Теплостійка гумова шайба: застосування в промислових печах

Чому термостійкі гумові прокладки виходять з ладу через неправильний вибір матеріалу

Термічні напруження та пошкодження ущільнень у складальних одиницях дверей і фланців пічок

Коли промислові печі постійно піддаються циклам нагрівання, гумові прокладки з часом значно зношуються. Йдеться про температури, які стрибають від кімнатної аж до понад 260 градусів Цельсія, а потім багаторазово охолоджуються. Згідно з деякими науковими дослідженнями щодо ущільнень, такий режим експлуатації починає спричиняти утворення мікротріщин уже протягом півроку. Найчастіше тріщини утворюються в місцях концентрації тиску, особливо коли існує невідповідність у розширенні металевих деталей та гумових прокладок під час нагрівання. Що відбувається далі? Ущільнення між фланцями послаблюється. Тепло починає сильніше витікати, що призводить до погіршення ефективності роботи печі (ефективність знижується на 12–18 %), а безпека стає більшою проблемою для операторів установки.

Деградація за стисненням понад 150 °C: як це порушує довготривалу цілісність гумових прокладок

Постійна робота при температурі понад 150 °C запускає необоротний розпад полімерних ланцюгів — так званий компресійний сет — що призводить до постійної втрати пружності. При 200 °C стандартні еластомери втрачають 40–60 % здатності до відновлення всього за 500 годин роботи (за тестом ASTM D395). Ця деформація створює нерівні поверхні ущільнення, що дозволяє:

• Накопичувальна втрата тепла (>15% втрат енергії)
• Зростання частоти заміни утричі
• Проникнення забруднювачів у харчових середовищах
  Оскільки деградація відбувається непомітно, вибір матеріалу має враховувати довгострокову експлуатаційну здатність, а не лише витримування пікових температур.

Порівняння ключових матеріалів гумових шайб для промислових печей

Шайби з силіконового гумового матеріалу: висока гнучкість і періодична стабільність до 300 °C

Силіконові гумові прокладки добре витримують високу температуру в печах, які періодично вмикаються та вимикаються. Хімічна структура силікону залишається еластичною навіть при температурі до -60 градусів Цельсія і пікових значеннях близько 300 градусів Цельсія під час короткочасного нагрівання. Це означає, що дверцята щільно закриваються навіть після багатьох циклів нагрівання та охолодження. Випробування показали, що після впливу температури 200 градусів Цельсія силікон втрачає лише близько 15% своєї форми згідно зі стандартами ASTM, що робить його стійкішим до постійного деформування порівняно з іншими матеріалами. Однак є один недолік: якщо ці прокладки довго перебувають на пару при температурі понад 150 градусів Цельсія, вони починають хімічно руйнуватися. Це стає серйозною проблемою в умовах, де потрібно регулярно проводити стерилізацію або очищення з високим рівнем вологості.

Гумові прокладки Viton® (FKM): стійкість до хімічних речовин і постійна робота при 204°C (400°F)

У випадках, коли високі температури поєднуються з агресивними хімічними речовинами, ущільнювальні кільця з фторполімеру Viton® вирізняються серед конкурентів. Унікальний зв'язок фтору з вуглецем у матеріалі дозволяє йому працювати безперервно навіть при 204°C, не руйнуючись під дією олій, різних кислот, розчинників та непростих каталітичних газів-відходів. Візьмемо, наприклад, каталітичні печі. Після 1000 годин роботи в таких кислотних умовах ці кільця все ще зберігають близько 90% своєї первісної міцності на розрив. Це приблизно втричі краще, ніж зазвичай спостерігається у силікону, згідно з технічними характеристиками DuPont. Для промислових застосувань, таких як печі для загартування металу, які регулярно стикаються з парами гасильного масла та середовищем підтискованої пари, таку міцність сьогодні не може зрівнятися жоден інший матеріал на ринку.

EPDM гумові ущільнювальні кільця: економічно вигідні лише нижче 150°C — ризики термоокислення при тривалій роботі в печах

EPDM-прокладки економічно добре працюють у застосунках для ущільнення, але лише за умови, що температура не перевищує приблизно 150 градусів Цельсія. Їх стійкість до озону та пари забезпечується насиченою хімічною структурою, однак вони починають швидко руйнуватися, якщо температура піднімається вище цього порогу. Згідно з останніми дослідженнями Rubber World за 2023 рік, ці прокладки втрачають понад 40 відсотків пружності після приблизно 500 годин роботи за температур, що перевищують 160 градусів Цельсія. Це призводить до утворення тріщин на поверхні й, зрештою, до виходу з ладу ущільнень у місцях, де особливо важливе теплове навантаження, наприклад, у пекарських печах. Для вторинних компонентів, таких як з'єднання повітроводів, EPDM все ще цілком підходить. Однак ті, хто спробує використовувати його як основний матеріал для ущільнення дверей або фланців печей, найімовірніше, зіткнуться з проблемами в майбутньому.

Узгодження специфікацій гумових прокладок із реальними умовами промислових печей

Печі для обробки харчових продуктів: гумові ущільнювальні кільця з силікону, що забезпечують герметичність та вакуумну цілісність відповідно до вимог FDA

Гумові ущільнювальні кільця з силікону відповідають стандартам FDA 21 CFR 177.2600 щодо матеріалів, які контактують із харчовими продуктами, що робить їх ідеальними для застосування під час випікання, жаріння та вакуумного пакування в промислових печах. Ці кільця можуть витримувати процеси парової очистки з температурою до 150 градусів Цельсія короткочасно, не виділяючи шкідливих речовин. Особливо вражає їхня здатність зберігати форму з часом. Після перебування при температурі 177 градусів Цельсія протягом 168 безперервних годин вони демонструють стиснення лише близько 15%. Ця властивість означає, що вони продовжують забезпечувати потрібний тиск навіть після багаторазового відкривання та закривання дверцят печі. Для виробників м’ясних продуктів або випічки така стабільність є абсолютно необхідною, оскільки допомагає зберігати належне вакуумне ущільнення та запобігає потраплянню небажаних мікроорганізмів у паковані продукти протягом усього циклу виробництва.

