Ce este o garnitură de cauciuc: funcție, tipuri, materiale și aplicații

Ce este o garnitură și ce face?

O garnitură este o etanșare mecanică plasată între două suprafețe de îmbinare - de obicei flanșe, capace sau carcase - pentru a preveni scurgerile de fluide, gaze sau contaminanți prin îmbinare atunci când suprafețele sunt prinse cu șuruburi sau prinse împreună. Garnitura umple neregularitățile microscopice, zgârieturile și ondulațiile care există chiar și pe suprafețele metalice prelucrate, creând o barieră continuă pe care un contact rigid metal-metal singur nu o poate realiza.

Funcția unei garnituri este fundamental compresivă: atunci când elementele de fixare a îmbinării sunt strânse, materialul garniturii este comprimat între cele două fețe. Această compresie forțează garnitura să se conformeze topografiei suprafeței pe ambele părți, etanșând orice cale potențială de scurgere în jurul perimetrului îmbinării. Garnitura trebuie să mențină această etanșare în condițiile de funcționare ale îmbinării - inclusiv presiunea internă, ciclul de temperatură, vibrații și expunerea la substanțe chimice - pe durata de viață a ansamblului.

Garniturile sunt distincte de inelele O și etanșările mecanice în geometrie și aplicare, deși toate trei sunt dispozitive de etanșare. O garnitură este o componentă de tablă plană sau conturată care etanșează o îmbinare statică (nemișcată) - flanșe de țeavă, capace de chiulasă, corpuri de supape, capace de schimbător de căldură și plăci de inspecție. Inelele O etanșează într-o canelură sub compresie radială sau axială. Etanșările mecanice sunt dispozitive dinamice care etanșează arbori rotativi. Cu toate acestea, în utilizarea industrială și mecanică de zi cu zi, „etanșare din cauciuc” și „garnitură din cauciuc” sunt adesea folosite în mod interschimbabil atunci când se referă la componentele de etanșare elastomerice plate.

Ce este a Garnitură de cauciuc ?

O garnitură de cauciuc este o componentă de etanșare tăiată, turnată sau extrudată dintr-un material elastomeric - cauciuc natural sau unul dintr-o gamă largă de compuși de cauciuc sintetic - pentru a se potrivi între două fețe de îmbinare. Natura elastomerică a cauciucului este exact ceea ce îl face bine potrivit pentru garnituri: cauciucul se deformează sub compresie fără a se fractura, se recuperează atunci când sarcina este eliberată parțial și se adaptează la dezaliniri minore și neregularități de suprafață pe care materialele rigide ale garniturii nu le pot acoperi fără scurgeri.

Garniturile de cauciuc sunt fabricate sub formă de tablă plată (tăiată sau ștanțată din tablă de cauciuc), formă turnată (turnată prin comprimare sau injecție pe un anumit profil) sau ca profile extrudate (pentru etanșări continue în uși, trape, dulapuri și ferestre). Garniturile din cauciuc din tablă – cel mai comun tip pentru îmbinările de țevi și echipamente cu flanșă – sunt disponibile în grosimi de la 0,5 mm până la 25 mm și într-o gamă de grade de duritate (Shore A 40–80 este tipic pentru aplicațiile de garnitură) în funcție de sarcina de compresie și cerința de etanșare.

Scopul unei garnituri de cauciuc peste alternative metalice sau nemetalice (PTFE, fibră comprimată, spirală de grafit) este în primul rând costul, disponibilitatea și performanța la îmbinările cu presiune mai mică și temperatură mai scăzută. Garniturile de cauciuc sunt alegerea potrivită pentru alimentarea cu apă, HVAC, prelucrarea alimentelor, pneumatice și servicii chimice generale până la presiuni și temperaturi moderate. Pentru abur la temperatură înaltă, presiune extremă sau servicii chimice puternic oxidante, sunt specificate materiale pentru garnituri fără cauciuc.

Tipuri de garnituri și garnituri din cauciuc

Diferiții compuși de cauciuc oferă diferite combinații de rezistență la temperatură, compatibilitate chimică, rezistență la compresie și rezistență mecanică. Selectarea tipului corect de cauciuc pentru mediul de operare este cea mai critică decizie în specificația garniturii - un cauciuc incompatibil chimic se va umfla, se va întări, se va crăpa sau se va dizolva în timpul funcționării, provocând defecțiunea îmbinării, indiferent de instalarea corectă.

Cauciuc natural (NR)

Cauciucul natural are o rezistență excelentă la tracțiune, elasticitate ridicată și rezistență bună la abraziune. Funcționează bine în serviciul de apă și medii acide diluate, dar este atacat de uleiurile, combustibilii și ozonul pe bază de petrol. Intervalul de temperatură este de aproximativ -50°C până la 80°C. Garniturile din cauciuc natural sunt utilizate în rețeaua de apă, aplicații de calitate alimentară și servicii pneumatice generale, unde contactul cu hidrocarburile este absent.

