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Perché gli o-ring si deteriorano? Una breve guida alle modalità di guasto degli o-ring

Un deterioramento degli o-ring può essere legato a diverse ragioni: questa breve guida fornisce informazioni su alcune delle più comuni modalità di guasto (vi sono ulteriori modalità di guasto che qui non sono trattate).  

Noi della Precision Polymer Engineering abbiamo dedicato anni allo sviluppo di materiali elastomerici innovativi, capaci di resistere agli ambienti di tenuta più impegnativi.  Se desideri ricevere ulteriore assistenza, contatta i nostri esperti: saranno lieti di aiutarti a diagnosticare il problema e di suggerirti possibili soluzioni.

Modalità comuni di guasto degli o-ring

Abrasione

Abrasion O-ring failureIndicazioni visive: Le superfici di contatto scorrevoli dell’o-ring sono rigate: con eccessiva usura potrebbero presentarsi lacerazioni più profonde, con rottura in più punti.

Causa: Comune nelle applicazioni dinamiche, l’abrasione risulta dal contatto ripetuto tra la superficie dell’o-ring e l’alloggiamento, che comporta un eccessivo attrito tra i due. Una errata lubrificazione o incorretta finitura della superficie metallica possono aumentare il rischio, come pure la penetrazione di contaminanti abrasivi all’interno del sistema di tenuta.

Soluzione: Assicurare la corretta lubrificazione del sistema di tenuta è importante e PPE può offrire una gamma di materiali per o-ring con una migliore resistenza all'abrasione. I nostri tecnici possono anche fornire consigli sulla corretta finitura della superficie per la parte metallica. La penetrazione di contaminanti può essere ridotta attraverso l’uso di un raschiatore o di anelli raschianti.

Attacco chimico

Chemical attack O-ring failureIndicazioni visive: A seconda del supporto chimico che viene sigillato, l’o-ring potrebbe mostrare una serie di segni, tra cui bolle, crepe, una variazione della durezza o decolorazione.

Causa: Alcune sostanze chimiche reagiranno a certi elastomeri. Il più delle volte, questo si traduce in un aumento della densità reticolare, che si traduce a sua volta in un materiale duro e fragile, con ridotta capacità di fornire una forza di reazione.  È possibile anche una scissione a catena, che causerebbe una resistenza ridotta.  Occasionalmente, la densità reticolare può diminuire traducendosi in un materiale più morbido e appiccicoso, che conduce a una perdita della sua integrità e forma originale.

Soluzione:  La corretta scelta del materiale elastomero è fondamentale per garantire che la guarnizione sia compatibile con il supporto dell’applicazione.  alle alte temperature e quando le guarnizioni in elastomero sono sotto sforzo, l’attacco chimico è accelerato, come risultato, per esempio, di un allungamento o di uno schiacciamento eccessivo e delle condizioni meccaniche.  i tecnici PPE possono consigliare il materiale di tenuta più appropriato in base ai tuoi parametri applicativi.  Per conoscere gli ultimi ritrovati in termini di resistenza chimica, unita alla capacità di resistere alle alte temperature, chiedi informazioni sui nostri perfluoroelastomeri (FFKM) Perlast®.  Verifica la compatibilità chimica dei principali tipi di materiali elastomerici utilizzando la nostra guida online.

Rigonfiamento chimico

Chemical swell O-ring failureIndicazioni visive: L’o-ring appare più grande delle sue dimensioni originali. Ciò potrebbe essere coerente attraverso l’intera guarnizione o in aree localizzate, che siano state esposte al mezzo chimico.

Causa:  il rigonfiamento è causato dall’ingresso del mezzo nell’elastomero, come risultato di una similarità chimica tra composto e mezzo.  L'aumento del volume della guarnizione può portare al riempimento, all’estrusione e alla perdita di tenuta del premistoppa.  Il rigonfiamento chimico può anche tradursi in una perdita di proprietà fisiche come la resistenza allo trazione.

Soluzione: Passa a un materiale di tenuta in elastomero con comprovata resistenza all’ambiente chimico.  Gli esperti di tenuta PPE possono aiutarti a individuare un materiale, in grado di fornire prestazioni di tenuta durature nel mezzo chimico all’interno della tua applicazione. Verifica la compatibilità chimica dei principali tipi di materiali elastomerici utilizzando la nostra guida online.
 

