درجة الحرارة ليست مجرد رقم في ورقة البيانات

قد يبدو مانع التسرب الفعال جيدًا في الظروف المحيطة، ولكنه قد يفشل في البرد أثناء بدء التشغيل في الشتاء، أو إيقاف التشغيل الساخن، أو بعد دورات التشغيل. تؤثر درجة الحرارة على كيفية تصلب المواد وسهولة استعادتها لشكلها بعد التشوه، بالإضافة إلى تغيير سرعة استرخائها تحت الضغط وقابليتها للتقادم، والمتغيرات المحيطة مثل السائل والضغط والمكونات. يحدد معيار ISO 5119:2023 اختبار حلقات منع التسرب الثابتة عند درجة حرارة منخفضة باستخدام غاز مضغوط. لا يحدد هذا المعيار معايير قبول المنتج، بل يترك للمورد والعميل تحديد مستوى جودة المنتج المقبول لديهما. ومع ذلك، ينص المعيار على أن أحد التكوينات لا يحدد الحد الأدنى لدرجة حرارة تكوين آخر.

تأثير البرودة والحرارة على المطاط الصناعي

يقلل البرد من مرونة المطاط وسرعة استعادته لشكله الأصلي، ويجعله هشًا. إذا تسبب الضغط في ثقب في مانع التسرب، فمن المرجح أن ينضغط المطاط أو يستعيد شكله ببطء شديد. هذا يعني أن التسريب قد يبدأ قبل أن يجف المطاط تمامًا، إذ يعتمد إحكام الغلق على التلامس الجيد وليس على الجفاف فقط.

يؤدي ارتفاع درجة الحرارة إلى تسريع الشيخوخة وفقدان القوة

قد تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى الأكسدة، والتشابك، وتفكك السلسلة، وفقدان الملدنات. وقد يصبح مانع التسرب صلبًا أو هشًا، أو حتى يتشقق؛ كما أن انخفاض قوة التلامس قد يتسبب في حدوث تسريبات، حتى لو كان الحجم مناسبًا.

تُضيف دورات التبريد والتدفئة حركةً إلى الجسم.

يتمدد المطاط والبلاستيك والمعادن بدرجات متفاوتة مما يؤدي إلى تغيير الضغط والفسحة. وتؤدي الدورة إلى درجة إضافية من التشوه وضغط بدء التشغيل وتغير اللزوجة - وبالتالي، قد يحدث الأسوأ أثناء الانتقال، وليس عند أي من نقاط التوقف.

NBR، EPDM، FKM والسيليكون: مقارنة أولية

تُعدّ نطاقات درجات حرارة مانع التسرب المطاطي من باركر مجرد تقديرات تقريبية. فهي تتغير بشكل كبير باختلاف الوسائط، كما تختلف الدرجات الخاصة أيضًا. لذا، إذا تم استخدام أي نطاق لدرجة حرارة مانع التسرب المطاطي مرة ثانية، فيجب إجراء الاختبار في ظروف التشغيل الفعلية.

NBR: جيد للزيوت، لكن حدوده في درجات الحرارة المنخفضة تعتمد على التركيبة.

تُعدّ موانع التسرب المطاطية من نوع NBR منتجات اقتصادية توفر توازناً جيداً مع مختلف أنواع الزيوت والوقود. يُحسّن المحتوى العالي من الأكريلونيتريل مقاومة مانع التسرب للسوائل، ولكنه في الوقت نفسه يُقلّل من كفاءته في الظروف الباردة، لذا قد تختلف موانع التسرب المطاطية من نوع NBR ذات الصلابة نفسها في الأداء.

لا يقتصر تأثير التعرض لدرجات حرارة مرتفعة على زيادة الصلابة والتصلب فحسب، بل يجب اختبار مادة منع التسرب بالزيت والمواد المضافة، وفترة التوقف، وعمرها الافتراضي في الاختبار المخطط له. ولا يكفي إجراء اختبار سريع في الفرن لتحديد المدة اللازمة بين عمليات استبدال منع التسرب.

