Nelle apparecchiature industriali e nei sistemi di fluidi, una tenuta efficace è fondamentale per garantire l'integrità operativa e prevenire perdite di fluido. La selezione dei materiali di tenuta, in particolare la loro capacità di resistere alla pressione interna, è un fattore fondamentale per il successo della tenuta. Una selezione errata può portare a guasti prematuri della tenuta, perdite e potenziali rischi per la sicurezza. Questa guida descrive i principali materiali di tenuta consigliati per diversi intervalli di pressione.
I. Applicazioni a bassa pressione (0 – 5 MPa)
Scenari comuni: sistemi pneumatici, sistemi idraulici a bassa pressione, trattamento delle acque, macchinari per alimenti e bevande, guarnizioni per steli alternativi a basso carico.
Selezione dei materiali:
1. Gomma nitrilica (NBR): la scelta più economica e versatile per applicazioni a bassa pressione. Offre un'eccellente resistenza agli oli idraulici a base di petrolio, ai lubrificanti, ai carburanti e all'aria, garantendo un valore eccezionale. Ideale per la maggior parte degli impieghi oleoidraulici e pneumatici a bassa pressione.
2. Monomero di etilene propilene diene (EPDM): eccellente resistenza ad acqua calda, vapore, refrigerante (glicole), chetoni e acidi/basi deboli. Non adatto a oli minerali o carburanti. Utilizzato principalmente per sigillare fluidi a base d'acqua e fluidi termovettori in sistemi a bassa pressione.
3. Poliuretano (PU/AU/EU): caratterizzato da un'estrema resistenza all'abrasione e da un'elevata resistenza meccanica. A bassa pressione, la sua superiore resistenza all'estrusione e le sue proprietà antiusura lo rendono una scelta eccezionale per le guarnizioni alternative (ad esempio, guarnizioni per pistoni e steli), superando significativamente la gomma standard in termini di durata utile.
Riepilogo: Per applicazioni a bassa pressione, dare priorità alla compatibilità con i fluidi. L'NBR è l'opzione versatile predefinita, il PU offre una maggiore resistenza all'usura e l'EPDM è specifico per fluidi acquosi e polari.
II. Applicazioni a media pressione (5 – 30 MPa)
Scenari comuni: Macchine edili, macchine per stampaggio a iniezione, macchine utensili, sistemi idraulici di media potenza.
Selezione dei materiali:
1. Poliuretano (PU): la scelta predominante per l'idraulica a media pressione. La sua elevata resistenza meccanica, la durezza e l'eccezionale resistenza all'estrusione contrastano efficacemente la deformazione indotta dalla pressione e l'estrusione di gioco, rendendolo il materiale preferito per le guarnizioni di pistoni e steli.
2. Gomma nitrilica (NBR): le mescole NBR rinforzate possono comunque essere adatte ad applicazioni in cui la pressione rimane inferiore a 15-20 MPa e le temperature sono moderate, in particolare nelle applicazioni di tenuta statica come gli O-ring. La sua resistenza all'estrusione, tuttavia, è notevolmente inferiore a quella delle PU.
3.Fluoroelastomero (FKM/Viton®): La scelta preferita quando il fluido è soggetto ad alte temperature, carburanti o sostanze chimiche aggressive (ad esempio fluidi acidi), anche nell'intervallo di media pressione. L'FKM offre una resistenza chimica superiore e prestazioni ad alte temperature (fino a 200°C+)
Riepilogo: Negli scenari a media pressione, la resistenza all'estrusione è fondamentale. Il poliuretano (PU) è la scelta principale per le guarnizioni dinamiche, mentre il fluoroelastomero (FKM) è selezionato per ambienti chimici e ad alta temperatura impegnativi.
III. Applicazioni ad alta e altissima pressione (oltre 30 MPa, fino a 100 MPa+)
Scenari comuni: martinetti idraulici, pompe ad altissima pressione, taglio a getto d'acqua, attrezzature per teste di pozzo di petrolio e gas, sistemi di collaudo di recipienti a pressione.
