Wodoodporne uszczelki silikonowe: projektowanie, testy ściskania i szczelności

Wodoodporne uszczelki silikonowe znajdują szerokie zastosowanie w obudowach urządzeń elektronicznych, oświetleniu zewnętrznym, czujnikach, systemach akumulatorowych, panelach sterowania, urządzeniach gospodarstwa domowego, częściach samochodowych, sprzęcie medycznym oraz zespołach przemysłowych.

Chociaż silikon charakteryzuje się doskonałą elastycznością, odpornością na temperaturę i warunki atmosferyczne, sam materiał nie gwarantuje wodoodporności. Niezawodne uszczelnienie zależy od wzajemnego oddziaływania między profilem uszczelki, wymiarami rowka, stopniem ściśnięcia, sztywnością obudowy, wykończeniem powierzchni, metodą montażu oraz procedurą walidacji.

Dlatego też nabywcy przemysłowi i inżynierowie ds. zaopatrzenia powinni dobierać wodoodporne elementy uszczelniające z uwzględnieniem całościowych warunków eksploatacji, a nie wyłącznie na podstawie wymiarów uszczelki lub twardości materiału.

W niniejszym przewodniku wyjaśniono kluczowe czynniki związane z projektowaniem, kompresją, materiałami, produkcją oraz testowaniem szczelności, które mają znaczenie w przypadku niestandardowych wodoodpornych uszczelek silikonowych.

Czym jest wodoszczelna uszczelka silikonowa?

Wodoodporna uszczelka silikonowa to element elastomerowy, który zapobiega przedostawaniu się wody lub wilgoci przez miejsce styku dwóch połączonych elementów.

Po odpowiednim ściśnięciu silikon wypełnia niewielkie szczeliny, ślady obróbki, odchylenia formowania oraz nierówności powierzchni. Zapewnia to stały nacisk styku między uszczelką a powierzchniami współpracującymi.

Do typowych wodoodpornych elementów uszczelniających z silikonu należą:

• Silikonowe pierścienie typu O-ring
• Płaskie uszczelki silikonowe
• Prostokątne pierścienie uszczelniające
• Uszczelki w kształcie litery D
• Uszczelnienia wargowe
• Puste w środku uszczelki silikonowe
• Uszczelnienia promieniowe wału
• Uszczelki złączy
• Uszczelnienia przepustów kablowych
• Membrany przyciskowe
• Uszczelki silikonowe formowane metodą overmolding
• Uszczelki do obudów formowane na zamówienie

Wybór odpowiedniej konstrukcji uszczelniającej zależy od tego, czy dany układ będzie narażony na działanie deszczu, rozprysków, czasowego zanurzenia, ciągłego zanurzenia, mycia pod ciśnieniem, kondensacji, pary wodnej lub wewnętrznego ciśnienia płynu.

Wodoodporność nie oznacza tego samego w każdym przypadku

Przed wyborem uszczelki silikonowej nabywca powinien dokładnie określić, co oznacza pojęcie “wodoodporność” w odniesieniu do gotowego produktu.

Uszczelnienie przeznaczone wyłącznie do ochrony przed deszczem może nie wytrzymać zanurzenia. Uszczelka, która przejdzie krótki test natryskowy, może nadal przeciekać po cyklach termicznych lub długotrwałym ściskaniu.

Do najważniejszych warunków stosowania należą:

• Kierunek strumienia wody
• Ciśnienie wody
• Głębokość zanurzenia
• Czas trwania zanurzenia
• Częstotliwość ekspozycji
• Temperatura pracy
• Cykl termiczny
• Ciśnienie wewnętrzne lub zewnętrzne
• Ruch na rynku mieszkaniowym
• Przewidywany okres eksploatacji
• Metody czyszczenia
• Narażenie na działanie substancji chemicznych

Przed rozpoczęciem produkcji narzędzi należy określić wymagany poziom ochrony.

Typowe konstrukcje wodoodpornych uszczelek silikonowych

Silikonowe pierścienie typu O-ring

Pierścienie typu O mają okrągły przekrój poprzeczny i są zazwyczaj montowane w wyfrezowanych lub odlewanych rowkach.