EPDM: مقاوم للماء والعوامل الجوية - ليس زيت بترولي

تتميز موانع التسرب المطاطية المصنوعة من مادة EPDM بمزيج جيد من المرونة في درجات الحرارة المنخفضة ومقاومة الأوزون، كما أنها مقاومة للعوامل الجوية والعديد من السوائل المائية. ورغم إمكانية استخدام EPDM في العديد من التطبيقات المائية والخارجية، إلا أن الماء والبخار في درجات حرارة مرتفعة قد يُحدثان تغييرات تبعًا لنوع المادة المستخدمة.

تُعدّ الزيوت البترولية والوقود من أكبر أعدائها. وبدون معرفة التفاصيل، قد يتضخم أحد موانع التسرب المطاطية المصنوعة من مادة EPDM، بينما يفقد مانع تسرب آخر بعض خصائصه، حتى لو كان كلا المانعين ضمن حدود درجة الحرارة المسموح بها. لذا، يجب مراقبة مواد التشحيم والمنظفات عن كثب، بالإضافة إلى تجنب أي تعرض عرضي لها.

مادة FKM: تتميز بخصائص فائقة في درجات الحرارة العالية وتوازن مثالي بين التشغيل البارد والتشغيل العادي.

تتحمل موانع التسرب المطاطية المصنوعة من مادة FKM التعرض للزيوت الساخنة وأنواع الوقود المختلفة والمحاليل الكيميائية. وفي أغلب الأحيان، تتفوق هذه الموانع على موانع التسرب المطاطية المصنوعة من النتريل عند درجات الحرارة العالية. وتُستخدم هذه المواد على نطاق واسع بالقرب من المحركات والمضخات والضواغط وفي معدات العمليات الصناعية.

تصبح موانع التسرب المطاطية المصنوعة من مادة FKM الشائعة صلبة بسرعة أكبر عند درجات الحرارة المنخفضة، بينما لا يمكن استبدال الأنواع المصممة لدرجات الحرارة المنخفضة بها. يجب اختبار موانع التسرب المطاطية المصنوعة من مادة FKM المستخدمة في التطبيقات الساخنة للتأكد من مقاومتها للبخار والأمينات والقواعد والسوائل الأخرى غير الشائعة، لأن مقاومة الحرارة لا تعني بالضرورة بقاء الخصائص الأخرى أو استمرار توافق المادة على المدى الطويل.

السيليكون: مرونة مذهلة في نطاق واسع من درجات الحرارة، محدودة بالأداء الميكانيكي

تحافظ موانع التسرب المصنوعة من مطاط السيليكون على مرونتها في مختلف درجات الحرارة. وهي تُسهم في منع التسرب الساكن، واستعادة درجة الحرارة عند التعرض للحرارة والبرودة، ومقاومة الحرارة الجافة. مع ذلك، فإن الادعاءات المتعلقة بالتنظيم أو النظافة يجب أن تستند إلى تركيبة موثقة، وليس إلى مظهر المادة.

نظراً لانخفاض خصائص مقاومة التمزق والتآكل والبثق، وكذلك بسبب خاصية نفاذية الغاز، يجب فحص مناطق الحركة والتآكل وفجوة الضغط بعناية بواسطة موانع التسرب المطاطية المصنوعة من السيليكون.

مثال على مشكلة حقيقية في درجات الحرارة المنخفضة: تسرب صمام الغاز الطبيعي المضغوط

في بداية الأمر، أصدرت جنرال موتورز نشرة بعنوان "16-NM-121" عبر الإدارة الوطنية لسلامة المرور على الطرق السريعة (NHTSA)، تناولت فيها تسرب غاز CNG في ظروف البرد القارس أو أثناء التزود بالوقود. يتمدد الغاز سريع التعبئة، مما يؤدي إلى انخفاض درجة حرارة الأجزاء إلى أقل من -40 درجة مئوية، وبالتالي تسربه عبر الحلقة المطاطية التي تصلبت بشدة.

وأفادت النشرة أيضًا أن التسرب توقف فوق -40 درجة مئوية منذ استعادة المرونة وأن المشكلة قد تتفاقم بسبب زيادة الضغط على الموزع؛ وإلى جانب عمليات فحص المحطة، تم تحديث الصمام عند الضرورة في حالة الأخير.

إن قضية جنرال موتورز هذه التي تم الكشف عنها علنًا ليست من إعداد ييدا. وهي تكشف أن درجة الحرارة المحيطة وحدها ليست دليلاً كافيًا عندما يؤثر تمدد الغاز والضغط ودرجة حرارة المعدن والاستعادة معًا على مانع التسرب.

