Charakterystyka uszczelek wykonanych z EPDM

Uszczelnienia są jednymi z ważniejszych elementów wszelkiego rodzaju maszyn, urządzeń, konstrukcji i instalacji, będą niezbędne również w przypadku obiektów budowlanych czy przedmiotów codziennego użytku. Każde uszczelnienie musi stanowić barierę, która powstrzyma przed przedostawaniem się do chronionego obszaru określonej substancji – cieczy, gazu czy ciała stałego. Materiały uszczelniające mogą przybierać różne postacie, często są to rozmaite półpłynne masy, pasty, a niekiedy nawet ciecze, najczęściej jednak rolę uszczelnienia pełnią rozmaite elastomery, a więc substancje, które są podatne na odkształcenia i na tyle sprężyste, że po zadziałaniu na nie określonej siły odzyskują przynajmniej w części swój kształt. Ta cecha materiału uszczelniającego zapewnia mu bardzo dobre doleganie do powierzchni, które ma zabezpieczać. Drugą ważną cechą uszczelnienia jest wysoka odporność, na działanie czynników, które mogą przenikać przez chronione połączenie oraz wytrzymywanie zagrożeń związanych z naprężeniem, zmęczeniem materiału, wibracjami czy też rozciąganiem. Większość uszczelniaczy mających postać ciała stałego przybiera formę uszczelki z EPDM, naturalnej gumy, TPE, PVC czy jednego z wielu materiałów wykorzystywanych do ich produkcji. Przyjrzyjmy się bliżej rodzajom najczęściej używanych elastycznych uszczelek i sprawdźmy, jaka jest ich budowa oraz zobaczmy, jak sprawdzają się uszczelki z popularnego EPDM.

Materiały uszczelniające i ich rodzaje

Ilość połączeń, które wymagają odpowiedniego uszczelnienia, jest bardzo duża, podobnie jak rodzajów stosowanych uszczelek. Ich charakterystyka bywa różna w zależności od szczegółowych wymagań, które będą nieco inne w przypadku połączeń statycznych – takich, jak choćby połączenie ze sobą dwóch elementów rurociągu, a zupełnie odmienne w przypadku połączeń ruchomych, np. obracającego się łożyska i osadzonego w nim wałka. W przypadku wielu połączeń, gdzie niezbędne jest zapewnienie wysokiej szczelności między dwoma powierzchniami, stosowane są różne rodzaje uszczelnień płaskich lub przestrzennych, jak popularne o-ringi czy simmeringi. W wielu sytuacjach wymagania co do szczelności nie są tak wysokie, ważny jest jednak bardziej złożony kształt stykających się powierzchni czy ich znaczna długość oraz obciążenie o charakterze statycznym. W takich warunkach niezastąpionym rozwiązaniem będzie stosowanie tzw. uszczelek rowkowych oraz krawędziowych. Gwarantują one zwykle mniejszy poziom nieprzenikalności tworzonej bariery, ze względu na brak ciśnienia, a ich właściwości są nieco zbliżone do uszczelnień sznurowych, choć w tym przypadku elastyczność jest zdecydowanie większa.

Uszczelki krawędziowe i rowkowe są stosowane przede wszystkim w zamykaniu wszelkiego rodzaju klap, osłon, drzwi i pokryw. Zwykle funkcja ochronna wiąże się z powstrzymywaniem cieczy lub gazów, które nie znajdują się pod większym ciśnieniem, choć niekiedy w grę wchodzi podwyższona lub obniżona temperatura, kiedy dotyczy to uszczelniania drzwiczek pieców lub chłodni. Uszczelki tego rodzaju często chronią także komory spalania, włazy rewizyjne zbiorników lub pokrywy zabezpieczające elementy urządzeń elektrycznych czy elektronicznych. Uszczelki rowkowe i krawędziowe są szeroko stosowane w pojazdach wszelkiego typu – używa się ich w drzwiach, pokrywach silników oraz bagażnikach samochodów, sprzętu rolniczego, maszyn budowlanych. Są również stosowane w samolotach, śmigłowcach, jednostkach pływających oraz w budownictwie do zabezpieczania stolarki budowlanej, ale również włazów i klap oddymiających. Szeroko korzysta się z nich w obudowach niektórych maszyn czy urządzeń.

Uszczelki krawędziowe i rowkowe oraz ich budowa i zastosowania

Uszczelki krawędziowe i rowkowe na ogół składają się z dwóch zespolonych ze sobą części – montażowej, która odpowiada za zamocowanie i utrzymywanie stabilności oraz uszczelniającej, gwarantującej właściwe przyleganie do powierzchni chronionego połączenia i odpowiedni stopień nieprzepuszczalności dla rozmaitych czynników zewnętrznych. Część montażowa to na ogół element osadzany w specjalnie wykonanym rowku, np. profilu aluminiowym. Zwykle umieszcza się go w zwężającym się ku górze otworze, a za doleganie do jego ścianek odpowiedzialna jest część, która się w nim blokuje. Może ona mieć profil zbliżony do kotwicy, formę odwróconego trójkąta, rozpierającej się w otworze litery V czy nawet formę okrągłą. W elastomerze, z którego wykonana jest uszczelka, często tworzone są kanały, ułatwiające jej osadzenie w rowku.