Cedimento permanente alla compressione

Compression set O-ring failureIndicazioni visive: La sezione dell’o-ring diventa meno circolare con superfici appiattite che hanno assunto la forma della scanalatura/premistoppa.  L’o-ring ha assunto una ‘deformazione permanente’ a significare che non è in grado di recuperare la sua forma originale dopo la rimozione delle sollecitazioni che ne causano la deformazione  Il cedimento permanente’ si quantifica come  perdita percentuale in compressione in confronto alla compressione originale applicata.

Causa:  Modifiche fisiche e chimiche si possono verificare in un elastomero ad alte temperature, comportando il cedimento permanente.  La densità reticolare può aumentare, comportando la perdita da parte dell'o-ring della sua elasticità e capacità di ritornare alla forma originale : questo è un cambiamento chimico permanente.  Sollecitazioni sulle guarnizioni ad alte temperature possono impedirne il rilassamento al ridursi della temperatura: ciò viene spesso definito come cedimento permanente a freddo, questo tipo di cedimento permanente è reversibile attraverso il riscaldo.  La riduzione nella sezione si traduce in una forza di tenuta di contatto inferiore, che aumenta il rischio di perdite negli impianti, in cui avvengono cicli termici e di pressione Altre cause comprendono la non corretta progettazione del premistoppa, il rigonfiamento del volume dovuto al fluido nell'impianto e ad una non completa vulcanizzazione della guarnizione in produzione.  

Soluzione: La selezione di materiali elastomerici con ridotto cedimento permanente alla compressione e/o migliore comportamento alle alte temperature aiuterà a estendere la durata della guarnizione.  Occorrerà verificare anche la linea del premistoppa, al fine di assicurare che l’o-ring non sia troppo compresso con un eccessivo schiacciamento.   il cedimento permanente a freddo può essere ridotto utilizzando un polimero dalla struttura più flessibile, che si rifletterebbe in una minore temperatura di transizione vetrosa.

Estrusione ed erosione

Extrusion O-ring failureIndicazioni visive:  I bordi dell’o-ring sul lato a bassa pressione hanno un aspetto eroso, sbeccato o ‘frastagliato’.    in casi gravi in cui la superficie dell’o-ring appaia staccata, si può arrivare alla pelatura.

Causa: Forti sollecitazioni, solitamente il risultato di pressioni elevate, spingono il materiale nello spazio vuoto, questo processo è tipicamente chiamato estrusione. Colpi di alta pressione possono causare l’apertura e la chiusura dello spazio vuoto tra i bordi di accoppiamento. Questo può causare l'intrappolamento dell’o-ring tra i bordi affilati delle superfici di accoppiamento, comportando un danno fisico alla superficie di tenuta spesso definito come erosione.

Soluzione: Un materiale di tenuta più duro può aiutare, così come l’uso di dispositivi di supporto per ridurre efficacemente gli spazi vuoti. Il tuo esperto di tenuta PPE può anche darti dei consigli sull’installazione di o-ring adeguatamente dimensionati e di dispositivi di supporto per la tua applicazione, riducendo i tuoi spazi vuoti e riducendo al minimo il rischio di estrusione e di erosione.

Decompressione esplosiva

Explosive decompression O-ring failureIndicazioni visive: La superficie di tenuta può presentare bolle, crepe, può essere segnata da spaccature profonde o completamente fessurata, nel peggiore dei casi.

Causa:  Quando le guarnizioni in elastomero sono esposte a gas ad alta pressione a temperature elevate e per un periodo di tempo prolungato, il gas è assorbito dalla mescola polimerica.  Quando la pressione esterna si riduce, il gas sciolto nel materiale fuoriesce dalla soluzione formando delle microbolle.  Man mano che il gas si espande, il materiale lo rilascerà. Il deterioramento si presenta se il tasso di decompressione e di espansione è elevato, e se il gas intrappolato all’interno della guarnizione si espande oltre la capacità del materiale di contenere le bolle di gas.