Są one często wykorzystywane do:

• Obudowy czujników
• Elementy armatury rurowej
• Zespoły zaworów
• Pokrywy akumulatorów
• Złącza elektryczne
• Obudowy cylindryczne
• Elementy pompy

Pierścień typu O może zapewnić niezawodne uszczelnienie wodoodporne, gdy rowek reguluje stopień ściśnięcia i zapobiega nadmiernemu przemieszczaniu się.

Pierścienie uszczelniające typu O-ring sprawdzają się szczególnie dobrze w zespołach o kształcie okrągłym lub symetrycznym. Mogą się jednak skręcać, zwijać, rozciągać lub przesuwać, jeśli rowek i proces montażu nie zostaną odpowiednio zaprojektowane.

Płaskie uszczelki silikonowe

Płaskie uszczelki silikonowe są ściskane między dwiema stykającymi się powierzchniami. Znajdują one częste zastosowanie w prostokątnych pokrywach, panelach, pokrywkach i obudowach.

Typowe zastosowania obejmują:

• Skrzynki elektryczne do zastosowań zewnętrznych
• Przemysłowe panele sterowania
• Obudowy opraw oświetleniowych
• Pokrowce na sprzęt AGD
• Okienka kontrolne
• Drzwi do pomieszczeń technicznych

Płaskie uszczelki zapewniają dużą powierzchnię uszczelniającą i mogą dostosować się do nieregularnych kształtów obudowy. Należy jednak zadbać o równomierny rozkład położenia elementów mocujących oraz siły docisku.

Jeśli odległości między śrubami są zbyt duże, obudowa może ulec wygięciu między punktami mocowania, co może spowodować powstanie miejscowych nieszczelności.

Uszczelki o przekroju prostokątnym i kwadratowym

Profile prostokątne zapewniają szeroką, stabilną powierzchnię styku i rzadziej się obracają podczas montażu.

Uszczelki te sprawdzają się w następujących zastosowaniach:

• Płytkie rowki
• Duże osłony obudowy
• Obudowy z tworzywa sztucznego
• Stacjonarne zespoły przemysłowe
• Części wymagające precyzyjnego ustawienia

Konstrukcja powinna zapewniać wystarczającą przestrzeń na boczne rozszerzanie się materiału podczas ściskania.

Uszczelki w kształcie litery D

Uszczelki w kształcie litery D mają płaską stronę montażową i zakrzywioną powierzchnię dociskową.

Są one powszechnie stosowane do:

• Drzwi dostępowe
• Szafy na sprzęt
• Obudowy do zastosowań zewnętrznych
• Obudowy pojazdów
• Pokrowce ochronne

Płaska podstawa pomaga ustabilizować uszczelkę, natomiast zaokrąglona górna powierzchnia zapewnia kontrolowane odkształcenie.

Uszczelki w kształcie litery D mogą być formowane jako zamknięte pierścienie lub wytwarzane z profili wytłaczanych z łączonymi elementami.

Uszczelnienia wargowe

Uszczelnienie wargowe wykorzystuje jedną lub więcej cienkich, elastycznych krawędzi w celu utrzymania styku uszczelniającego.

Uszczelnienia wargowe sprawdzają się w następujących sytuacjach:

• Siła montażu musi pozostać niewielka
• Powierzchnia styku porusza się
• Wymagane jest uszczelnienie promieniowe
• Konieczne jest zastosowanie dodatkowej bariery przeciwpyłowej
• W mieszkaniu jest mało miejsca

Podczas montażu należy chronić uszczelkę przed zagięciem, rozerwaniem lub nadmiernym ściśnięciem.

Puste uszczelki silikonowe

Puste w środku profile silikonowe ulegają ściśnięciu łatwiej niż uszczelki pełne. Stosuje się je często w sytuacjach, gdy wymagana jest duża powierzchnia uszczelniająca, ale obudowa nie jest w stanie wytrzymać dużej siły docisku.

Typowe zastosowania obejmują:

• Duże drzwi do pomieszczeń, w których znajduje się sprzęt
• Cienkie plastikowe osłony
• Panele szklane
• Lekkie obudowy
• Pokrywy komór baterii

Należy dokładnie kontrolować wymiary wnęki, grubość ścianek, geometrię narożników oraz wytrzymałość połączeń.