Uszczelki krawędziowe są produkowane w wersjach, które są nasadzane na konkretny element, utrzymując się na nim dzięki zaciskaniu się ścianek oraz wypustkom blokującym zsuwanie się. Zazwyczaj mają owe postać warg ustawionych pod takim kątem, by dolegając do materiału, skutecznie hamowały zsuwanie się uszczelki, wykorzystując swoją sprężystość. W wielu przypadkach na częściach, na które nasadza się uszczelki krawędziowe, są wykonywane żłobienia, zagięcia czy ranty ułatwiające utrzymanie się uszczelki w wybranej pozycji. Część uszczelniająca ma równie zróżnicowana geometrię, w zależności od charakterystyki powierzchni oraz potrzeb wynikających z oczekiwanego poziomu szczelności. Często są to połączenia wargowe, ale również profile zamknięte lub otwarte o rozmaitym ukształtowaniu od pustych w środku dzięki wykonanej komorze, przez bardziej złożone, wielokomorowe czy wargowo-komorowe.

W przypadku uszczelek rowkowych oraz krawędziowych element mocujący na ogół jest położony nad lub pod uszczelniającym, albo z boku pod kątem 90°. Zarówno uszczelki rowkowe, jak i krawędziowe nie są stosowane tylko jako prostoliniowe, za sprawą odpowiedniego doboru elastyczności materiału, z jakiego są wykonane, mogą być również osadzane na łukach, możliwy promień zaokrąglenia ściśle zależy jednak od parametrów i profilu części mocującej i roboczej. Jeśli osadzenie uszczelek nie wymaga dużej szczelności – np. wówczas, gdy ich podstawową funkcją jest amortyzacja podczas zamykania lub kiedy ilość zanieczyszczeń nie będzie zbyt wielka, możliwe jest łączenie ciętych uszczelek, które niekiedy są później zgrzewane lub klejone.

Jakie właściwości mają uszczelki z EPDM i jak się je wytwarza?

Konstrukcja uszczelek ma duże znaczenie dla efektywności ich działania, jednak równie ważną funkcję pełni materiał, z jakiego są wykonane. Jednym z chętniej stosowanych elastomerów, z których produkuje się uszczelki krawędziowe i rowkowe, jest terpolimer etylowo-propylenowo-dienowy EPDM (Ethylene Propylene Diene Monomer), nazywany syntetycznym kauczukiem z racji podobnych, lecz znacznie lepszych parametrów użytkowych. EPDM ma bardzo wysoką twardość powierzchniową od 40 do 90° w skali Shoer’a typu A określającą poziom twardości dla materiałów miękkich. Dzięki temu wykazuje się niewielką ścieralnością, co powoduje, że może być używany również tam, gdzie w grę wchodzi znaczne tarcie, utrzymując swoją skuteczność jako uszczelniacza przez długi czas eksploatacji. Ma wysoką rozpiętość temperaturową, w której zachowuje swoje właściwości, zwłaszcza jeśli chodzi o temperatury ujemne, ponieważ dobrze toleruje warunki od –40 do +130°C, w niektórych odmianach nawet 150°C. Wyróżnia się wysoką wytrzymałością na rozerwanie, znaczną plastycznością skutkującą sporą rozciągliwością i elastycznością oraz zdolnością do szybkiego powrotu do poprzedniego kształtu po ustaniu wywieranego na jego powierzchnię nacisku tzw. powrót poodkształceniowy. Jest odporny na promieniowanie UV i nie zachodzi w nim szybki efekt starzenia. EPDM dobrze znosi kontakt z wodą, a także czynnikami atmosferycznymi oraz wieloma chemikaliami. Może zachowywać swoje własności użytkowe w kontakcie z parą wodną, gorącą wodą, olejem hydraulicznym, płynem hamulcowym, acetonem, glikolem, jak również ze słabszymi kwasami i zasadami, środkami myjącymi oraz piorącymi.

EPDM ma także możliwość ulegania szybkiej wulkanizacji, łatwo więc poddawać go procesowi wytłaczania w celu wytwarzania długich profili i uszczelek. Uszczelki z EPDM są produkowane w wytłaczarkach ślimakowych z odpowiednio przygotowanego granulatu. Urządzenia tego rodzaju składają się z cylindrycznego korpusu, w którym znajdują się dwa obracające się współbieżnie wałki z uzwojeniem ślimakowym. Ponieważ ich rdzeń rozszerza się, podczas gdy wymiar zewnętrzny nie ulega zmianie, wraz z przesuwaniem się materiału zajmuje on malejącą przestrzeń. Za sprawą takiej konstrukcji wprowadzany przez lej zsypowy granulat ulega stopniowemu podgrzaniu przez wbudowane w rdzeń ślimaków grzałki, a przemieszczając się wraz z ich obrotami, jest sukcesywnie sprężany. W ten sposób uplastyczniony materiał trafia do wieńczącej cylinder głowicy krzyżowej i przechodzi przez ustnik o kształcie zbliżonym do wytwarzanego profilu. Po wyjściu z dyszy tworzywo jest kalibrowane w celu wyeliminowania tzw. efektu Barusa związanego z jego częściowym rozprężaniem się. Po skurczu związanym z ochładzaniem się materiału profil uzyskuje oczekiwany kształt i jest gotowy do dalszego wykorzystania.