Soluzione: L’aumento del tempo di decompressione e la diminuzione della temperatura ridurranno normalmente il rischio di danni da decompressione esplosiva (ED), come pure lo farà la scelta di un materiale resistente alla decompressione esplosiva  PPE è -un’azienda leader nello sviluppo di o-ring e guarnizioni elastomeriche resistenti alla decompressione esplosiva, in conformità con le norme internazionali NACE TM0187, TOTAL GS EP PVV 142 allegato 8, NORSOK M710 allegato B e ISO 23936-2 allegato B, e nel miglioramento dell'efficienza e della sicurezza operativa.

Danni da installazione

Installation damage O-ring failureIndicazioni visive: I danni causati alla guarnizione durante l’installazione si possono spesso diagnosticare tramite il taglio preciso e specifico e l'intaglio sulla superficie della guarnizione, con tutti i danni confinati alla superficie dell’o-ring.

Causa: I danni da ’installazione si possono manifestare in forme molto diverse, dalla ‘smussatura’ della guarnizione con componenti metallici fino a danni causati dall’installazione disattenta di guarnizioni sporche, distorte o mal lubrificate. Anche l'errato dimensionamento della guarnizione per una determinata applicazione è un fattore significativo che rientra nei danni da installazione.

Soluzione: Prestare attenzione durante l’installazione degli o-ring è fondamentale per prevenire i danni relativi. La copertura di spigoli vivi e filetti con nastro o guaine protettive eviterà incisioni sulla superficie. Assicurarsi che il pezzo sia dotato di smussi di guida adeguati, insieme a una corretta lubrificazione, aiuta a realizzare un particolare corretto.

Fuoriuscite di gas

outgassed o-ringsIndicazioni visive: Di solito la guarnizione non mostra alcun cambiamento visibile. In casi estremi, è possibile osservare un ritiro.

Causa: In condizioni di vuoto possono essere rilasciati (volatilizzati) alcuni ingredienti della formula dell’elastomero. Questi componenti possono essere parte della formula dell'elastomero, prodotti di decomposizione degli ingredienti o altri gas intrappolati nella matrice polimerica durante il processo di stampaggio.  Nelle applicazioni per semiconduttori, le molecole di gas che fuoriescono, possono causare contaminazione durante la composizione del wafer. Nelle applicazioni industriali, ciò può influenzare le prestazioni sotto vuoto.

Soluzione: I materiali formulati con polimeri puri e privi di ingredienti volatili (per es. plastificanti, cere, ecc.) garantiscono fuoriuscite minori di gas. Utilizzando materiali tarati alla temperatura corretta per la tua applicazione, si aiuta anche a mantenere la fuoriuscita di gas al livello minimo.

Degradazione causata dai plasmi

Plasma degradation O-ring failureIndicazioni visive: Un segno evidente è la perdita di materiale uniforme sulla superficie della parte a contatto con il plasma. In alcuni casi, è possibile osservare anche residui polverosi sulla superficie della guarnizione e decolorazione a seconda del tipo di filler usato per il materiale.

Causa: I plasmi sono gas ionizzati ad altissima energia e/o radicali, che attaccano la struttura organica del materiale e formano piccole molecole o particelle. L’incisione avviene come un bombardamento di ioni, insieme all’attacco chimico.

Soluzione: Con un’esposizione a lungo termine ai plasmi, i danni alla guarnizione sono inevitabili. La compatibilità chimica del materiale può aiutare a ottenerne la resistenza per tempi più lunghi, migliorando la durata della guarnizione e riducendo i problemi causati dai fermi macchina. Chiedi al tuo esperto di tenuta PPE informazioni sui materiali Perlast®, Nanofluor® e Kimura®, che garantiscono resistenza ai plasmi pari o superiore a molte qualità di FFKM ad alta purezza.

Spiralatura

Sprial O-ring failureIndicazioni visive: La guarnizione mostra, intorno al proprio esterno, uno schema a spirale decisamente rivelatore, con successivo taglio profondo della superficie della guarnizione ad angoli di 45 gradi, dove sono evidenti i più elevati livelli di sforzo.

