Водонепроникна силіконова прокладка: застосування в морському обладнанні

Чому матеріали водонепроникних силіконових прокладок домінують у морських ущільненнях

Постійні витоки в з'єднаннях, підданих дії солоної води

Солона вода жорстоко діє на морське обладнання, особливо на ті старі гумові ущільнення, які більше не справляються зі своїми функціями. Підводні частини, що контактують із морською водою, спричиняють проблеми для матеріалів, таких як EPDM та нітрильна гума. Ці гуми розпухають, вбираючи солону воду, іноді збільшуючись у розмірах аж на 15 відсотків, перш ніж повністю руйнуються. Наступні наслідки також дуже погані. Розпухання створює мікротріщини між компонентами, що призводить до постійних протікань у рухомих частинах, зокрема валів гвинтів і люків. Ще гірше те, що сіль з часом накопичується всередині цих матеріалів. При постійній зміні вологих і сухих умов сіль фактично прискорює процес утворення тріщин. Усе це призводить до серйозніших проблем у майбутньому: електричні системи виходять з ладу, підшипники іржавіють, а судна втрачають здатність нормально триматися на плаву. Згідно з журналом Marine Engineering Journal минулого року, близько третини всіх аварій у морі пов’язані саме з такими пошкодженнями ущільнень. Щоб вирішити цю проблему, потрібні нові матеріали, спеціально розроблені для стійкості до іонів і здатні зберігати свою форму навіть після кількох місяців перебування під водою.

Молекулярна стабільність силіконових полімерів за гідролітичного та термічного навантаження

Причина, чому силікон так вирізняється, полягає в його спеціальній неорганічній структурі силоксанового каркасу Si-O-Si, яка просто не руйнується під дією води, на відміну від звичайних органічних гум. Вуглецеві матеріали мають схильність руйнуватися під впливом морської води через їхні слабші зв'язки, тоді як силікон витримує надзвичайно добре. Міцність зв'язку тут становить близько 444 кДж/моль, що означає, що ці молекули залишаються цілими навіть при тривалому перебуванні у киплячих сольових розчинах. Що ж означає вся ця хімія на практиці? Це означає, що матеріали зберігають свою цілісність значно довше за важких умов порівняно з альтернативами.

Гідрофобні метильні групи, що оточують силіконовий каркас, відштовхують молекули води, запобігаючи пластифікації. У поєднанні з незначним поглинанням іонів хлориду ця хімія дозволяє силіконовим прокладкам зберігати стиснення ущільнення під час теплових ударів — критично важливо для колекторів двигунів, які працюють у температурному діапазоні від морської води при 4°C до робочої температури 180°C.

Ефективність ущільнення: підтвердження водонепроникності в реальних умовах

Поза статичним зануренням: циклічне динамічне занурення (0–5 м, понад 72 год) за ASTM D412/D2240

Океан — це не лише про те, щоб тримати воду поза межами; тут потрібні матеріали, здатні витримувати реальні навантаження. Статичні тести на занурення дають нам початкову точку для оцінки продуктивності, але справжнє випробування полягає у відповідності стандартам ASTM D412/D2240, які докладно перевіряють матеріали силіконових прокладок за допомогою моделювання припливних перепадів тиску, еквівалентних глибинам від рівня поверхні до 5 метрів протягом трьох повних днів або більше. Ці тести імітують реальні підводні умови, де хвилі постійно накочуються, а глибина безперервно змінюється. Згідно з різними гідродинамічними науковими дослідженнями, близько восьми з десяти випадків виходу з ладу ущільнень у морському обладнанні відбуваються саме через ці умови. Коли матеріали витримують такий жорсткий тестовий режим, вони зберігають свої водонепроникні властивості незважаючи на постійні цикли стискання та розширення, які зруйнували б дешевші аналоги.

Гібридне зменшення залишкової деформації стиснення за допомогою силікону, армованого пірозваженим силіцієм

Коли ущільнення постійно деформуються після зняття тиску, це називається втисканням, і саме ця проблема призводить до більшості довготривалих відмов у застосуванні ущільнень. Додавання наночастинок плавленого силіката в структуру силіконового полімеру створює внутрішню опорну мережу, яка зменшує проблеми втискання приблизно на 40 відсотків порівняно зі звичайними матеріалами. Ці посилені гібриди зберігають свою форму та гнучкість навіть після тисяч циклів стиснення, тому вони забезпечують герметичність навіть за умов постійних вібрацій і напружень, характерних для суднових двигунів і підводного обладнання. Ще одна перевага полягає в тому, як ці наноструктури протидіють мікротріщинам під час інтенсивних подій стиснення. Польові випробування показали, що деталі, виготовлені за цією технологією, служать на три-п'ять років довше в солоні водному середовищі перед заміною.

