Yeni malzemeler serisinin ikinci bölümü kauçuk ile ilgilidir. 1930’larda radyal şaft keçeleri sac bir muhafaza ve deri bir manşondan oluşuyordu. Ancak daha sonra deri kıt ve pahalı hale geldi ve Freudenberg bunu kauçukla değiştirdi.
Kompakt
Simmerring’in Tarihçesi: 1930’larda deri pahalı olduğu için Simmerring‘lerde derinin yerini kauçuk aldı. Kauçuğun boyutsal olarak kararlı ve elastik olarak yeniden kalıplanabilir olduğu, yüksek sıcaklık ve şişme direncine sahip olduğu kanıtlandı1.
Kauçuk üretimi: Doğal veya sentetik kauçuktan yüksek teknolojili kauçuğa (elastomer) giden yol karmaşıktır ve karbon siyahı ve silika gibi dolgu maddeleri, plastikleştiriciler ve yaşlanmayı geciktirici maddeler dahil olmak üzere on ila yirmi bileşenin karışımını gerektirir.
Vulkanizasyon süreçleri: Freudenberg Sealing Technologies (FST), sıkıştırmalı kalıplama (CM) ve enjeksiyon kalıplama (IM) dahil olmak üzere çeşitli vulkanizasyon prosesleri kullanmaktadır. Bu süreçler, otomasyon dereceleri ve işleme türleri bakımından farklılık gösterir.
Kimyasal ve fiziksel özellikler: Kauçuk malzemeler, uygulamaya bağlı olarak çeşitli ortamlara ve sıcaklıklara dayanıklı olmalıdır. Sıcaklıklar yükseldiğinde bir kauçuk contanın hizmet ömrü önemli ölçüde azalır.
Test prosedürleri ve inovasyon: FST, yeni malzemelerin uygulama sınırlarını belirlemek için stres testleri gerçekleştirmektedir. Bu testler gerçek yaşam koşullarını simüle eder ve yeni malzeme çözümlerinin pratik uygunluğu için önemli bulgular sağlar.
Neredeyse 100 yıl önce, ilk Simmerring® deri kılıflı sac bir muhafazadan oluşuyordu. Ancak deri pahalıydı. Freudenberg bunun yerine bir alternatif aradı ve aradığını buldu, geleneksel sızdırmazlık teknolojisi ürününü kauçukla değiştirdi. Kısa sürede ortaya çıktığı gibi, kauçuğun iyi özellikleri ikna ediciydi. Boyutsal olarak stabil ancak elastik olarak yeniden kalıplanabilen kauçuk, diğer özelliklerinin yanı sıra, 1930’larda yaygın olarak kullanılan motor yağlama yağlarına kıyasla çok daha yüksek bir sıcaklık ve şişme direncine sahipti. Bu, kauçuğun bir sızdırmazlık malzemesi olarak günümüze kadar devam eden muzaffer ilerleyişinin başlangıcı oldu – önce Simmerring’lerde, sonra O-ring’lerde, sonra düz contalarda…
Mühendis mi yoksa pastacı mı?
Doğal veya sentetik kauçuktan, teknik olarak elastomerler olarak bilinen yüksek teknoloji kauçuğa giden yol uzun bir yoldur. İster doğal kaynaklı ister sentetik olarak üretilmiş olsun, kauçuk tek başına hiçbir şekilde yeterli değildir. Bir kauçuk bileşiği genellikle on ila 20 bileşenden oluşur. Tıpkı bir kek pişirmek gibi, doğru malzemeler doğru miktarlarda gereklidir.
Sonunda, istenen sonucu ve (tat) deneyimini üreten un, şeker, yumurta, tereyağı, süt veya kakaonun sofistike kombinasyonudur. Kauçuğa ek olarak, karbon siyahı ve silika gibi dolgu maddeleri, mukavemeti ve dayanıklılığı arttırdıkları için mükemmel sakız karışımı için özellikle önemlidir. Buna ek olarak, plastikleştiriciler başlangıçta işleme sırasında akış davranışını ve daha sonra genleşme ve şişme davranışını iyileştirir. Yaşlanma karşıtı maddeler malzemenin yorulmasını yavaşlatırken, diğer bileşenler örneğin ozona karşı koruma sağlar.