Wodoodporne uszczelki formowane metodą overmolding

Silikon można formować bezpośrednio na tworzywie sztucznym, metalu, kablu, złączu lub elementach elektronicznych.

Formowanie z nakładką pozwala ograniczyć liczbę etapów montażu i wyeliminować konieczność osobnego montażu uszczelki.

Do typowych przykładów należą:

• Wodoodporne złącza kablowe
• Obudowy czujników
• Przyciski elektroniczne
• Elementy do przepustu kablowego
• Plastikowe osłony z wbudowanymi uszczelkami
• Wkładki metalowe z silikonowymi powierzchniami uszczelniającymi

W projekcie należy uwzględnić przyczepność, przygotowanie podłoża, kompatybilność materiałów, podcięcia, elementy zapewniające blokadę mechaniczną oraz temperaturę formowania.

Wybór materiału silikonowego

Materiały silikonowe różnią się między sobą twardością, wytrzymałością na rozdarcie, odkształceniem trwałym pod naciskiem, odpornością chemiczną, systemem utwardzania, czystością oraz statusem regulacyjnym.

Silikon ogólnego zastosowania

Silikon ogólnego zastosowania nadaje się do wielu zastosowań związanych z hydroizolacją na zewnątrz budynków oraz w przemyśle.

Charakteryzuje się dobrą odpornością na:

• Woda
• Ozon
• Ekspozycja na promieniowanie ultrafioletowe
• Wietrzenie
• Wysokie i niskie temperatury

Jest powszechnie stosowany w oświetleniu, obudowach urządzeń elektrycznych, sprzęcie AGD oraz ogólnym wyposażeniu.

Płynna guma silikonowa

Płynna guma silikonowa (LSR) nadaje się do precyzyjnego formowania wtryskowego oraz do produkcji seryjnej.

Zalety to między innymi:

• Jednolite wymiary
• Równomierne mieszanie materiałów
• Złożona geometria uszczelnienia
• Cienkie uszczelniające wargi
• Formowanie zautomatyzowane
• Oprzyrządowanie o niskiej palności
• Formowanie wtryskowe z wykorzystaniem tworzyw sztucznych lub metalu

Materiał LSR jest często wybierany do produkcji złączy, czujników, urządzeń medycznych, elementów elektronicznych oraz precyzyjnych uszczelnień wodoodpornych.

Guma o wysokiej konsystencji

Guma o wysokiej konsystencji, zwana również HCR, może być formowana tłocznie, metodą transferową lub wytłaczana.

Nadaje się do:

• Duże uszczelki
• Grube pierścienie uszczelniające
• Wytłaczane uszczelki do drzwi
• Projekty o małej i średniej skali
• Uszczelki profilowe na zamówienie

Wybór najlepszej metody produkcji zależy od rozmiaru części, tolerancji, rocznej wielkości produkcji oraz stopnia złożoności profilu.

Fluorosilikon

Fluorosilikon zapewnia lepszą odporność na działanie niektórych paliw, olejów i rozpuszczalników.

Może to być wymagane w przypadku uszczelnień wodoodpornych stosowanych w:

• Systemy motoryzacyjne
• Sprzęt lotniczy i kosmiczny
• Zespoły związane z paliwem
• Elementy przemysłowe narażone na działanie oleju

Jednak fluorosilikon jest zazwyczaj droższy od zwykłego silikonu.

Silikon przeznaczony do kontaktu z żywnością lub do zastosowań medycznych

W przypadku zastosowań związanych z żywnością, wodą pitną lub wyrobami medycznymi może być konieczne zastosowanie ściśle określonych składów materiałów oraz przedłożenie odpowiedniej dokumentacji.

Kupujący powinien podać:

• Przewidywane warunki eksploatacji
• Obowiązujące przepisy
• Metoda sterylizacji
• Ograniczenia dotyczące kolorów
• Wymagania dotyczące czystości
• Wymogi dotyczące identyfikowalności
• Wymagane raporty z badań

Ogólne określenie, takie jak “klasy spożywczej” lub “klasy medycznej”, nie jest wystarczające bez określenia obowiązującej normy i warunków użytkowania.

