การซีลเบาะนั่งแบบซิลิโคนเทียบกับ EPDM: ความแตกต่างในทางปฏิบัติที่เหนือกว่าพารามิเตอร์

องค์ประกอบการปิดผนึกอยู่ในสถานะบีบอัดล่วงหน้าเป็นเวลานาน รวมกับอิทธิพลของแรงดันปานกลางและอุณหภูมิสิ่งแวดล้อม การคืบคลาน (การเสียรูปช้าภายใต้ความเครียดระยะยาว) และความสามารถของชุดการบีบอัดของวัสดุจะเป็นตัวกำหนดโดยตรงว่าซีลบ่าวาล์วล้มเหลวหรือไม่ ความแตกต่างระหว่างทั้งสองเห็นได้ชัดเจนโดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาวะการรับแรงดันคงที่หรือความถี่สูงในระยะยาว ยางซิลิโคนทำงานได้ดีกว่าในการควบคุมการเสียรูปในระยะยาว ข้อมูลการทดลองแสดงให้เห็นว่าภายใต้เงื่อนไขการทดสอบที่ 70h×150℃ อัตราการเสียรูปถาวรของแรงอัดของซีลบ่าวาล์วซิลิโคนอยู่ที่ 15%-25% เท่านั้น ในขณะที่ซีลบ่าวาล์ว EPDM มีอัตราการเปลี่ยนรูป 25%-40% ที่อุณหภูมิต่ำกว่า (70h×100℃) ซึ่งหมายความว่าในสถานการณ์การปิดผนึกแบบคงที่ภายใต้อุณหภูมิสูง (เช่น วาล์วเครื่องมืออุณหภูมิสูงขนาดเล็ก ส่วนประกอบปั๊มไดอะแฟรมแบบปิดผนึก เครื่องกำเนิดไอน้ำขนาดเล็ก) ซิลิโคนสามารถรักษาความสามารถในการคืนตัวแบบยืดหยุ่นได้เป็นเวลานาน แม้ภายใต้แรงกดดันเป็นเวลานาน และมีโอกาสน้อยที่จะทำให้ช่องว่างการปิดผนึกที่แม่นยำเพิ่มขึ้นอย่างมากเนื่องจากการเสียรูปถาวร ความเสถียรของพันธะซิลิคอน-ออกซิเจนในโครงสร้างโมเลกุลทำให้วัสดุมีโอกาสน้อยที่จะแตกหักของสายโซ่โมเลกุลหรือลื่นไถลภายใต้ความเครียดอย่างต่อเนื่อง โดยมีอัตราการคืบต่ำกว่า EPDM อย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งเป็นไปตามข้อกำหนดการปิดผนึกที่แม่นยำของบ่าวาล์วขนาดเล็กและองค์ประกอบการซีลสำหรับวาล์ว ประสิทธิภาพการเสียรูปในระยะยาวของยาง EPDM จะได้รับผลกระทบจากตัวกลางในการทำงานมากกว่า ในสภาพแวดล้อมที่ชื้นและร้อน (เช่น วาล์วน้ำร้อน ท่อไอน้ำ) ซีลที่นั่ง EPDM มีความต้านทานไอน้ำที่ดีเยี่ยม (อัตราการดูดซึม < 1%) และความเสถียรในการเปลี่ยนรูปยังดีกว่าซิลิโคนเนื่องจากมีการขยายตัวเล็กน้อยเมื่ออยู่ภายใต้แรงกดดัน อย่างไรก็ตาม เมื่อสัมผัสกับตัวกลางที่ไม่มีขั้ว เช่น น้ำมันแร่ EPDM จะได้รับการขยายตัวของปริมาตร (อัตราการขยายตัว > 50%) และการเสียรูปนั้นไม่สามารถกลับคืนสภาพเดิมได้หลังจากแรงดันในระยะยาว ซึ่งสร้างความเสียหายโดยตรงต่อโครงสร้างการซีล นอกจากนี้ ความสามารถในการคืนรูปของ EPDM นั้นมีความไวต่ออุณหภูมิ และจะแข็งตัวและแตกร้าวที่อุณหภูมิสูงกว่า 100°C ซึ่งจำเป็นต้องเติมสารต้านอนุมูลอิสระเพื่อขอความช่วยเหลือ มิฉะนั้นความสามารถในการควบคุมการเสียรูปภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูงในระยะยาวจะลดลงอย่างรวดเร็ว

