Čo je gumové tesnenie: funkcia, typy, materiály a aplikácie

Čo je tesnenie a na čo slúži?

Tesnenie je mechanické tesnenie umiestnené medzi dvoma protiľahlými povrchmi - zvyčajne prírubami, krytmi alebo krytmi - aby sa zabránilo úniku tekutín, plynov alebo nečistôt cez spoj, keď sú povrchy zoskrutkované alebo zovreté dohromady. Tesnenie vypĺňa mikroskopické nepravidelnosti, škrabance a vlnky, ktoré existujú na dokonca opracovaných kovových povrchoch, čím vytvára súvislú bariéru, ktorú samotný pevný kontakt kov na kov nedokáže dosiahnuť.

Funkcia tesnenia je v podstate kompresná: keď sú spojovacie prvky utiahnuté, materiál tesnenia je stlačený medzi dvoma plochami. Toto stlačenie núti tesnenie, aby sa prispôsobilo topografii povrchu na oboch stranách, čím sa utesní akákoľvek možná cesta úniku okolo obvodu spoja. Tesnenie si musí zachovať toto tesnenie za prevádzkových podmienok spoja – vrátane vnútorného tlaku, teplotných cyklov, vibrácií a vystavenia chemikáliám – počas životnosti zostavy.

Tesnenia sa líšia od O-krúžkov a mechanických tesnení v geometrii a aplikácii, hoci všetky tri sú tesniace zariadenia. Tesnenie je plochý alebo tvarovaný listový komponent, ktorý utesňuje statický (nepohyblivý) spoj – príruby potrubia, kryty hláv valcov, telesá ventilov, kryty výmenníkov tepla a kontrolné dosky. O-krúžky tesnia v drážke pri radiálnom alebo axiálnom stlačení. Mechanické upchávky sú dynamické zariadenia, ktoré utesňujú rotujúce hriadele. Pri každodennom priemyselnom a mechanickom používaní sa však „gumené tesnenie“ a „gumové tesnenie“ často používajú zameniteľne, keď sa odkazuje na ploché elastomérne tesniace komponenty.

Čo je a Gumové tesnenie ?

Gumové tesnenie je tesniaci komponent vyrezaný, vylisovaný alebo vytlačený z elastomérneho materiálu – prírodného kaučuku alebo jednej zo širokej škály syntetických kaučukových zmesí – aby sa zmestil medzi dve spojovacie plochy. Elastomérna povaha gumy je presne to, čo ju robí vhodnou na tesnenie: guma sa deformuje pri stlačení bez prasknutia, zotaví sa, keď sa zaťaženie čiastočne uvoľní, a prispôsobí sa malým vychýleniam a povrchovým nerovnostiam, ktoré pevné tesniace materiály nedokážu premostiť bez úniku.

Gumové tesnenia sa vyrábajú vo forme plochého plechu (vyrezané alebo lisované z gumového plechu), lisované (lisované alebo vstrekované do špecifického profilu) alebo ako extrudované profily (pre súvislé tesnenie vo dverách, prielezoch, krytoch a oknách). Gumové tesnenia – najbežnejší typ pre prírubové spoje rúr a zariadení – sú dostupné v hrúbkach od 0,5 mm do 25 mm a v rôznych stupňoch tvrdosti (Shore A 40–80 je typický pre aplikácie tesnení) v závislosti od kompresného zaťaženia a požiadaviek na tesnenie.

Účelom gumového tesnenia v porovnaní s kovovými alebo nekovovými alternatívami (PTFE, stlačené vlákno, grafitová špirála) je predovšetkým cena, dostupnosť a výkon na spojoch s nižším tlakom a nižšou teplotou. Gumové tesnenia sú správnou voľbou pre zásobovanie vodou, HVAC, potravinárske, pneumatické a všeobecné chemické prevádzky až do miernych tlakov a teplôt. Pre vysokoteplotnú paru, extrémny tlak alebo silne oxidujúce chemické použitie sú špecifikované negumové tesniace materiály.

Typy gumových tesnení a tesnení

Rôzne gumové zmesi ponúkajú rôzne kombinácie teplotnej odolnosti, chemickej znášanlivosti, odolnosti voči deformácii v tlaku a mechanickej pevnosti. Výber správneho typu gumy pre prevádzkové prostredie je najdôležitejším rozhodnutím v špecifikácii tesnenia – chemicky nekompatibilná guma počas prevádzky napučí, stvrdne, praskne alebo sa rozpustí, čo spôsobí zlyhanie spoja bez ohľadu na správnu inštaláciu.

Prírodný kaučuk (NR)

Prírodný kaučuk má vynikajúcu pevnosť v ťahu, vysokú elasticitu a dobrú odolnosť proti oderu. Funguje dobre vo vodárenskom prostredí a v prostredí so zriedenými kyselinami, ale je napadnutý olejmi na báze ropy, palivami a ozónom. Rozsah teplôt je približne -50 °C až 80 °C. Tesnenia z prírodného kaučuku sa používajú vo vodovodných potrubiach, potravinárskych aplikáciách a všeobecných pneumatických službách, kde nedochádza ku kontaktu s uhľovodíkmi.