W jaki sposób twardość silikonu wpływa na wodoodporność

Twardość silikonu mierzy się zazwyczaj w skali Shore’a A.

W typowych zastosowaniach związanych z uszczelnieniami wodoodpornymi stosuje się zazwyczaj materiały o twardości w skali Shore’a A wynoszącej od około 30 do 70, choć w przypadku specjalistycznych konstrukcji można wybrać materiały bardziej miękkie lub twardsze.

Bardziej miękki silikon

Miększy silikon łatwiej dopasowuje się do nierównych lub mało sztywnych powierzchni styku.

Możliwe korzyści to między innymi:

• Mniejszy moment montażowy
• Większa zgodność
• Lepsza szczelność na powierzchniach o chropowatej fakturze
• Większa tolerancja na różnice w warunkach mieszkaniowych

Do potencjalnych wad należą:

• Większe ryzyko wyciskania
• Większe zniekształcenie podczas montażu
• Niższa stabilność wymiarowa
• Zwiększone ryzyko nadmiernej kompresji
• Bardziej skomplikowana obsługa zautomatyzowana

Twardszy silikon

Twardszy silikon zapewnia lepszą stabilność kształtu i może być łatwiejszy do ułożenia podczas montażu.

Możliwe korzyści to między innymi:

• Zwiększona stabilność wymiarowa
• Lepsza odporność na wyciskanie
• Łatwiejsza, zautomatyzowana instalacja
• Bardziej precyzyjna geometria

Do potencjalnych wad należą:

• Większa siła zacisku
• Ograniczona zgodność
• Większa wrażliwość na płaskość posadzki
• Wyciek w przypadku niewystarczającego docisku

Twardości nie należy dobierać samodzielnie. Należy ją oceniać łącznie z profilem uszczelki i docelowym stopniem ściśnięcia.

Zrozumienie zjawiska ściskania uszczelki

Kompresja jest jednym z najważniejszych czynników przy projektowaniu uszczelnień wodoodpornych.

Po zmontowaniu obudowy uszczelka musi być wystarczająco ściśnięta, aby zapewnić ciągły nacisk na całej długości ścieżki uszczelniającej.

Niewystarczająca kompresja

Niewystarczająca kompresja może spowodować:

• Luki lokalne
• Niskie ciśnienie uszczelniające
• Wejście do wody
• Przenikanie pyłu
• Ruch uszczelki
• Wyciek po wibracjach
• Awaria podczas cykli termicznych

Nadmierna kompresja

Nadmierna kompresja może spowodować:

• Duża siła montażowa
• Trwałe odkształcenie
• Zakłócenia na rynku mieszkaniowym
• Wytłaczanie uszczelek
• Przyspieszona odkształcalność po ściskaniu
• Pęknięcia podczas montażu
• Skrócona żywotność

Idealna wartość procentowa kompresji zależy od:

• Profil uszczelki
• Twardość materiału
• Aplikacja statyczna czy dynamiczna
• Wypełnienie rowka
• Temperatura
• Ciśnienie
• Stan powierzchni
• Sztywność rynku mieszkaniowego
• Tolerancja montażowa

Na wczesnym etapie projektowania można przyjąć umiarkowaną docelową wartość początkowej kompresji, jednak ostateczne wartości należy zweryfikować na podstawie rzeczywistych elementów formowanych i obudów.

Czynniki, które należy wziąć pod uwagę przy projektowaniu rowków

Rowek reguluje położenie, ściśnięcie i rozprężenie uszczelki silikonowej.

Prawidłowo zaprojektowany rowek powinien:

• Utrzymaj uszczelkę na miejscu
• Należy zapobiegać skręcaniu lub zwijaniu się
• Umożliwić rozszerzanie się w kierunku poprzecznym
• Regulacja kompresji
• Ograniczenie uszkodzeń podczas montażu
• Utrzymywać stałe ciśnienie uszczelniające
• Zapobieganie nadmiernej ekstruzji

Do najważniejszych wymiarów rowków należą:

• Szerokość rowka
• Głębokość rowka
• Promień narożnika
• Faza wejściowa
• Wykończenie powierzchni
• Położenie linii podziału
• Ogranicznik kompresji
• Odstęp prześwitowy

Niewycisnięta uszczelka nie powinna całkowicie wypełniać rowka. Silikon musi mieć miejsce na odkształcenie się podczas montażu części.

