Co to jest uszczelka gumowa: funkcja, rodzaje, materiały i zastosowania

Co to jest uszczelka i do czego służy?

Uszczelka to uszczelnienie mechaniczne umieszczone pomiędzy dwiema współpracującymi powierzchniami – zazwyczaj kołnierzami, pokrywami lub obudowami – w celu zapobiegania wyciekom płynów, gazów lub zanieczyszczeń przez złącze, gdy powierzchnie są skręcone lub zaciśnięte razem. Uszczelka wypełnia mikroskopijne nieregularności, zadrapania i falistości występujące na nawet obrobionych powierzchniach metalowych, tworząc ciągłą barierę, której nie jest w stanie zapewnić sam sztywny kontakt metal-metal.

Funkcja uszczelki jest zasadniczo ściskająca: podczas dokręcania elementów złącznych materiał uszczelki jest ściskany pomiędzy dwiema powierzchniami. To ściskanie powoduje, że uszczelka dopasowuje się do topografii powierzchni po obu stronach, uszczelniając jakąkolwiek potencjalną ścieżkę wycieku na obwodzie złącza. Uszczelka musi utrzymywać to uszczelnienie w warunkach pracy złącza — w tym pod ciśnieniem wewnętrznym, wahaniami temperatury, wibracjami i narażeniem chemicznym — przez cały okres użytkowania zespołu.

Uszczelki różnią się od O-ringów i uszczelnień mechanicznych geometrią i zastosowaniem, chociaż wszystkie trzy są urządzeniami uszczelniającymi. Uszczelka to płaski lub profilowany element arkuszowy, który uszczelnia statyczne (nieruchome) połączenie — kołnierze rur, pokrywy głowicy cylindrów, korpusy zaworów, pokrywy wymienników ciepła i płytki kontrolne. O-ringi uszczelniają rowek pod wpływem promieniowego lub osiowego ściskania. Uszczelnienia mechaniczne to dynamiczne urządzenia uszczelniające obracające się wały. Jednakże w codziennym zastosowaniu przemysłowym i mechanicznym „uszczelka gumowa” i „uszczelka gumowa” są często używane zamiennie w odniesieniu do płaskich elastomerowych elementów uszczelniających.

Co to jest Gumowa uszczelka ?

Uszczelka gumowa to element uszczelniający wycinany, formowany lub wytłaczany z materiału elastomerowego — kauczuku naturalnego lub jednej z szerokiej gamy mieszanek kauczuku syntetycznego — w celu dopasowania pomiędzy dwiema powierzchniami złącza. Elastomerowy charakter gumy jest właśnie tym, co sprawia, że ​​dobrze nadaje się do uszczelniania: guma odkształca się pod wpływem ściskania bez pękania, odzyskuje siły po częściowym zwolnieniu obciążenia i kompensuje drobne niewspółosiowość i nieregularności powierzchni, których sztywne materiały na uszczelki nie są w stanie zniwelować bez wyciekania.

Uszczelki gumowe produkowane są w postaci płaskich arkuszy (wycinanych lub wytłaczanych z arkuszy gumy), formowanych (formowane tłocznie lub wtryskowo do określonego profilu) lub jako profile wytłaczane (do ciągłych uszczelek w drzwiach, włazach, obudowach i oknach). Uszczelki arkuszowe z gumy — najpopularniejszy typ do połączeń kołnierzowych rur i urządzeń — są dostępne w grubościach od 0,5 mm do 25 mm i w różnych stopniach twardości (typowy dla zastosowań uszczelniających jest Shore A 40–80) w zależności od obciążenia ściskającego i wymagań dotyczących uszczelnienia.