Довготривала міцність: стійкість до УФ, соляного туману та окислювальної корозії

Деградація під дією УФ-випромінювання проти окислювальної хлоридної атаки: аналіз первинних причин виходу з ладу ущільнення

Морські силіконові ущільнення зазвичай погіршуються через два процеси: один спричинений ультрафіолетовим світлом, інший — впливом хлоридів. При тривалому впливі сонячного світла ультрафіолетове випромінювання фактично руйнує полімерні зв'язки на поверхні. Це призводить до таких проблем, як потемніння, крихкість із часом та утворення мікротріщин, крізь які згодом може просочуватися вода. Інша проблема пов’язана з сіллю в повітрі. Сольовий туман проникає в матеріал і запускає хімічні реакції на молекулярному рівні. Що відбувається далі? Ущільнення набрякає, втрачає здатність утримувати стискання і значно швидше старіє у підводних з’єднаннях. Промислові випробування за стандартами, такими як ASTM G154 для впливу УФ-випромінювання, показують, що міцність поверхні знижується приблизно на 40% після близько 2000 годин під УФ-лампами. За результатами випробувань на сольовий туман за ASTM B117 виробники виявляють, що вплив хлоридів зменшує еластичність матеріалу майже на 58% у районах із високим вмістом солі. Ці цифри важливі, оскільки допомагають передбачити термін служби таких ущільнень до їх заміни.

Перевірена стійкість: 98,7% міцності на розтяг після 5000 годин УФ-В + старіння в соляному тумані

Преміальні силіконові ущільнення демонструють неперевершену довговічність у складних морських умовах. Незалежне підтвердження показало збереження 98,7% міцності на розтяг після 5000 годин циклічного впливу УФ-В (ультрафіолет) та соляного туману — що перевершує альтернативи, такі як ЕПДМ, більш ніж на 30% за показниками ефективності. Протокол тестування моделював екстремальні умови:

• Ультрафіолетове випромінювання 0,55 Вт/м² (340 нм)
• Концентрація сольового розпилювання: 5% NaCl
• Термоциклування між 50°C (фаза УФ) та 35°C (сольовий туман)

Сучасне армування пірогенним кремнеземом обмежує рухомість полімерних ланцюгів під дією окислювального напруження, мінімізуючи залишкову деформацію стиснення. Ця молекулярна стабільність забезпечує постійне збереження зусилля ущільнення в корпусних проходах та палубному обладнанні протягом десятиліть експлуатації.

Основні морські застосування водонепроникних силіконових ущільнень

Силіконові ущільнення відіграють важливу роль у забезпеченні водонепроникності морського обладнання в умовах постійного впливу агресивної морської води. Вони повинні зберігати свою форму та протистояти руйнуванню на молекулярному рівні навіть після багатьох років постійного тиску. Для човнів ці ущільнення є життєво важливими для проникнень крізь корпус, таких як вали гвинтів та інші фітинги, які проходять крізь корпус. Без належного ущільнення вода потрапила б всередину і порушила здатність човна залишатися на плаву під час руху через хвилювання. У моторних відсіках силіконові ущільнення створюють бар'єри навколо чутливих ділянок, таких як кришки клапанів і вихлопні системи. Ці деталі піддаються впливу як масла, так і екстремальних температур — від лютого холоду до спекотного жару. На палубі їх використовують для ущільнення навігаційних приладів і люків, щоб ті не псувалися від сонячного випромінювання чи корозії через морський спрей. Виробники човнів також покладаються на ці ущільнення для помп для відкачування трюмної води, пристроїв ехолокації та з’єднань у системах баласту. Чому саме силікон? Тому що він не руйнується у воді, запобігаючи небезпечним хімічним реакціям між різними металами під водою.

ЧаП

Чому у морських застосунках силиконові прокладки вважаються кращими за традиційні гумові ущільнення?

Силиконові прокладки вважаються кращими завдяки їхньому високому опору до солоної води, перепадів температур, УФ-випромінювання та окисного напруження. На відміну від традиційних гумових ущільнень, силиконові матеріали зберігають свою цілісність в умовах жорсткого морського середовища.

Як поводять себе силиконові прокладки при динамічних змінах тиску?

Силиконові прокладки проходять суворі випробування за стандартами ASTM D412/D2240, щоб витримувати динамічні зміни тиску, забезпечуючи збереження водонепроникних властивостей під час постійних припливів і відпливів.

Яку роль відіграє пирогенний силікат у покращенні властивостей силиконових прокладок?

Пирогенний силікат зміцнює полімерну структуру силикону, зменшуючи залишкову деформацію стиснення до 40% порівняно зі звичайними матеріалами. Ця інновація допомагає морським прокладкам зберігати форму та еластичність під тривалим тиском і вібраціями.

Як силиконові прокладки протистоять деградації під дією УФ-випромінювання та соляного туману?

Силіконові ущільнення розроблені так, щоб протистояти деградації полімерів під впливом УФ-випромінювання та набряканню через соляний туман, зберігаючи до 98,7% міцності на розрив після тривалого впливу за результатами тестування.