Zasadniczo należy unikać ostrych narożników rowków, ponieważ mogą one uszkodzić uszczelkę lub spowodować skupienie naprężeń.

Płaskość i sztywność obudowy

Nawet prawidłowo zaprojektowana uszczelka może przeciekać, jeśli obudowa ulegnie wygięciu lub powierzchnie styku nie są płaskie.

Problem ten często występuje w:

• Duże plastikowe osłony
• Cienkie panele metalowe
• Długie, prostokątne obudowy
• Obudowy z szeroko rozstawionymi śrubami
• Elementy zmontowane przy użyciu niejednolitych wartości momentu obrotowego

Inżynierowie powinni ocenić:

• Grubość ścianek obudowy
• Konstrukcja żeber
• Odstępy między elementami mocującymi
• Moment obrotowy śruby
• Ugięcie pokrywy
• Równość powierzchni
• Odkształcenia po formowaniu
• Rozszerzalność cieplna

Zwiększenie stopnia sprężania nie zawsze rozwiązuje problem odkształcenia obudowy. Zbyt duży nacisk uszczelki może nawet pogłębić to odkształcenie.

Położenie elementu mocującego i siła montażowa

W przypadku uszczelek płaskich rozmieszczenie elementów mocujących ma bezpośredni wpływ na ciśnienie uszczelniające.

Jeśli śruby zostaną umieszczone wyłącznie w rogach, środek dłuższego boku może się unieść, tworząc miejsce, przez które może przedostawać się płyn.

Zgromadzenie powinno zapewnić:

• Równomierny rozstaw elementów mocujących
• Moment obrotowy regulowany
• Odpowiednia sztywność konstrukcji mieszkaniowej
• W razie potrzeby kompresja zostaje zatrzymana
• Stały nacisk zacisku

Ograniczniki docisku to sztywne elementy, które ograniczają zakres zamknięcia obudowy. Pomagają one zapobiegać nadmiernemu dociskaniu uszczelki i poprawiają spójność montażu.

Wykończenie powierzchni i uszczelnianie powierzchni styku

Powierzchnia styku powinna być na tyle gładka, aby zapobiegać powstawaniu ciągłych kanałów przecieku.

Do potencjalnych problemów należą:

• Głębokie ślady obróbki
• Wgłębienia
• Linie podziału
• Ślady po kołkach wyrzutowych
• Zadrapania
• Flash
• Linie spawania
• Zanieczyszczenie powierzchni
• Wypaczenia obudowy

Uszczelka nie powinna przebiegać wzdłuż niekontrolowanej linii podziału, ostrej krawędzi ani głębokiej wady powierzchniowej.

W przypadku zastosowań o krytycznym znaczeniu na rysunku należy wskazać powierzchnię uszczelniającą oraz wymagane wykończenie tej powierzchni.

Narożniki i miejsca połączeń

Narożniki są typowymi miejscami uszkodzeń w prostokątnych uszczelkach wodoodpornych.

Problemy mogą obejmować:

• Zmniejszanie grubości uszczelki
• Niekompletne wypełnienie
• Nierównomierny stopień ściśnięcia
• Składanie materiału
• Koncentracja naprężeń
• Słabość połączenia klejonego

Uformowane uszczelki o zamkniętej pętli zazwyczaj zapewniają lepszą spójność w narożnikach niż wycinane i klejone profile wytłaczane.

W przypadku łączenia uszczelki wytłaczanej w pierścień nabywca powinien określić:

• Wspólne stanowisko
• Wytrzymałość połączeń
• Maksymalne niedopasowanie
• Wspólne wystąpienie
• Wymagania dotyczące próby szczelności
• Minimalna jednorodność przekroju poprzecznego

Odkształcenie trwałe i właściwości długoterminowe

Odkształcenie trwałe po ściskaniu określa trwałe odkształcenie pozostające po poddaniu silikonu ściskaniu przez określony czas w określonej temperaturze.