Karıştırma tesisi: Tartımdan sevkiyata
Reçeteye bağlı olarak, tüm malzemeler önce Freudenberg Sealing Technologies’in (FST) dünya çapındaki ham karıştırma tesislerinde miligramına kadar tartılır. Daha sonra büyük bir yoğurma makinesinde homojen bir kütle halinde karıştırılır. Bu daha sonra bir haddehanede sürekli katlama ve haddeleme yoluyla daha da homojenleştirilir.
Son olarak, seri üretime eşlik eden testlerde her bir partinin yoğunluğu, sertliği, mukavemeti ve elastikiyeti hassas bir şekilde kontrol edilir. Kalite testi geçildikten sonra, karışım batch-off sistemi olarak adlandırılan bir sistemde soğutulur ve şeritler, kordonlar veya diğer şekilli boşluklar haline getirilir. Bitmiş karışım paketlendikten sonra kalıplama üretim tesislerine gönderilir. FST karıştırma tesislerindeki eğilim, tüm iş adımlarında ağa bağlı makineler, dijitalleşme ve otomasyon yönündedir. Weinheim’daki ham karışım tesisi bunun öncülerinden biridir.
Plastik elastik hale gelir
Sülfür gibi çapraz bağlayıcılar karışımda çok önemli bir bileşendir. Çünkü kek için fırında pişirme ne ise, seri üretimde kalıplama sırasında kauçuk için de vulkanizasyon odur. Vulkanizasyon sırasında kauçuk molekülleri 120 ila 160 santigrat derece sıcaklıkta çapraz bağlanır. Bu çapraz bağlanma kauçuğa elastikiyetini verir ve plastiği elastik hale dönüştürür.
Pişirme benzetmesine son bir kez daha dönecek olursak: FST iyi bir pasta şefi gibi tarifi yazar, malzemeleri karıştırır ve kendisi pişirir. FST sadece “pişirme malzemelerini” satın alır – tıpkı kendi ununu öğütmeyen pasta şefi gibi.
Tek bir amaç için çeşitli süreçler: Kauçuk
FST, kauçuk malzemelerden conta üretmek için çeşitli vulkanizasyon süreçleri kullanır. Bunlardan en önemli ikisi CM ve IM olarak kısaltılır.
Sıkıştırmalı kalıplamada (CM), işlenmemiş parça açık aletin bileşen kalıbına elle yerleştirilir. Pres kapatılır. Isıtma plakaları tarafından üstte ve altta üretilen ısı vulkanizasyon sürecini harekete geçirir. Bu en basit işlemdir.
Enjeksiyon kalıplamada (IM), önceden kordonlar veya bantlar halinde işlenmiş olan bileşik, yüksek basınç altında doğrudan kapalı kalıba enjekte edilir ve orada vulkanize edilir. Bu, en yüksek otomasyon derecesine sahip en karmaşık süreçtir.
Diğer süreçler Transfer Kalıplama (TM) ve Enjeksiyon Transfer Kalıplama (ITM) olarak adlandırılır.
Kullanılan kauçuk malzemeye bağlı olarak, contalar kalıplamadan sonra sonradan ısıtılmalıdır. Son ısıtma fırınında, katkı maddeleri ve işleme yardımcıları gaz çıkarır ve vulkanizasyon ağı sıkıca kapatılır. Kısaca: Sonradan ısıtma, contalara ve malzemelerine nihai özelliklerini kazandırır.
Kimya ve fizik
Uygulamaya bağlı olarak, elastomer conta malzemeleri mineral ve sentetik yağlama yağları ve gresler gibi ortamlara karşı kimyasal olarak dirençli olmalıdır. Soğuk, sıcak, su, nemli hava, sıcak buhar, ozon veya agresif temizlik maddelerine dayanabilmelidirler.
Burada temel kural geçerlidir: Kimyasal reaksiyonların hızı, on santigrat derecelik bir sıcaklık artışıyla iki katına çıkar (RGT kuralı). Tersine bu, sıcaklık arttığında kauçuk contanın hizmet ömrünün büyük ölçüde azaldığı anlamına gelir. Bu nedenle kauçuk malzemelerin ortam direnci yüksek oranda sıcaklığa bağlıdır. Ayrıca daha yüksek basınç, daha yüksek hızlar ve daha yüksek sürtünme nedeniyle de azalır – çünkü tüm bu olaylar sıcaklığı artırır.