Selezione dei materiali:
1.Poliuretano (PU): I poliuretani appositamente formulati e progettati (ad esempio, poliuretano colato) rimangono un'opzione valida per le guarnizioni dinamiche ad alta pressione, ma richiedono una formulazione e una progettazione della guarnizione precise, che spesso impongono l'uso di anelli di supporto antiestrusione.
2. Compositi in fibra aramidica / Materie plastiche ingegneristiche (PEEK, PTFE caricato): si tratta di materiali essenziali per applicazioni ad altissima pressione. Non sono elastomeri, ma materie plastiche ad alte prestazioni con eccezionale resistenza meccanica e modulo elastico.
• PTFE caricato: l'aggiunta di riempitivi come fibra di vetro, rame o fibra di carbonio al PTFE ne migliora notevolmente la resistenza alla compressione e all'estrusione. Comunemente utilizzato per anelli di supporto e anelli di tenuta per proteggere le guarnizioni primarie da estrusione e danni.
•PEEK: Offre resistenza estremamente elevata, rigidità e resistenza alla temperatura, ed è utilizzato per la produzione di anelli di tenuta e anelli di supporto in ambienti ad altissima pressione.
3. Guarnizioni metalliche (rame o acciaio inossidabile): sotto pressioni estreme (ad esempio, >70 MPa), alte temperature o forti urti, gli elastomeri e le materie plastiche raggiungono i loro limiti. Gli O-ring o C-ring metallici diventano la soluzione definitiva. Sigillano tramite deformazione plastica, offrendo estrema affidabilità, ma sono in genere monouso e richiedono un elevato precarico di installazione.
Riepilogo: Per condizioni di pressione estremamente elevata, la strategia passa dalla "tenuta elastica" al "contenimento rigido". Sono essenziali materiali plastici tecnici ad alta resistenza (PTFE rinforzato, PEEK) e metalli, con progetti incentrati sulla riduzione al minimo di deformazione ed estrusione.
IV. Fattori chiave di selezione aggiuntivi
La pressione non è l'unico criterio; la selezione deve prevedere una valutazione olistica:
• Temperatura: l'intervallo di temperatura operativa del materiale deve comprendere completamente la temperatura del sistema. Il calore elevato accelera l'invecchiamento; le basse temperature causano fragilità.
• Compatibilità con il mezzo: questo è il prerequisito principale. Il materiale selezionato non deve essere corroso, rigonfiato o degradato dal mezzo sigillato.
•Tipo di movimento: Tenuta statica, tenuta dinamica alternativa o tenuta rotante? Ogni tipo di movimento impone requisiti diversi in termini di resistenza all'usura, generazione di calore e conduttività termica.
• Compatibilità hardware: la progettazione del gioco del sistema, la finitura superficiale e la durezza influiscono direttamente sulla resistenza all'estrusione e sul tasso di usura di una guarnizione.
Conclusione:
La scelta dei materiali di tenuta è una sfida di ingegneria dei sistemi, in cui la pressione rappresenta un fattore di differenziazione fondamentale:
• Bassa pressione: attenzione ai supporti. NBR/EPDM sono i materiali principali.
• Pressione media: attenzione alla resistenza all'estrusione. PU/FKM sono le scelte principali.
•Alta pressione: attenzione alla resistenza. Compositi e metalli prendono il sopravvento.
Il principio di selezione pragmatico è: pur soddisfacendo i requisiti di fluidi e temperature, scegliere materiali con adeguata resistenza all'estrusione e resistenza meccanica in base alla pressione di esercizio, e garantire un corretto design delle scanalature e dei giochi di tenuta. Il materiale più costoso non è necessariamente il migliore; la scelta ottimale è quella più adatta alle specifiche condizioni operative.
Data di pubblicazione: 23-08-2025