แกนหลักของการปิดผนึกบ่าวาล์วคือความสมบูรณ์ของเส้นการปิดผนึก (พื้นผิวสัมผัสระหว่างแกนวาล์วและบ่าวาล์ว) และความสามารถในการกักเก็บนั้นขึ้นอยู่กับความต้านทานการสึกหรอของวัสดุ ความต้านทานการฉีกขาด และการทำงานร่วมกันของการกู้คืนแบบยืดหยุ่น แทนที่จะเป็นพารามิเตอร์ความแข็งตัวเดียว ความแตกต่างด้านประสิทธิภาพระหว่างวัสดุทั้งสองมีความสำคัญภายใต้ความถี่การเปิดและปิดที่แตกต่างกันและสภาพแวดล้อมปานกลาง ยาง EPDM มีข้อได้เปรียบมากกว่าในการต้านทานการสึกหรอของเส้นซีล ช่วงความแข็งฝั่งอยู่ที่ 40-90 โดยมีความต้านทานแรงดึง 10-20 MPa อัตราการยืดตัวของการแตกหัก 300%-600% และในวาล์วขนาดเล็กที่แม่นยำซึ่งมีการเปิดและปิดบ่อยครั้ง (เช่น Mini Sealed Valve, วาล์วปิดที่มีความแม่นยำขนาดเล็ก, วาล์วประตูที่มีความแม่นยำเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดเล็ก, วาล์วควบคุมทิศทาง) ซีลเบาะนั่ง EPDM สามารถต้านทานการสึกหรอจากการเสียดสีระหว่างแกนวาล์วและบ่าวาล์วได้อย่างมีประสิทธิภาพ และมีโอกาสน้อยที่จะ ทำให้เกิดปัญหาเช่นรอยขีดข่วนหรือการฉีกขาดในแนวการซีลที่แม่นยำ ในกลางแจ้งหรือสภาพแวดล้อมที่มีความเข้มข้นของโอโซนสูง (เช่น วาล์วของไหลที่มีความแม่นยำขนาดเล็ก) แม้ว่า EPDM จะต้องเติมสารต้านโอโซแนนท์ เนื่องจากความอิ่มตัวของสายโซ่โมเลกุล เส้นการปิดผนึกจึงมีโอกาสน้อยที่จะแตกร้าวเนื่องจากการกัดเซาะของโอโซน และการยึดเกาะจะยังคงอยู่อย่างต่อเนื่องมากขึ้น ซึ่งเป็นไปตามข้อกำหนดการปิดผนึกของบ่าวาล์วที่มีความแม่นยำขนาดเล็ก ข้อดีของยางซิลิโคนในสายการปิดผนึกอยู่ที่แรงเสียดทานต่ำและการยึดเกาะที่อุณหภูมิต่ำ ช่วงความแข็งยังต่ำกว่า (20-80 Shore A) และการเปลี่ยนแปลงความยืดหยุ่นจะมีเพียงเล็กน้อยที่อุณหภูมิต่ำ ยังคงสามารถรักษาค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีต่ำได้ที่ -50°C ทำให้เหมาะสำหรับวาล์วอุณหภูมิต่ำที่ไม่ต้องหล่อลื่น (เช่น วาล์วในระบบโซ่เย็น) เส้นซีลสามารถยึดติดกับพื้นผิวแกนวาล์วได้อย่างใกล้ชิด และไม่น่าจะสูญเสียการสัมผัสเนื่องจากการชุบแข็งที่อุณหภูมิต่ำ อย่างไรก็ตาม ความต้านทานแรงดึงของยางซิลิโคนค่อนข้างต่ำ (เพียง 4-10 MPa) และความต้านทานการฉีกขาดก็อ่อนแอ หากสื่อมีสิ่งเจือปน (เช่น สนิมในท่อหรืออนุภาค) เส้นซีลมีแนวโน้มที่จะเกิดรอยขีดข่วน และเป็นการยากที่จะซ่อมแซมรอยขีดข่วนด้วยการกู้คืนแบบยืดหยุ่นหลังจากการใช้งานในระยะยาว ความสมบูรณ์ของเส้นการซีลยังเสียหายได้ง่ายเมื่อเวลาผ่านไป นอกจากนี้ ซีลซิลิโคนที่นั่งจะเกิดผงเล็กน้อยภายใต้รังสีอัลตราไวโอเลตในระยะยาว ส่งผลให้การยึดเกาะของเส้นซีลลดลง นี่เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในวาล์วภายนอกที่ไม่มีการป้องกัน