Causa: La spiralatura di un o-ring può risultare durante il movimento alternativo, dinamico, sia durante l’installazione che in uso. Il livellamento della spiralatura è influenzato negativamente da molti fattori diversi, tra cui, ma non solo, finiture irregolari della superficie, lubrificazione inadeguata, attrito, errori di installazione e componenti eccentrici.

Soluzione: Un materiale più duro per l'o-ring è un buon punto di partenza per la prevenzione della spiralatura. Potreste anche considerare un profilo di tenuta diverso con x-ring (quad ring) e D-seal di PPE, testati per resistere alla spiralatura senza alcuna riduzione delle prestazioni di tenuta.  Se è necessaria una guarnizione con tenuta all'alta pressione, la T-seal fornisce una soluzione di tenuta robusta con anelli di supporto gratuiti. Di solito, X-ring, D-seal e T-seal possono montare scanalature/premistoppa di o-ring esistenti.

Degradazione termica

Thermal degradation O-ring failureIndicazioni visive: Si potrebbero verificare crepe radiali su superfici soggette alle temperature più elevate. Se il materiale di tenuta è incline all’invecchiamento termico, la superficie potrebbe anche diventare più lucida in alcuni punti. La degradazione termica è spesso accompagnata dal cedimento permanente.

Causa: La temperatura dell’applicazione ha superato il limite massimo di temperatura del materiale di tenuta selezionato o si è verificato un ciclaggio eccessivo di temperatura.  Le alte temperature possono aumentare la densità reticolare degli elastomeri con conseguente aumento di durezza e modulo, rendendoli meno elastici.

Soluzione:  La selezione di un materiale elastomerico per temperature più alte rappresenta la soluzione ovvia.  PPE può fornire tenute affidabili a temperature elevate fino a +325°C (+617°F) grazie alla sua gamma diperfluoroelastomeri (FFKM) Perlast®.

Estrusione termica

Thermal extrusion O-ring failureIndicazioni visive: Quando l’o-ring non ha più un profilo circolare, compaiono segni ovvi di cedimento permanente.  Un bordo frastagliato sarà evidente su due lati opposti o aree di ‘erosione’ in cui parti della superficie dell’o-ring sono state danneggiate. In applicazioni soggette ad alta pressione, l’estrusione o l’erosione possono essere evitate sul lato soggetto ad alta pressione rimanendo visibili solo sul lato soggetto a bassa pressione. L’o-ring assume spesso la forma della scanalatura.

Causa:  Il coefficiente di espansione termica (CTE) di un elastomero è tipicamente molto più alto di quello dei particolari circostanti.  Ciò significa che ad alte temperature il volume dell’elastomero aumenterà più di quello del materiale circostante; pertanto, ad alte temperature, gli o-ring possono riempire la scanalatura e, successivamente, estrudere negli spazi vuoti(gioco).

Soluzione:  Il design di scanalature/premistoppa deve essere ottimizzato in modo tale che ci sia spazio sufficiente per accogliere il volume supplementare della guarnizione alle alte temperature ed evitare il ‘riempimento del premistoppa’. Vedere la nostra guida on line per le dimensioni di scanalature/particolari

Degradazione UV

Indicazioni visive: Il primo segno visibile sulle superfici esposte di un o-ring sarà la decolorazione, con eccessiva esposizione eccessiva in materiali predisposti seguita poi da crepe e, in casi estremi, dalla disintegrazione.

Causa: L’esposizione di un materiale elastomerico alla luce ultravioletta può avere un effetto distruttivo. La luce UV è a lunghezza d’onda corta, pertanto è ad alta energia, che può interagire con la struttura molecolare del lato esposto dell'elastomero. Ciò causa generalmente la scissione delle catene dei polimeri e provoca crepe sulla superficie, che porteranno a perdite e a guasti prematuri.

Soluzione: I materiali neri normalmente resistono meglio ai danni da UV rispetto a quelli di altri colori, i materiali fluorurati mostrano anche una resistenza superiore.  Per i processi UV utilizzati nelle procedure di sterilizzazione e nella produzione di semiconduttori, contatta PPE per avere raccomandazioni specifiche sui materiali.

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