Nitrilový kaučuk (NBR)

Nitrilová (akrylonitril-butadiénová) guma je štandardnou voľbou pre olejové a palivové služby. Jeho obsah akrylonitrilu (v rozmedzí od 18 % do 50 % v závislosti od kvality) určuje jeho odolnosť voči napučiavaniu uhľovodíkov – vyšší obsah nitrilu znamená lepšiu odolnosť voči oleju, ale nižšiu pružnosť pri nízkych teplotách. Tesnenia NBR sa široko používajú v hydraulických systémoch, automobilových motoroch, zariadeniach na manipuláciu s palivom a priemyselných strojoch všade tam, kde sú prítomné ropné kvapaliny. Teplotný rozsah je typicky -40 °C až 120 °C.

EPDM (etylén propylén diénový monomér)

EPDM má vynikajúcu odolnosť voči poveternostným vplyvom, ozónu a UV žiareniu – najlepšiu zo všetkých bežných elastomérov – v kombinácii s vynikajúcim výkonom v horúcej vode a pare až do približne 150 °C. Je to štandardný tesniaci materiál pre HVAC potrubia, systémy na úpravu vody, strešné membrány a vonkajšie elektrické kryty. EPDM nie je kompatibilný s ropnými olejmi alebo palivami, ktoré spôsobujú rýchle napučiavanie. Je to tiež preferovaný tesniaci materiál pre systémy pitnej vody, pretože spĺňa požiadavky NSF/ANSI 61 pre kontakt s pitnou vodou.

Neoprén (CR – Chloroprénová guma)

Neoprén ponúka vyvážený profil: strednú odolnosť voči olejom, dobrú odolnosť voči poveternostným vplyvom a ozónu, odolnosť voči plameňu a užitočný teplotný rozsah od -40 °C do 120 °C. Je široko používaný v chladiacich systémoch (kompatibilných s mnohými chladivami), námorných aplikáciách a vonkajších tesneniach, kde je potrebná odolnosť voči poveternostným vplyvom a mierna chemická odolnosť. Neoprén je často predvolený tam, kde ani zaostrenie oleja NBR, ani zaostrenie EPDM voda/počasie presne nezodpovedá aplikácii.

Silikónová guma (VMQ)

Silikónová guma má najširší užitočný teplotný rozsah zo všetkých elastomérnych tesniacich materiálov: -60 °C až 200 °C, s niektorými špeciálnymi triedami až do 250 °C. Má vynikajúcu odolnosť voči deformácii v tlaku (udržiava si svoju tesniacu silu v priebehu času bez trvalej deformácie) a je v súlade s FDA pre styk s potravinami vo väčšine tried. Silikón nie je odolný voči ropným olejom alebo pare nad 120 °C a jeho pevnosť v roztrhnutí je nižšia ako u iných typov gumy, takže nie je vhodný pre mechanické aplikácie s vysokým namáhaním. Je štandardom v zariadeniach na spracovanie potravín, farmaceutickej výrobe, zdravotníckych pomôckach a tesneniach pre pece a spotrebiče pri vysokej teplote.

Viton (FKM - Fluoroelastomer)

Fluoroelastomér (Viton je obchodný názov DuPont; FKM je označenie ISO) ponúka najširšiu chemickú odolnosť zo všetkých gumových tesniacich materiálov – odolných voči ropným palivám, olejom, hydraulickým kvapalinám, mnohým kyselinám a aromatickým uhľovodíkom – v kombinácii s teplotným rozsahom od -20 °C do 200 °C. FKM je určený pre náročné chemické spracovanie, letecké palivové systémy a aplikácie vysokoteplotných motorov, kde by iné gumy zlyhali. Jeho cena je výrazne vyššia ako u NBR alebo EPDM, takže je vyhradený pre aplikácie, kde nie je možné inak splniť požiadavky na chemickú kompatibilitu alebo teplotu.

Na čo sa používajú tesnenia? Aplikácie v rôznych odvetviach

Tesnenia sú prítomné prakticky v každom mechanickom systéme, ktorý obsahuje stlačenú kvapalinu alebo plyn. Ich aplikácie zahŕňajú priemyselné odvetvia od inštalatérskych prác v domácnostiach až po letecký priemysel, kde sa statický spoj musí časom spoľahlivo utesniť.

Inštalatérske a vodné systémy

Gumové tesnenia sa nachádzajú vo vnútri armatúr kohútikov, hadicových spojok, prírubových spojov vo vodovodnom potrubí, armatúr ohrievača vody a plniacich ventilov toaliet. EPDM a prírodný kaučuk dominujú v tomto segmente vďaka ich kompatibilite s vodou a súladu s normami pre styk s pitnou vodou. Plochá gumená podložka vo vnútri armatúry záhradnej hadice je jednou z najrozšírenejších aplikácií tesnení pri každodennom používaní.