วาล์วอุตสาหกรรมมักเผชิญกับผลกระทบของความผันผวนของอุณหภูมิที่เกิดจากความแตกต่างของอุณหภูมิทั้งกลางวันและกลางคืนและการสลับระหว่างสตาร์ทและดับ วัสดุสามารถรักษาประสิทธิภาพการปิดผนึกในระหว่างการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างกะทันหันได้หรือไม่นั้น ขึ้นอยู่กับความต้านทานต่อความเปราะบางที่อุณหภูมิต่ำ ความเสถียร และประสิทธิภาพการพลิกกลับได้ภายใต้อุณหภูมิสูง ยางซิลิโคนมีความสามารถในการปรับตัวได้กว้างขึ้นต่อการปั่นแบบเย็นและร้อน และความทนทานต่อขีดจำกัดที่แข็งแกร่งขึ้น เกรดมาตรฐานมีช่วงอุณหภูมิ -60°C ถึง 200°C และยางซิลิโคนฟีนอลิกพิเศษสามารถเข้าถึงได้ต่ำถึง -100°C มีความทนทานต่ออุณหภูมิสูงในระยะสั้นถึง 250°C ในการหมุนเวียนของอุณหภูมิที่รุนแรง (เช่น วาล์วขนาดเล็กในการบินและอวกาศที่มี -40°C ถึง 180°C, วาล์วเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กในอุปกรณ์ทำความเย็นที่มีความแม่นยำ และส่วนประกอบของปั๊มไฮดรอลิกแบบปิดผนึกขนาดเล็ก) ซีลบ่าวาล์วแบบซิลิโคนยังคงสามารถรักษาความยืดหยุ่นและความสมบูรณ์ของเส้นการซีลได้ การทดลองแสดงให้เห็นว่ายางซิลิโคนไม่มีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่สำคัญอย่างมีนัยสำคัญระหว่างการปั่นจักรยานแบบเย็นและร้อน แม้ว่าจะเย็นลงจนใกล้กับอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว ประสิทธิภาพการปิดผนึกสามารถฟื้นตัวได้เต็มที่หลังการให้ความร้อน และการรั่วไหลสามารถย้อนกลับได้ โดยไม่มีความล้มเหลวในการปิดผนึกอย่างถาวรเนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิซ้ำแล้วซ้ำอีก ซึ่งเป็นไปตามข้อกำหนดที่เข้มงวดเพื่อความเสถียรในการปิดผนึกของบ่าวาล์วขนาดเล็กและแม่นยำและไดอะแฟรมที่แน่นของไหล ประสิทธิภาพการปั่นจักรยานเย็นและร้อนของยาง EPDM ถูกจำกัดด้วยอุณหภูมิอย่างมาก ความต้านทานต่ออุณหภูมิในระยะยาวเพียง 120°C และอุณหภูมิสูงสุดในระยะสั้นคือ 150°C มีแนวโน้มที่จะแก่และแข็งตัวได้สูงกว่า 100°C ในการหมุนเวียนที่อุณหภูมิสูง (เช่น วาล์วควบคุมความร้อนความแม่นยำขนาดเล็ก >120°C และวาล์วเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กในอุปกรณ์ทำความเย็นที่มีความแม่นยำ) เส้นการปิดผนึกจะค่อยๆ สูญเสียความยืดหยุ่นเนื่องจากการเสื่อมสภาพของวัสดุ และอัตราการรั่วไหลจะเพิ่มขึ้นตามจำนวนรอบ ในแง่ของอุณหภูมิต่ำ อุณหภูมิความเปราะวิกฤตของเกรดมาตรฐานของ EPDM คือ -50°C และต่ำกว่าอุณหภูมินี้ แรงซีลจะลดลงอย่างรวดเร็ว ส่งผลให้เกิดช่องรั่ว และต้องใช้จาระบีหล่อลื่นเพื่อรักษาซีล อย่างไรก็ตาม ยางซิลิโคนยังคงสามารถรักษาแรงซีลให้คงที่ที่อุณหภูมิ -60°C ในการปั่นจักรยานที่อุณหภูมิปานกลาง (-20°C ถึง 60°C เช่น วาล์วท่อเครื่องปรับอากาศที่มีความแม่นยำขนาดเล็กในครัวเรือนและบ่าวาล์วปั๊มน้ำขนาดเล็ก) ซีลเบาะนั่ง EPDM มีความคุ้มค่าที่ดีกว่า และความเสถียรของประสิทธิภาพการซีลไม่แตกต่างจากยางซิลิโคนมากนัก และมีความต้านทานต่อการหมุนเวียนความร้อนเปียกได้ดีกว่า