Fiziksel açıdan, kauçuk contalar öncelikle şişmeyi, büzülmeyi ve sızdırmazlık malzemesinin permeasyon olarak bilinen bir gaz tarafından nüfuz etmesini önlemekle ilgilidir. Düşük sürtünme aynı zamanda sıcaklığı ve dolayısıyla aşınmayı ve enerji tüketimini azaltır.
Tüm kauçuklar aynı değildir
Kauçuk malzemeler genellikle yüksek sızdırmazlık etkisi ve geri yükleme kuvvetleriyle ilişkili olan yüksek elastikiyet ile karakterize edilir. Doğru yağlayıcı ile birlikte, iyi aşınma ve aşınma direnci ile karakterize edilirler. Bir malzeme olarak kauçuğun dezavantajlarından biri, sertlik eksikliği nedeniyle hidrolik gibi yüksek basınçlı uygulamalar için yalnızca sınırlı ölçüde uygun olmasıdır.
Tüm kauçuklar aynı değildir. Her bir kauçuk malzeme yoğunluk, sertlik, gerilme mukavemeti, deformasyon davranışı, kullanım sıcaklığı aralığı ve diğer birçok özellik bakımından farklılık gösterir. Bu nedenle farklı uygulama alanları için uygundurlar.
Birkaç örnek verelim: Örneğin klasik radyal şaft keçeleri için FST’nin standart malzemesi NBR’dir. HNBR daha yüksek sıcaklık ve ortam direncine sahiptir. Silikon aşınmaya karşı daha az dirençlidir ve bu nedenle özellikle statik contalar için ilk tercihtir. ACM, -40 santigrat dereceye kadar soğuk ve 160 santigrat dereceye kadar sıcak sıcaklıklarla iyi başa çıkabilir ve ayrıca ozon ve sıcak havaya karşı da dayanıklıdır. FKM çok yönlü bir sorun çözücü olarak kendini kanıtlamıştır. FFKM Simriz®, FST’nin proses endüstrisi için sunduğu üst düzey bir çözümdür.
Test tezgahında
Birçok FST tesisinde, test alanları FST’nin yenilikçi gücünün temel bileşenleridir. Yeni malzemelerin uygulama sınırları nelerdir? Elektromobilitede yaygın olan yüksek hızlara dayanabilirler mi? Yeni tip yağlayıcılara, elektrik yükü değişimlerinin sonuçlarına, basınca, soğuğa, sıçrayan suya, kire ve titreşimlere dayanabilirler mi? Test alanındaki stres testleri, gerçeği mümkün olduğunca yakından yansıtır ve yeni malzeme çözümlerinin pratik uygunluğu için önemli bulgular sağlar. Kuzey Kutbu ve çöldeki operasyonlar, su ve çamurda araba yolculukları gibi burada simüle edilebilir. En büyük Simmerring test merkezi Weinheim’dadır. Plymouth’ta FST, hidrojen elektrolizörlerindeki malzemelerin yıllarca sürekli kullanımda kendilerini nasıl kanıtladıklarını hızlı bir şekilde test edebilir.
Ancak, test tezgahında yapılan 1.000 saatlik uzun süreli testler bile, örneğin açık deniz rüzgar türbinlerinde gerekli olduğu gibi, contaların onlarca yıl dayanmasını sağlamak için yeterli değildir. Bunun için dijital simülasyon araçları gereklidir. FST, örneğin statik contalarda kauçuğun uzun süreli yaşlanma davranışı için yıllardır denenmiş ve test edilmiş modeller kullanmaktadır.
Yeni görevler
Kauçuk contalar giderek artan bir şekilde sızdırmazlığın çok ötesine geçen ek görevleri yerine getirmek zorunda kalmaktadır. Bazen elektriksel olarak iletken olmaları, bazen de ısı veya elektromanyetik radyasyona karşı koruma sağlamaları gerekir. Ya da durum izleme olarak bilinen yöntemle ne zaman değiştirilmeleri gerektiğini mümkün olduğunca doğru bir şekilde tahmin edebilmeleri gerekir. FST bunun için de çözümler geliştirmektedir.