Celem uszczelki gumowej w przypadku alternatyw metalowych lub niemetalowych (PTFE, włókno sprasowane, spirala grafitowa) jest przede wszystkim koszt, dostępność i wydajność w przypadku połączeń o niższym ciśnieniu i niższej temperaturze. Uszczelki gumowe są właściwym wyborem w przypadku zaopatrzenia w wodę, HVAC, przetwórstwa spożywczego, pneumatyki i ogólnych usług chemicznych do umiarkowanych ciśnień i temperatur. W przypadku pary o wysokiej temperaturze, ekstremalnego ciśnienia lub silnie utleniających substancji chemicznych zalecane są materiały na uszczelki inne niż gumowe.

Rodzaje uszczelek i uszczelek gumowych

Różne mieszanki gumowe oferują różne kombinacje odporności na temperaturę, kompatybilności chemicznej, odporności na odkształcenie po ściskaniu i wytrzymałości mechanicznej. Wybór odpowiedniego rodzaju gumy dla środowiska pracy jest najważniejszą decyzją przy specyfikacji uszczelki — guma niezgodna chemicznie będzie pęcznieć, twardnieć, pękać lub rozpuszczać się podczas pracy, powodując uszkodzenie złącza niezależnie od prawidłowego montażu.

Kauczuk naturalny (NR)

Kauczuk naturalny ma doskonałą wytrzymałość na rozciąganie, wysoką elastyczność i dobrą odporność na ścieranie. Dobrze radzi sobie w środowisku wodnym i rozcieńczonym kwasie, ale jest atakowany przez oleje, paliwa i ozon na bazie ropy naftowej. Zakres temperatur wynosi około -50°C do 80°C. Uszczelki z kauczuku naturalnego są stosowane w sieciach wodociągowych, zastosowaniach w przemyśle spożywczym i ogólnych instalacjach pneumatycznych, gdzie nie ma kontaktu z węglowodorami.

Kauczuk nitrylowy (NBR)

Kauczuk nitrylowy (akrylonitryl-butadien) jest standardowym wyborem do obsługi oleju i paliwa. Zawartość akrylonitrylu (w zakresie od 18% do 50% w zależności od gatunku) określa jego odporność na pęcznienie węglowodorowe – wyższa zawartość nitrylu oznacza lepszą odporność na olej, ale mniejszą elastyczność w niskich temperaturach. Uszczelki NBR są szeroko stosowane w układach hydraulicznych, silnikach samochodowych, urządzeniach do transportu paliwa i maszynach przemysłowych wszędzie tam, gdzie obecne są płyny naftowe. Zakres temperatur wynosi zazwyczaj od -40°C do 120°C.

EPDM (monomer etylenowo-propylenowo-dienowy)

EPDM ma wyjątkową odporność na warunki atmosferyczne, ozon i promieniowanie UV – najlepszą ze wszystkich popularnych elastomerów – w połączeniu z doskonałą wydajnością w gorącej wodzie i parze do około 150°C. Jest to standardowy materiał na uszczelki do kanałów HVAC, systemów uzdatniania wody, membran dachowych i zewnętrznych obudów elektrycznych. EPDM nie jest kompatybilny z olejami naftowymi i paliwami, które powodują szybkie pęcznienie. Jest to również preferowany materiał na uszczelki w instalacjach wody pitnej, ponieważ spełnia wymagania NSF/ANSI 61 dotyczące kontaktu z wodą pitną.

Neopren (CR – guma chloroprenowa)

Neopren zapewnia zrównoważony profil: umiarkowaną odporność na olej, dobrą odporność na warunki atmosferyczne i ozon, ognioodporność i użyteczny zakres temperatur od -40°C do 120°C. Jest szeroko stosowany w układach chłodniczych (kompatybilnych z wieloma czynnikami chłodniczymi), zastosowaniach morskich i uszczelnieniach obudów zewnętrznych, gdzie wymagana jest zarówno odporność na warunki atmosferyczne, jak i umiarkowana odporność chemiczna. Neopren jest często domyślnym rozwiązaniem tam, gdzie ani koncentracja oleju NBR, ani koncentracja wody i pogody EPDM nie pasują dokładnie do danego zastosowania.