Uszczelka o słabej odporności na odkształcenie trwałe pod wpływem ściskania może stopniowo tracić siłę docisku.

Ma to szczególne znaczenie w:

• Sprzęt outdoorowy
• Obudowy odporne na wysokie temperatury
• Systemy motoryzacyjne
• Zespoły akumulatorowe
• Produkty oświetleniowe
• Trwałe urządzenia przemysłowe
• Produkty, które rzadko wymagają serwisowania

Materiał należy poddać badaniom w warunkach odzwierciedlających rzeczywistą temperaturę roboczą i poziom ściskania.

Same dane z badań przeprowadzonych w temperaturze pokojowej mogą nie pozwalać na przewidzenie długoterminowej skuteczności uszczelnienia.

Cykl termiczny

Silikon, tworzywo sztuczne, metal i szkło rozszerzają się i kurczą w różnym tempie.

Podczas cykli temperaturowych zmiany wymiarów mogą wpływać na stopień ściśnięcia uszczelki oraz płaskość obudowy.

Uszczelka może przejść wstępną próbę szczelności, ale po wielokrotnym ogrzewaniu i schładzaniu może okazać się nieszczelna.

W ramach oceny cykli termicznych należy uwzględnić:

• Temperatura minimalna
• Maksymalna temperatura
• Szybkość ogrzewania
• Szybkość chłodzenia
• Liczba cykli
• Czas przebywania
• Warunki montażu
• Ciśnienie wewnętrzne
• Narażenie na wilgoć

Badanie szczelności po cyklach termicznych jest często bardziej miarodajne niż badanie wyłącznie nowo zmontowanych części.

Metody badania szczelności uszczelnień wodoodpornych

Nie ma jednej metody badania szczelności, która nadawałaby się do każdego zastosowania. Metoda badania powinna być dostosowana do rzeczywistego ryzyka oraz specyfikacji produktu.

Wizualne badanie rozpylania wody

Zespół jest narażony na działanie rozprysków wody z określonych kierunków.

Ta metoda nadaje się do:

• Obudowy odporne na deszcz
• Produkty do użytku na świeżym powietrzu
• Ogólna ochrona przed rozpryskami
• Wczesna ocena prototypu

Po zakończeniu testów obudowę otwiera się i sprawdza, czy nie doszło do przedostania się wody.

Procedura powinna obejmować kontrolę:

• Ciśnienie rozpylania
• Odległość dyszy
• Kąt rozprysku
• Czas trwania
• Orientacja produktu
• Temperatura wody

Testy zanurzeniowe

Zmontowany produkt zanurza się w wodzie na określoną głębokość i na określony czas.

Testy zanurzeniowe są odpowiednie w przypadku:

• Czujniki wodoodporne
• Obudowy akumulatorów
• Urządzenia zanurzeniowe
• Urządzenia elektroniczne przenośne
• Złącza uszczelnione

Specyfikacja testu powinna określać:

• Głębokość wody
• Czas ekspozycji
• Orientacja produktu
• Temperatura wody
• Stan ciśnienia wewnętrznego
• Kryteria akceptacji

Badanie spadku ciśnienia powietrza

Zamknięty zespół jest poddawany działaniu ciśnienia powietrza. Następnie system mierzy spadek ciśnienia w funkcji czasu.

Zalety to między innymi:

• Rzetelne testy
• Szybka kontrola produkcyjna
• Wyniki ilościowe
• Prosta automatyzacja
• Nie trzeba suszyć produktu

Na wyniki pomiaru spadku ciśnienia mogą jednak wpływać:

• Pojemność wewnętrzna
• Zmiana temperatury
• Elastyczne poszerzanie obudowy
• Nieszczelność elementu mocującego
• Czas stabilizacji

Granice testowe należy ustalić przy użyciu próbek o znanej prawidłowości oraz próbek o znanej nieszczelności.

Badanie zaniku próżni

W badaniu zaniku próżniowego usuwa się powietrze z komory badawczej lub elementu i mierzy się zmiany ciśnienia.

Urządzenie to pozwala wykrywać niewielkie wycieki i może nadawać się do stosowania w przypadku wrażliwych elementów.

Projekt przyrządu oraz stabilność objętości testowej mają istotne znaczenie dla powtarzalności wyników.