ไม่มีวัสดุใดที่เหนือกว่าอย่างแน่นอน การเลือกควรเป็นไปตามช่วงอุณหภูมิ ประเภทปานกลาง และความถี่ในการเปิดและปิดของสภาพการทำงานอย่างใกล้ชิด แทนที่จะติดตาม "พารามิเตอร์ประสิทธิภาพสูง" อย่างสุ่มสี่สุ่มห้า: สถานการณ์ที่ต้องการใช้ยางซิลิโคน: การปิดผนึกช่วงอุณหภูมิกว้าง (-60°C ถึง 200°C) การปิดผนึกสำหรับเครื่องมือ/วาล์วที่มีความแม่นยำสูงขนาดเล็ก การปิดผนึกสำหรับบ่าวาล์วที่มีความแม่นยำที่ไม่ต้องหล่อลื่นที่อุณหภูมิต่ำ (เช่น วาล์วขนาดเล็กในระบบโซ่เย็น) และการปิดผนึกสำหรับปั๊มคงที่ขนาดเล็กแรงดันสูงด้วย ข้อกำหนดการควบคุมการเสียรูปในระยะยาว จำเป็นต้องหลีกเลี่ยงตัวทำละลายที่มีขั้ว (เช่น อะซิโตน) และสื่อที่มีสิ่งเจือปน เพื่อป้องกันรอยขีดข่วนของเส้นการซีลที่แม่นยำ สถานการณ์ที่ต้องการใช้ยาง EPDM: การซีลแบบหมุนเวียนที่อุณหภูมิปานกลาง (-50°C ถึง 100°C), การซีลในสภาพแวดล้อมชื้น/ไอน้ำของปั๊มขนาดเล็ก (เช่น ปั๊มถ่ายเทของไหลแบบปิดผนึก, บ่าวาล์วหมุนเวียนน้ำร้อนขนาดเล็ก, วาล์วเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดเล็กของหอทำความเย็นที่มีความแม่นยำ), การซีลสำหรับการเปิดและปิดความถี่สูง และทำความสะอาดวาล์วขนาดเล็กของสื่อกลาง (เช่น วาล์วหยุดที่มีความแม่นยำทางอุตสาหกรรมทั่วไป, วาล์วตรวจสอบและวาล์วกันกลับ) และข้อกำหนดในการบำรุงรักษาสูงที่คำนึงถึงต้นทุน การปิดผนึกวาล์วปั๊มขนาดเล็กกลางแจ้ง จำเป็นต้องหลีกเลี่ยงตัวกลางที่ไม่มีขั้ว เช่น น้ำมันแร่และเชื้อเพลิง

ความแตกต่างในการปิดผนึกบ่าวาล์วระหว่างยางซิลิโคนและยาง EPDM นั้นโดยพื้นฐานแล้วในระดับที่ตรงกันระหว่างลักษณะโครงสร้างโมเลกุลของวัสดุและสภาพการทำงาน ยางซิลิโคนที่มีการควบคุมการเสียรูปในระยะยาวที่เหนือกว่าและความสามารถในการปรับตัวในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง เหมาะสำหรับสภาพการทำงานที่รุนแรงและหนักหน่วง ในขณะที่ EPDM ซึ่งมีข้อดีคือ ทนต่อการสึกหรอ ทนต่อความร้อนเปียก และความคุ้มค่าสูง ถือเป็นข้อได้เปรียบในสภาวะปกติ เมื่อเลือก เราควรละทิ้งแนวคิด "อำนาจสูงสุดของพารามิเตอร์" และมุ่งเน้นไปที่ประสิทธิภาพในระยะยาวในการใช้งานจริง เพื่อให้เกิดความสมดุลระหว่างความน่าเชื่อถือในการปิดผนึกและต้นทุน หากคุณยังคงไม่แน่ใจสามารถติดต่อเราเพื่อขอคำปรึกษาได้ที่: Jack_Pan@doitrubber.com