Металеві термопечі та каталітичні печі: ущільнення з гуми Viton® стійкі до пари, масляних випарів та кислотних газів

Ущільнення з Viton® (FKM) витримують постійну роботу при температурі близько 204°C у важких умовах термічної обробки. Вони добре протистоять проблемам, таким як набрякання або затвердіння через масляний туман під час загартування, кислі вихлопні гази та потужні струмені пари, що часто трапляються під час операцій з відпуску алюмінію та на установках очищення вихлопів. Після перебування близько 1000 годин при температурах до 230°C ці ущільнення все ще зберігають свою форму з менш ніж 20% залишковою деформацією стискання. Це означає, що вони забезпечують надійне ущільнення навіть у жорстких умовах, насичених токсинами або під тиском. Крім того, їхня здатність витримувати раптові зміни температури допомагає запобігти утворенню тріщин, коли холодні деталі поміщають у гарячі камери з температурою близько 400°F.

Критичні нетемпературні фактори при виборі та встановленні гумових ущільнень

Коли йдеться про термін служби ущільнень, температура не завжди є головним фактором. Не менш важливим, а то й більш значущим, є хімічна стійкість. Багато промислових умов передбачають вплив агресивних хімічних речовин, які з часом руйнують обладнання. Мова йде про луги, органічні розчинники, які всім відомі, чи кислотні сполуки, що утворюються під час харчового виробництва та обробки металів. Ці речовини можуть руйнувати матеріали навіть за умови, коли температура перебуває в допустимих межах. Візьмемо, наприклад, каталітичні парові печі — вони дійсно потребують матеріалів, стійких до руйнування під впливом водних реакцій. А потім існує проблема кислотних вихлопних систем, для яких потрібні спеціальні полімери, такі як Viton, що не плавляться в кислотних умовах. Правильний вибір матеріалу має величезне значення для витрат на технічне обслуговування та загального терміну експлуатації обладнання.

Фактори навколишнього середовища, зокрема ультрафіолетове випромінювання та озон, також руйнують еластомери, особливо поблизу вентиляційних шафтів або пічок, встановлених на вулиці. Хоча силікон відрізняється чудовою стійкістю до озону (відповідно до ASTM D1149), він швидко набухає у рідинах на основі нафти. Навпаки, матеріал Viton® стійкий до мастил, але погано витримує тривалі умови з високим вмістом пари.

Правильне виконання монтажу має таке саме значення, як і всі інші аспекти. Коли фланці стискаються надто щільно під час складання, виникає так званий передчасний стиск, що може зменшити зусилля ущільнення майже вдвічі, згідно зі стандартами ASTM. Ключовим моментом тут є застосування правильного крутного моменту, величину якого необхідно коригувати залежно від твердості шайби та її фактичної товщини. Це допомагає запобігти таким проблемам, як витиск матеріалу або постійні зміни форми. Для подальшого технічного обслуговування обов’язкові регулярні перевірки. Звертайте увагу на ознаки, такі як утворення тріщин на поверхні, зміна твердості матеріалу (вимірюється в одиницях Shore A) та затримка відновлення первісної форми після зняття навантаження. Це сигнали попередження про те, що система може вийти з ладу, якщо не усунути проблеми вчасно.

Ключові міркування включають:

• Хімічний профіль дії (кислоти, луги, розчинники, пар)
• Необхідна допускова деформація стиснення при постійному навантаженні
• Рейтинги стійкості до УФ/озону відповідно до ASTM D1149
• Специфікації крутного моменту підібрані відповідно до твердості за Шором і геометрії шайби

ЧаП

Чому відбувається вихід з ладу термостійких гумових шайб?

Термостійкі гумові шайби виходять з ладу переважно через теплове навантаження, неправильний вибір матеріалу та хімічний вплив. З часом ці фактори призводять до утворення тріщин, зниження пружності та порушення герметичності.

Що таке деградація від стиснення і які її наслідки?

Деградація від стиснення виникає, коли гума втрачає пружність після тривалого впливу високих температур, що призводить до постійної деформації. Це може призвести до нерівних поверхонь ущільнення та збільшити ймовірність витоків.

Чому силіконова гума є найкращим вибором для печей у виробництві харчових продуктів?

Гумові шайби з силікону відповідають стандартам FDA, забезпечуючи безпечний контакт з харчовими продуктами. Вони зберігають форму навіть після багаторазових циклів нагрівання та витримують парове очищення, не виділяючи шкідливих речовин.

Що робить гумові шайби з Viton® придатними для печей для загартування металу?

Ущільнення з Viton® стійкі до високих температур, олій і кислотних умов, що робить їх ідеальними для важких умов термічної обробки. Вони зберігають свою форму та ущільнювальні властивості навіть після тривалого впливу агресивних середовищ.

Наскільки важливе правильне встановлення гумових ущільнень?

Правильне встановлення має вирішальне значення, щоб уникнути таких проблем, як передчасне стиснення та витікання матеріалу. Це передбачає застосування правильного моменту затягування залежно від твердості та товщини ущільнення, щоб забезпечити оптимальне зусилля ущільнення.