Cauciuc nitrilic (NBR)

Cauciucul nitril (acrilonitril-butadienă) este alegerea standard pentru ulei și combustibil. Conținutul său de acrilonitril (variand de la 18% la 50% în funcție de grad) determină rezistența sa la umflarea hidrocarburilor - conținutul mai mare de nitril înseamnă o rezistență mai bună la ulei, dar o flexibilitate mai scăzută la temperaturi scăzute. Garniturile NBR sunt utilizate pe scară largă în sistemele hidraulice, motoarele de automobile, echipamentele de manipulare a combustibilului și mașinile industriale, oriunde sunt prezente fluide petroliere. Intervalul de temperatură este de obicei de la -40°C la 120°C.

EPDM (monomer de etilenă propilen dienă)

EPDM are o rezistență remarcabilă la intemperii, la ozon și la UV - cel mai bun dintre orice elastomer obișnuit - combinat cu performanțe excelente în serviciul cu apă caldă și abur până la aproximativ 150°C. Este materialul standard al garniturii pentru conductele HVAC, sistemele de tratare a apei, membranele de acoperiș și carcasele electrice exterioare. EPDM nu este compatibil cu uleiurile din petrol sau combustibilii, care provoacă umflare rapidă. Este, de asemenea, materialul de garnitură preferat pentru sistemele de apă potabilă, deoarece îndeplinește cerințele NSF/ANSI 61 pentru contactul cu apa potabilă.

Neopren (CR — Cauciuc cloropren)

Neoprenul oferă un profil echilibrat: rezistență moderată la ulei, rezistență bună la intemperii și la ozon, rezistență la flacără și un interval util de temperatură de la -40°C la 120°C. Este utilizat pe scară largă în sistemele de refrigerare (compatibile cu mulți agenți frigorifici), aplicații marine și etanșări ale carcasei exterioare, unde sunt necesare atât rezistență la intemperii, cât și rezistență chimică moderată. Neoprenul este adesea implicit în cazul în care nici concentrarea uleiului NBR, nici concentrarea EPDM pe apă/meteor nu se potrivește exact aplicației.

Cauciuc siliconic (VMQ)

Cauciucul siliconic are cel mai larg interval de temperatură utilă dintre orice material elastomeric pentru garnituri: -60°C până la 200°C, cu unele clase de specialitate evaluate la 250°C. Are o rezistență excelentă la compresiune (își menține forța de etanșare în timp fără deformare permanentă) și este conform FDA pentru contactul cu alimentele în majoritatea claselor. Siliconul nu este rezistent la uleiuri de petrol sau abur de peste 120°C, iar rezistența sa la rupere este mai mică decât alte tipuri de cauciuc, ceea ce îl face nepotrivit pentru aplicații mecanice cu solicitări ridicate. Este standard în echipamentele de procesare a alimentelor, producția farmaceutică, dispozitivele medicale și sigiliile pentru cuptoare și aparate de înaltă temperatură.

Viton (FKM - fluoroelastomer)

Fluoroelastomer (Viton este denumirea comercială DuPont; FKM este denumirea ISO) oferă cea mai largă rezistență chimică a oricărui material de garnitură de cauciuc - rezistent la combustibili petrolieri, uleiuri, fluide hidraulice, mulți acizi și hidrocarburi aromatice - combinat cu un interval de temperatură de la -20°C la 200°C. FKM este specificat pentru procesarea chimică solicitantă, sistemele de combustibil aerospațial și aplicațiile de motoare la temperatură înaltă în care alte cauciucuri ar eșua. Costul său este semnificativ mai mare decât NBR sau EPDM, deci este rezervat aplicațiilor în care cerințele de compatibilitate chimică sau temperatură nu pot fi îndeplinite altfel.

La ce sunt folosite garniturile? Aplicații în diverse industrii

Garniturile sunt prezente în aproape orice sistem mecanic care conține fluid sau gaz sub presiune. Aplicațiile lor acoperă industrii, de la instalații sanitare rezidențiale la aerospațiale, oriunde o îmbinare statică trebuie etanșată în mod fiabil în timp.

Sisteme sanitare și de apă

Garniturile de cauciuc se găsesc în interiorul fitingurilor de la robinet, conectorii furtunurilor, îmbinările cu flanșe în rețeaua de apă, fitingurile pentru încălzirea apei și supapele de umplere a toaletei. EPDM și cauciucul natural domină acest segment datorită compatibilității cu apa și conformității cu standardele de contact cu apa potabilă. Șaiba plată din cauciuc din interiorul unui furtun de grădină este una dintre cele mai răspândite aplicații pentru garnituri în utilizarea de zi cu zi.

