Garniturile O-ring goale, cu designul lor unic al structurii goale, prezintă avantaje semnificative în scenariile de etanșare care necesită compresie redusă, deformare permanentă, compensare elastică ridicată sau absorbție a șocurilor. Alegerea materialului afectează direct performanța de etanșare, durabilitatea și rentabilitatea. Acest articol analizează sistematic materialele comune și scenariile aplicabile ale garniturilor O-ring goale pentru a oferi o bază de selecție pentru proiectarea inginerească.
1. Avantajele principale ale inelelor O tubulare
Comparativ cu inelele O solide, designul gol are următoarele caracteristici:
Compensare elastică ridicată: Structura tubulară poate absorbi deformări mai mari (rata de compresie poate ajunge la mai mult de 50%) și se poate adapta la condiții dinamice de deplasare sau vibrații;
Tensiune de contact redusă: Reduce pierderea de presiune pe suprafața de etanșare și prelungește durata de viață a echipamentului;
Greutate redusă: Reduce consumul de materiale, potrivit pentru echipamente aerospațiale sensibile la greutate;
Izolație termică/izolare la vibrații: Cavitatea de aer poate bloca transferul de căldură sau vibrațiile mecanice.
2. Materiale comune și compararea performanțelor lor
1. Fluorocauciuc (FKM)
Caracteristici:
Rezistență la temperaturi ridicate (-20℃~200℃), rezistență la ulei, rezistență la coroziune chimică (acizi, solvenți hidrocarburi);
Interval de duritate 65~90 Shore A, rezistență excelentă la compresiune și deformare permanentă (rata de deformare 150℃×70h <15%).
Scenarii aplicabile:
Sistem de alimentare cu combustibil, supapă a pompei chimice, etanșare hidraulică pentru temperaturi înalte;
Garnituri tubulare care trebuie să reziste la medii puternic corozive (cum ar fi conductele de acid sulfuric concentrat).
Limitări: Elasticitate slabă la temperaturi scăzute și cost ridicat.
2. Cauciuc siliconic (VMQ)
Caracteristici:
Interval de temperatură ultra-larg (-60℃~230℃), flexibilitate excelentă;
Biocompatibilitate ridicată (conformă standardelor FDA), non-toxică și inodoră;
Performanță excelentă de izolație electrică (rezistivitate volumică > 10¹⁵ Ω·cm).
Scenarii aplicabile:
Echipamente medicale, sigilii de calitate alimentară (cum ar fi mașini de umplere);
Cuptoare la temperatură înaltă, etanșări izolatoare pentru echipamente semiconductoare.
Limitări: Rezistență mecanică scăzută, ușor de perforat de obiecte ascuțite.
3. Monomer de etilen propilen dienă (EPDM)
Caracteristici:
Rezistență excelentă la ozon și rezistență la intemperii (durată de viață în aer liber > 10 ani);
Rezistent la vapori de apă și solvenți polari (cum ar fi cetonele și alcoolii);
Performanță ridicată la cost, interval de duritate 40~90 Shore A.
Scenarii aplicabile:
Sistem de răcire auto, etanșare pentru încălzitor solar de apă;
Absorbție și amortizare a șocurilor în medii calde și umede (cum ar fi echipamentele navelor).
Limitări: Nu este rezistent la solvenți pe bază de ulei și hidrocarburi.
4. Cauciuc nitrilic hidrogenat (HNBR)
Caracteristici:
Rezistență mai bună la ulei decât NBR, rezistență îmbunătățită la temperatură (-40℃~150℃);
Rezistent la coroziunea hidrogenului sulfurat (H₂S), rezistență remarcabilă la uzură.
Scenarii aplicabile:
Echipamente pentru sonde de înaltă presiune în câmpuri petroliere și gaziere;
Garnitura de etanșare a carterului motorului auto.
Limitări: Cost mai mare decât NBR-ul obișnuit.
5. Poliuretan (PU)
Caracteristici:
Rezistență ultra-înaltă la uzură (pierdere prin uzură <0,03 cm³/1,61km);
Rezistență mecanică ridicată (rezistență la tracțiune >40 MPa), rezistență bună la ulei.
Scenarii aplicabile:
Etanșare piston cilindru hidraulic de înaltă presiune (>30 MPa);
Inel de amortizor pentru utilaje miniere, echipamente inginerești.
Limitări: Rezistență slabă la hidroliză, se înmoaie ușor la temperaturi ridicate (temperatura de utilizare pe termen lung <80°C).