Kauczuk silikonowy (VMQ)

Kauczuk silikonowy ma najszerszy użyteczny zakres temperatur spośród wszystkich elastomerowych materiałów uszczelniających: od -60°C do 200°C, a niektóre gatunki specjalne mają temperaturę znamionową do 250°C. Ma doskonałą odporność na odkształcenia po ściskaniu (utrzymuje swoją siłę uszczelniającą w czasie bez trwałego odkształcenia) i jest zgodny z wymogami FDA w przypadku kontaktu z żywnością w większości gatunków. Silikon nie jest odporny na oleje naftowe ani parę wodną o temperaturze powyżej 120°C, a jego wytrzymałość na rozdarcie jest niższa niż w przypadku innych rodzajów gumy, co czyni go nieodpowiednim do zastosowań mechanicznych poddawanych dużym naprężeniom. Jest standardem w sprzęcie do przetwarzania żywności, produkcji farmaceutycznej, urządzeniach medycznych oraz w wysokotemperaturowych uszczelnieniach piekarników i urządzeń.

Viton (FKM – fluoroelastomer)

Fluoroelastomer (Viton to nazwa handlowa firmy DuPont; FKM to oznaczenie ISO) zapewnia najszerszą odporność chemiczną spośród wszystkich materiałów gumowych uszczelek – jest odporny na paliwa ropopochodne, oleje, płyny hydrauliczne, wiele kwasów i węglowodorów aromatycznych – w połączeniu z zakresem temperatur od –20°C do 200°C. FKM jest przeznaczony do wymagających zastosowań w procesach chemicznych, w układach paliwowych w przemyśle lotniczym i w silnikach pracujących w wysokich temperaturach, gdzie inne gumy zawiodłyby. Jego koszt jest znacznie wyższy niż NBR lub EPDM, dlatego jest zarezerwowany do zastosowań, w których nie można w inny sposób spełnić wymagań dotyczących kompatybilności chemicznej lub temperatury.

Do czego służą uszczelki? Zastosowania w różnych branżach

Uszczelki są obecne w praktycznie każdym układzie mechanicznym, który zawiera płyn lub gaz pod ciśnieniem. Ich zastosowania obejmują przemysł, od instalacji wodno-kanalizacyjnych w budynkach mieszkalnych po przemysł lotniczy, wszędzie tam, gdzie połączenie statyczne musi być niezawodnie uszczelnione z upływem czasu.

Instalacje wodno-kanalizacyjne

Gumowe uszczelki znajdują się wewnątrz armatury kranów, złączy węży, złączy kołnierzowych w sieci wodociągowej, armatury podgrzewaczy wody i zaworów napełniania toalet. W tym segmencie dominują EPDM i kauczuk naturalny ze względu na ich kompatybilność z wodą i zgodność z normami dotyczącymi kontaktu z wodą pitną. Płaska gumowa podkładka wewnątrz złączki węża ogrodowego jest jednym z najbardziej powszechnych zastosowań uszczelek w codziennym użytkowaniu.

Motoryzacja i maszyny

Uszczelki pokryw zaworów silnika, uszczelki miski olejowej, uszczelki obudowy termostatu i uszczelki miski skrzyni biegów są uszczelkami gumowymi lub kompozytowymi, które zapobiegają wyciekom oleju i płynu chłodzącego ze połączeń statycznych bloku silnika i elementów pomocniczych. NBR jest standardem w uszczelkach olejowych; silikon i EPDM są stosowane do połączeń obwodu chłodziwa i miejsc o wysokiej temperaturze w pobliżu wydechu. Awarie uszczelek — w szczególności uszczelki głowicy cylindrów, która jest wykonana z wysokowydajnego kompozytu, a nie zwykłej gumy — należą do najkosztowniejszych usterek mechanicznych w konserwacji samochodów, co podkreśla kluczową funkcję, jaką spełniają te elementy.

