי לחץ דינמיים, ומבטיחות שהן שומרות על תכונות החסינות למים גם במהלך שינויים מתמשכים בגאות ושפל.
איך פועל הסיליקה המפותעת (fumed silica) לשיפור חתמי סיליקון?
סיליקה מפותעת מחזקת את המבנה הפולימרי של הסיליקון, ומקטינה את קצב הקומפרסיה ב-40% לעומת חומרים רגילים. חדשנות זו עוזרת לחתמים ימיים לשמור על צורתם ועל גמישותם תחת לחץ ממושך ורטיטים.
כיצד עמידים חתמים מסיליקון בפני התדרדרות הנגרמת מאשלי הגבה והמלחה?
חיבורים מסיליקון מעוצבים כדי לעמוד בפירוק פולימרי הנגרם על ידי קרינת UV ובנפיחות מטפטוף מלח, ושומרים על עד 98.7% מכוח המשיכה לאחר חשיפה ממושכת בפרוטוקולי בדיקה.