6. Cauciuc perfluoroeter (FFKM)
Caracteristici:
Tavan rezistent la substanțe chimice (rezistent la acizi puternici, alcali puternici, plasmă);
Rezistență excelentă la temperatură (-25°C~320°C).
Scenarii aplicabile:
Etanșarea camerei în vid a mașinii de gravat semiconductori;
Etanșarea zonei cu radiații ridicate a reactorului nuclear.
Limitări: Scump (costul este de 5~10 ori mai mare decât cel al FKM).
3. Materiale compozite speciale și tehnologie de acoperire
1. Miez de cauciuc acoperit cu PTFE
Structură: Strat exterior din politetrafluoroetilenă (PTFE) acoperit cu miez din silicon sau fluorocauciuc;
Avantaje: Coeficient de frecare de până la 0,05, rezistență la uzură și antiaderență;
Aplicații: Garnituri pentru șine de ghidare pentru instrumente de precizie, mediu de lubrifiere fără ulei.
2. Inel O gol armat cu metal
Structură: Arc din oțel inoxidabil încorporat în cavitatea din silicon sau fluorocauciuc;
Avantaje: Capacitate anti-compresie crescută de 3 ori, rezistență la deformare permanentă;
Aplicații: Valve de presiune ultra-înaltă (>100 MPa), etanșatoare pentru puțuri adânci.
3. Modificare conductivă/antistatică
Tehnologie: Adăugați negru de fum, pulbere metalică sau umplutură de grafen;
Performanță: Rezistență volumică reglabilă (10²~10⁶ Ω·cm);
Aplicații: Echipamente antiexplozie, etanșări de ecranare electromagnetică pentru componente electronice.
4. Parametri cheie pentru selecție și recomandări de proiectare
Parametri principali pentru potrivirea condițiilor de lucru:
Interval de temperatură: Materialul selectat trebuie să acopere temperaturi extreme și să rezerve o marjă de siguranță de 20%;
Compatibilitatea cu mediile: Consultați standardul ASTM D471 pentru testul de umflare (rata de modificare a volumului <10%);
Nivel de presiune: Capacitatea portantă a structurilor tubulare este de obicei 50%~70% din cea a inelelor O solide.
Puncte cheie ale proiectării structurale:
Optimizarea grosimii peretelui: Raportul grosimea peretelui/diametrul exterior este recomandat să fie de 1:4~1:6 pentru a evita colapsul sau ruptura;
Rata de precompresie: Etanșarea statică este recomandată la 15%~25%, iar etanșarea dinamică este redusă la 10%~15%;
Prelucrarea interfeței: Folosiți o tăiere oblică la 45° sau o turnare dintr-o singură bucată pentru a evita zonele de lipire slabă.
Considerații economice:
EPDM sau HNBR sunt preferate pentru aplicații în loturi;
Materialele FFKM sau compozite pot fi selectate pentru condiții de lucru extreme (cum ar fi industria semiconductorilor și cea nucleară).
5. Moduri tipice de defecțiune și prevenirea acestora
Tip de defecțiune Cauză Soluție
Colaps prin deformare Grosime insuficientă a peretelui sau suprapresiune Creșterea grosimii peretelui/selectarea structurii metalice de armare
Umflarea și fisurarea mediului Material și mediu incompatibile Selectați din nou materialul și efectuați testul de imersie
Fisurare fragilă la temperatură joasă Temperatura de tranziție vitroasă a materialului este prea ridicată. Se utilizează în schimb cauciuc siliconic sau FKM la temperatură joasă.
Frecare și uzură Rugozitate insuficientă a suprafeței sau lubrifiere defectuoasă Folosiți un strat de PTFE sau adăugați lubrifiant
Concluzie
Selectarea materialelor pentru inelele O tubulare este o disciplină cuprinzătoare care echilibrează proprietățile mecanice, rezistența chimică și costul. De la fluorocauciucul rezistent la coroziune la siliconul ultra-flexibil, de la EPDM rentabil la FFKM de nivel superior, fiecare material corespunde unor nevoi industriale specifice. În viitor, odată cu progresul tehnologiei nanocompozite și al materialelor inteligente, inelele O tubulare se vor dezvolta în continuare în direcția integrării funcționale (cum ar fi autodetecția și autorepararea), oferind soluții de etanșare mai fiabile pentru echipamentele de înaltă performanță.
Data publicării: 05 martie 2025