Badanie szczelności metodą pęcherzykową

Element jest poddawany działaniu ciśnienia i zanurzony w wodzie. Uciekające powietrze tworzy widoczne pęcherzyki.

Metoda ta jest przydatna do lokalizowania miejsc wycieków na etapie projektowania.

Jest to prosta metoda, ale może nie nadawać się do automatycznych testów produkcyjnych lub wykrywania bardzo niewielkich wycieków.

Badania z wykorzystaniem gazu śladowego

Do bardzo czułego wykrywania wycieków można wykorzystać gaz śladowy, taki jak hel.

Metoda ta jest zazwyczaj stosowana w zastosowaniach wymagających bardzo niskich dopuszczalnych współczynników nieszczelności.

Można go stosować w:

• Systemy medyczne
• Elektronika o wysokiej niezawodności
• Elementy lotnicze i kosmiczne
• Systemy próżniowe
• Specjalistyczny sprzęt przemysłowy

Badania z wykorzystaniem gazów śladowych wymagają specjalistycznego sprzętu i ściśle określonych procedur.

Badanie penetracji barwnikiem

Barwiona woda lub płyn fluorescencyjny mogą pomóc w ustaleniu drogi przedostania się wody.

Jest to przydatne podczas analizy awarii, ale może spowodować zanieczyszczenie zespołu.

Opracowanie specyfikacji testu szczelności

Przydatny wymóg dotyczący próby szczelności powinien określać coś więcej niż tylko “brak wycieku”.”

Powinno to obejmować:

• Metoda badawcza
• Ciśnienie próbne
• Głębokość wody
• Czas trwania testu
• Orientacja produktu
• Czas stabilizacji
• Dopuszczalna strata ciśnienia
• Dopuszczalna szybkość wycieku
• Metoda kontroli
• Ilość próbek
• Częstotliwość testów
• Klimatyzacja
• Kryteria zaliczenia/niezaliczenia

Metodę testową należy uzgodnić przed rozpoczęciem produkcji seryjnej.

Walidacja prototypu

Właściwości uszczelniające pod kątem wodoodporności należy zweryfikować przy użyciu materiałów i geometrii przewidzianych do zastosowania w produkcji.

Praktyczna sekwencja walidacyjna może obejmować:

1. Kontrola wymiarów uszczelki i rowka
2. Pomiar siły montażowej
3. Wstępne badanie szczelności
4. Cykl termiczny
5. Badania wibracyjne
6. Badania odporności na wstrząsy mechaniczne
7. Narażenie na działanie substancji chemicznych
8. Ocena starzenia się
9. Powtórne badanie szczelności
10. Końcowa kontrola wzrokowa

Testy prototypów powinny również obejmować skrajne wartości tolerancji.

Projekt oparty wyłącznie na wymiarach nominalnych może zawieść podczas produkcji seryjnej.

Wymagania dotyczące jakości produkcji

Do potencjalnych wad produkcyjnych wodoodpornych uszczelek silikonowych należą:

• Nadmierny błysk
• Formowanie krótkie
• Pęcherzyki powietrza
• Łzy
• Zanieczyszczenie
• Wgniecenia na powierzchni
• Nierówność linii podziału
• Nieprawidłowa twardość
• Słabo połączone połączenia
• Odchylenia wymiarowe
• Zniekształcone profile
• Uszkodzone wargi uszczelniające

Wymogi dotyczące kontroli mogą obejmować:

• Pomiar wymiarów
• Badanie twardości metodą Shore’a A
• Kontrola wzrokowa
• Weryfikacja materiałów
• Badanie odkształcenia trwałego po ściskaniu
• Badanie wytrzymałości połączeń
• Badanie szczelności
• Identyfikowalność partii
• Weryfikacja koloru
• Kontrola opakowań

Powierzchnia uszczelniająca powinna być chroniona przed kurzem, odkształceniami, ostrymi narzędziami oraz nieodpowiednim opakowaniem.