Kołnierze rur przemysłowych

Kołnierzowe złącza rurowe w zakładach chemicznych, rafineriach, zakładach uzdatniania wody i przemyśle przetwórczym wykorzystują uszczelki do uszczelniania styku między odcinkami rur, zaworami, pompami i zbiornikami. Uszczelki z arkusza gumy — zazwyczaj typu pierścieniowego pełnotwarzowego lub wypukłego — są standardem w rurociągach wody, pary i chemikaliów o niższym ciśnieniu. W przypadku wyższych ciśnień, podwyższonej temperatury lub agresywnych środków chemicznych, gumowe uszczelki metalowe zwijane spiralnie lub uszczelki metalowe typu pierścieniowego (RTJ) zastępują gumę.

Sprzęt do przetwarzania żywności i farmaceutyczny

Uszczelki stosowane w przetwórstwie spożywczym i farmaceutycznym muszą spełniać wymagania FDA, NSF lub EC 1935/2004 dotyczące materiałów przeznaczonych do kontaktu z żywnością, oprócz pełnienia funkcji uszczelniającej. Preferowanymi materiałami są silikon i EPDM — oba są dostępne w gatunkach zgodnych z wymogami FDA, wytrzymują cykle czyszczenia chemicznego CIP (czyszczenie na miejscu) i nie nadają produktom smaku ani zapachu. Uszczelki sanitarne z trzema zaciskami — płaskie uszczelki pierścieniowe stosowane w łącznikach rur sanitarnych ze stali nierdzewnej — to znormalizowany kształt stosowany na liniach produkcyjnych żywności, napojów, nabiału i farmaceutyków.

Obudowy elektryczne i elektronika

Gumowe uszczelki uszczelniają drzwi i zakrywają złącza szaf elektrycznych, skrzynek przyłączeniowych i obudów sprzętu zewnętrznego, aby uzyskać stopień ochrony IP (ochrona przed wnikaniem) przed wodą i kurzem. Prawidłowo zainstalowana uszczelka z EPDM lub pianki neoprenowej na drzwiach obudowy o stopniu ochrony IP66 zapewnia szczelne środowisko, które chroni elektronikę przed wnikaniem wody, kondensacją i zanieczyszczeniem. Ściśnięcie uszczelki, ciągłość w narożnikach i zgodność materiału ze środkami czyszczącymi to czynniki wpływające na utrzymanie znamionowego stopnia ochrony IP przez cały okres użytkowania obudowy.

Czym są uszczelki w spodniach? (Wodoodporne plomby odzieżowe)

W wodoodpornej odzieży technicznej — spodniach narciarskich, suchych skafandrach, spodniach żeglarskich i odzieży wierzchniej — „uszczelki” odnoszą się do lateksowych lub neoprenowych uszczelek w otworach na nadgarstki, kostki i szyję, które zapobiegają przedostawaniu się wody na styku ciała z ubraniem. Termin ten jest najczęściej używany w nurkowaniu w suchym skafandrze i wiosłowaniu w górskich wodach, gdzie skafander musi pozostać całkowicie szczelny, aby użytkownik był suchy podczas zanurzenia lub wzburzonej wody.

Uszczelki nadgarstków i szyi suchego skafandra są zazwyczaj formowane z cienkiej gumy lateksowej, która tworzy wodoszczelne uszczelnienie na skórze poprzez elastyczną kompresję. Uszczelki lateksowe są skuteczne, ale delikatne - są najczęstszym punktem konserwacji suchego skafandra, wymagającym okresowego smarowania talkiem lub sprayem silikonowym i wymiany co 2–5 lat, w zależności od ekspozycji na promieniowanie UV i częstotliwości użytkowania. Uszczelki neoprenowe są trwalsze i cieplejsze, ale zapewniają mniej pełną szczelność wodną niż lateks, co czyni je preferowanymi w łagodniejszych warunkach. W spodniach narciarskich i outdoorowych prostszy wewnętrzny ochraniacz kostki wykonany z elastycznej tkaniny lub neoprenu służy podobnemu celowi — zapobiega przedostawaniu się śniegu i wody przez interfejs buta — i w niektórych opisach produktów jest potocznie określany jako uszczelka.