Automobile și mașini

Garniturile capacului supapelor motorului, garniturile baii de ulei, garniturile carcasei termostatului și garniturile baii de transmisie sunt toate garnituri din cauciuc sau cauciuc compozit care previn scurgerile de ulei și lichid de răcire la îmbinările statice de pe blocul motor și componentele auxiliare. NBR este standard pentru garniturile de contact cu uleiul; siliconul și EPDM sunt utilizate pentru îmbinările circuitului de răcire și locații cu temperatură ridicată în apropierea evacuarii. Defecțiunea garniturii - în special garnitura chiulasei, care este un compozit de înaltă performanță, mai degrabă decât cauciucul simplu - este printre cele mai scumpe defecțiuni mecanice în întreținerea auto, subliniind funcția critică pe care o îndeplinesc aceste componente.

Flanse pentru conducte industriale

Îmbinările țevilor cu flanșe din fabricile chimice, rafinăriile, instalațiile de tratare a apei și industriile de proces se bazează pe garnituri pentru a etanșa interfața dintre secțiunile de țevi, supape, pompe și vase. Garniturile din tablă de cauciuc - de obicei de tip inel cu față completă sau cu față înălțată - sunt standardul pentru conductele de apă, abur și produse chimice la presiune mai mică. Pentru presiune mai mare, temperatură ridicată sau servicii chimice agresive, garniturile metalice înfăşurate în spirală sau garniturile metalice de tip inel (RTJ) înlocuiesc cauciucul.

Echipamente de prelucrare a alimentelor și farmaceutice

Garniturile din procesarea alimentară și farmaceutică trebuie să respecte conformitatea FDA, NSF sau EC 1935/2004 pentru materialele care vin în contact cu alimentele, în plus față de îndeplinirea funcției lor de etanșare. Siliconul și EPDM sunt materialele preferate - ambele sunt disponibile în clase conforme cu FDA, rezistă la ciclurile de curățare chimică CIP (curățare la loc) și nu conferă gust sau miros produselor. Garniturile sanitare cu trei cleme - garniturile cu inel plat utilizate la fitingurile sanitare din oțel inoxidabil - sunt un factor de formă standardizat utilizat în liniile de producție de produse alimentare, băuturi, produse lactate și farmaceutice.

Carcase electrice și electronice

Garniturile de cauciuc etanșează ușa și acoperă îmbinările dulapurilor electrice, cutiilor de joncțiune și carcaselor echipamentelor de exterior pentru a obține cotele IP (protecție la intrare) împotriva apei și prafului. O garnitură EPDM sau spumă de neopren instalată corect pe o ușă de carcasă cu clasificare IP66 menține mediul etanș care protejează electronicele de pătrunderea apei, condens și contaminare. Compresia garniturii, continuitatea în jurul colțurilor și compatibilitatea materialului cu agenții de curățare sunt toți factori în menținerea performanței IP nominale pe durata de viață a carcasei.

Ce sunt garniturile în pantaloni? (Sigilii de îmbrăcăminte impermeabile)

În îmbrăcămintea tehnică impermeabilă – pantaloni de schi, costume uscate, pantaloni de navigație și articole de îmbrăcăminte pentru exterior – „garniturile” se referă la garniturile din latex sau neopren de la încheietura mâinii, glezne și gât care împiedică intrarea apei la interfața corp-îmbrăcăminte. Termenul este cel mai frecvent folosit în scufundări cu costum uscat și vâslit în apă albă, unde costumul trebuie să rămână complet sigilat pentru a menține purtătorul uscat atunci când este scufundat sau în apă agitată.

Garniturile pentru încheietura mâinii și gâtul pentru costumul uscat sunt de obicei turnate din cauciuc subțire de latex, care formează o etanșare etanșă împotriva pielii prin compresie elastică. Garniturile din latex sunt eficiente, dar fragile - sunt cel mai frecvent punct de întreținere a costumelor uscate, necesitând lubrifiere periodică cu talc sau spray de silicon și înlocuire la fiecare 2-5 ani, în funcție de expunerea la UV și frecvența de utilizare. Garniturile din neopren sunt mai durabile și mai calde, dar asigură o etanșare la apă mai puțin completă decât latexul, ceea ce le face preferate pentru condiții mai blânde. La pantalonii de schi și de exterior, un ghet interior mai simplu al gleznei, fabricat din țesătură elastică sau neopren, are un scop similar - împiedică pătrunderea zăpezii și a apei la interfața bocancilor - și este denumită în mod colocvial garnitură în unele descrieri de produse.