Automobilový priemysel a stroje

Tesnenia krytu ventilov motora, tesnenia olejovej vane, tesnenia krytu termostatu a tesnenia vane prevodovky sú gumené alebo gumové kompozitné tesnenia, ktoré zabraňujú úniku oleja a chladiacej kvapaliny v statických spojoch na bloku motora a pomocných komponentoch. NBR je štandard pre tesnenia prichádzajúce do styku s olejom; silikón a EPDM sa používajú na spoje chladiaceho okruhu a na miesta s vysokou teplotou v blízkosti výfuku. Porucha tesnenia – najmä tesnenia hlavy valcov, ktoré je skôr z vysokovýkonného kompozitu než z obyčajnej gumy – patrí medzi najdrahšie mechanické poruchy pri údržbe automobilov, čo podčiarkuje kritickú funkciu, ktorú tieto komponenty vykonávajú.

Priemyselné potrubné príruby

Prírubové potrubné spoje v chemických závodoch, rafinériách, zariadeniach na úpravu vody a spracovateľskom priemysle sa spoliehajú na tesnenia na utesnenie rozhrania medzi časťami potrubia, ventilmi, čerpadlami a nádobami. Gumové tesnenia – zvyčajne celoplošný alebo prstencový typ s vyvýšeným povrchom – sú štandardom pre nízkotlakové vodovodné, parné a chemické potrubia. Pre vyšší tlak, zvýšenú teplotu alebo agresívnu chemickú prevádzku nahrádzajú gumu špirálovo vinuté kovové tesnenia alebo kovové tesnenia prstencového spoja (RTJ).

Vybavenie na spracovanie potravín a farmaceutické výrobky

Tesnenia v potravinárskom a farmaceutickom spracovaní musia okrem tesniacej funkcie spĺňať zhodu FDA, NSF alebo EC 1935/2004 pre materiály prichádzajúce do styku s potravinami. Silikón a EPDM sú preferované materiály – oba sú dostupné v triedach vyhovujúcich FDA, odolávajú cyklom chemického čistenia CIP (clean-in-place) a nedodávajú výrobkom chuť ani zápach. Trojsvorkové sanitárne tesnenia – ploché krúžkové tesnenia používané v sanitárnych potrubných armatúrach z nehrdzavejúcej ocele – sú štandardizovaným tvarovým faktorom používaným v potravinárskych, nápojových, mliečnych a farmaceutických výrobných linkách.

Elektrické skrine a elektronika

Gumové tesnenia utesňujú spoje dverí a krytov elektrických skríň, rozvodných skríň a krytov vonkajších zariadení, aby sa dosiahli hodnoty IP (Ingress Protection) proti vode a prachu. Správne nainštalované tesnenie z EPDM alebo neoprénovej peny na dverách krytu s krytím IP66 udržuje utesnené prostredie, ktoré chráni elektroniku pred vniknutím vody, kondenzáciou a kontamináciou. Stlačenie tesnenia, kontinuita okolo rohov a materiálová kompatibilita s čistiacimi prostriedkami sú všetky faktory na udržanie menovitého IP výkonu počas životnosti krytu.

Čo sú tesnenia v nohaviciach? (Nepremokavé odevné tesnenia)

Vo vodeodolnom technickom oblečení – lyžiarskych nohaviciach, suchých kombinézach, jachtárskych nohaviciach a outdoorových odevoch – „tesnenia“ označujú latexové alebo neoprénové tesnenia na otvoroch na zápästí, členkoch a krku, ktoré zabraňujú vniknutiu vody na rozhraní tela a odevu. Termín sa najčastejšie používa pri potápaní v suchom obleku a pádlovaní na divokej vode, kde musí oblek zostať úplne utesnený, aby udržal nositeľa v suchu, keď je ponorený alebo v drsnej vode.

Tesnenia suchého obleku na zápästie a krk sú zvyčajne vylisované z tenkej latexovej gumy, ktorá vytvára vodotesné tesnenie proti pokožke prostredníctvom elastického stlačenia. Latexové tesnenia sú účinné, ale krehké – sú najčastejším bodom údržby suchého obleku a vyžadujú pravidelné mazanie mastencom alebo silikónovým sprejom a výmenu každých 2–5 rokov v závislosti od vystavenia UV žiareniu a frekvencie používania. Neoprénové tesnenia sú odolnejšie a teplejšie, ale poskytujú menej úplné vodotesnosť ako latex, vďaka čomu sú preferované pre miernejšie podmienky. V lyžiarskych a outdoorových nohaviciach slúži jednoduchší vnútorný členkový návlek vyrobený zo strečovej látky alebo neoprénu na podobný účel – zabraňuje vniknutiu snehu a vody na rozhranie topánky – a v niektorých popisoch produktov sa hovorovo označuje ako tesnenie.