الجمع بين تقييم الوسائط ودرجة الحرارة

تكون الأسطح الساخنة أكثر عرضة لتأثير السوائل، وقد يحدث انتفاخ أو امتصاص، بينما تصبح الأسطح الباردة أكثر لزوجة وتزداد قوة الشد عليها. إضافةً إلى ذلك، تختلف التركيبة من حالة لأخرى، وقد يُظهر نفس المادة سلوكًا مختلفًا تمامًا في الظروف القاسية مقارنةً بالظروف العادية. لذا، لا تعتمد أبدًا على بيانات التوافق إذا لم تكن على دراية بالظروف التي تتعامل معها!

ما تُظهره مواصفات درجة الحرارة مقابل ما لا تُظهره

وفقًا للمعيار ISO 3601-5:2015، يجب على المستخدمين والموردين الاتفاق على متطلبات خصائص المواد والاختبارات والعينات المطلوب إجراؤها. إن مجرد ذكر اسم البوليمر ودرجة صلابته ووصف عام للوح لا يكفي لوصف سلوك المادة المُغلّفة بعد الإنتاج.

إجراءات التحقق من درجة الحرارة لختم نهائي

يجب أن تُحاكي عملية التحقق الوضع تمامًا كما يحدث في الاستخدام الفعلي. قد لا يرصد التوقف البارد المستقر عملية التعافي أثناء الضغط، بينما قد يتجاهل الارتفاع السريع في درجة الحرارة استرخاء الإجهاد المعتمد على الوقت.

أ. اكتشف درجة حرارة الختم أثناء عمله فعليًا؛ لا فائدة من التظاهر، لأن درجات الحرارة المحيطة أو درجات حرارة الإمداد قد لا تتطابق معها.

ب. الحفاظ على المركب، والختم، والأخدود، والأجهزة، وطريقة تجميع مواد التشحيم عند نفس الحدود بالضبط، أي دون تغيير فيها.

ج. إخضاع أختام الإنتاج الكاملة لفترة الإقامة المطلوبة، ويفضل أن يكون ذلك باستخدام الوسائط الفعلية إن أمكن.

د. استخدم الأدوات ومواد التشحيم والأجهزة المصنعة كما هي للتجميعات التمثيلية.

هـ. تشغيل بدء التشغيل البارد، والتسخين، والإيقاف، والدوران في تسلسل الضغط أو الفراغ أو الحركة الصحيح.

و. قم بقياس التسريب أثناء اختبار الدورة الحرارية وليس فقط بعد انتهائها.

ز. ابحث عن علامات التصلب، وتغير الصلابة، والتشقق، والتورم، والبثق، وأضرار التركيب.

ح. قم بتوثيق الدفعات والإصدارات ثم قرر متى يلزم إعادة التحقق من صحة التعديلات التي أجريتها.

إرشادات للمشتري بشأن تشغيل مانع التسرب عند درجة حرارة محددة

التعاون مع داليان ييدا في اختيار المواد والتحقق من صحتها

تستطيع شركة داليان ييدا لمنتجات المطاط الدقيقة المحدودة تقييم التوافق مع مختلف الوسائط، ودورات الحرارة، وتاريخ الضغط والفراغ، وعوامل أخرى متعلقة بتصميم وتجميع مانع التسرب. يؤدي اختيار المجموعة المناسبة إلى تركيبة دقيقة وعملية مضبوطة.

أرسل الرسومات، ومعلومات حول موضع مانع التسرب، وقياسات هندسة مانع التسرب، وخصائص الوسط، ودورة الضغط/الفراغ، ومتطلبات العميل ومعاييره. لا يُسمح باستخدام ادعاءات أداء شركة ييدا إلا بعد الحصول على موافقة المشروع.

لن يكون المطاط ذو الرقم الأعلى هو الحل، بل المركب القادر على الحفاظ على قوة التلامس، واستعادة شكله، وسلامة المفصل في جميع الظروف الواقعية. قم بإجراء الفحص الأولي، ثم تأكد من المركب، وأخيرًا أخضعه لاختبار الدورة الكاملة.