Informacje, które należy uwzględnić w zapytaniu ofertowym dotyczącym uszczelnień wodoodpornych

Aby otrzymać dokładną wycenę i analizę techniczną, prosimy o przesłanie następujących informacji:

1. Rysunek dwuwymiarowy
2. Model trójwymiarowy
3. Profil uszczelki
4. Wymiary krytyczne
5. Wymiary rowków
6. Materiał, z którego wykonano obudowę
7. Twardość silikonu
8. Wymagana klasa materiału
9. Temperatura pracy
10. Warunki narażenia na działanie wody
11. Ciśnienie wewnętrzne lub zewnętrzne
12. Docelowy poziom ochrony
13. Narażenie na działanie substancji chemicznych
14. Sposób montażu
15. Moment dokręcania elementów złącznych
16. Roczna wielkość zamówień
17. Ilość próbek
18. Wymogi regulacyjne
19. Metoda badania szczelności
20. Wymagania dotyczące kontroli i pakowania

Zdjęcia lub rysunki gotowego zespołu mogą pomóc dostawcy w zidentyfikowaniu potencjalnych zagrożeń związanych z uszczelnieniem jeszcze przed wykonaniem oprzyrządowania.

Jak wybrać dostawcę wodoodpornych uszczelek silikonowych

Odpowiedni dostawca powinien być w stanie zapewnić nie tylko formowanie częściowe.

Do najważniejszych funkcji należą:

• Analiza projektu profilu uszczelki
• Wybór materiałów
• Analiza kompresji
• Recenzja albumu „Groove”
• Opracowywanie oprzyrządowania
• Formowanie prototypów
• Formowanie wtryskowe z wykorzystaniem LSR
• Formowanie tłoczne
• Wytłaczanie silikonu
• Formowanie z nakładką
• Kontrola wymiarowa
• Badanie szczelności
• Identyfikowalność materiałów
• Analiza awarii

Przed zatwierdzeniem oprzyrządowania należy poprosić dostawcę o sprawdzenie ścieżki uszczelnienia, stopnia sprężania, wypełnienia rowków, położenia linii podziału, konstrukcji narożników oraz procesu montażu.

Wnioski

Niezawodną wodoodporność zapewnia kompleksowy system uszczelniający, a nie sam materiał silikonowy.

Profil uszczelki, jej twardość, geometria rowka, stopień ściśnięcia, sztywność obudowy, rozstaw elementów mocujących, jakość powierzchni, ekspozycja na temperaturę oraz proces montażu muszą ze sobą współdziałać.

Inżynierowie ds. zaopatrzenia w przemyśle powinni określić rzeczywiste warunki ekspozycji na działanie wody oraz wymaganą metodę badania szczelności przed zwróceniem się o oferty.

Dobrze zaprojektowana uszczelka silikonowa powinna zostać poddana testom po cyklach termicznych, obciążeniach mechanicznych, starzeniu i zmianach tolerancji – a nie tylko bezpośrednio po montażu.

Wczesna weryfikacja projektowa oraz jasno określone wymagania dotyczące walidacji mogą ograniczyć awarie spowodowane przedostawaniem się wody, skrócić czas opracowywania produktu oraz poprawić jego długoterminową niezawodność.

Najczęściej zadawane pytania

Jaka twardość silikonu jest odpowiednia do uszczelnień wodoodpornych?

W wielu zastosowaniach związanych z uszczelnianiem wodoodpornym stosuje się silikon o twardości od 30 do 70 w skali Shore’a A. Miękkie materiały łatwiej dopasowują się do kształtu, natomiast twardsze zapewniają większą stabilność wymiarową. Ostateczną twardość należy zweryfikować w połączeniu z konkretnym rowkiem i obudową.

O ile należy ściśnąć uszczelkę silikonową?

Wymagany stopień ściśnięcia zależy od profilu, twardości, rowka, obudowy, temperatury i ciśnienia. Zbyt mały stopień ściśnienia może spowodować wyciek, natomiast nadmierny stopień ściśnienia może doprowadzić do uszkodzenia uszczelnienia lub odkształcenia obudowy.

Czy uszczelki silikonowe można stosować na zewnątrz?

Tak. Silikon zazwyczaj charakteryzuje się dobrą odpornością na promieniowanie ultrafioletowe, ozon, wahania temperatury oraz czynniki atmosferyczne. Dokładny skład materiału należy jednak dobrać w zależności od warunków eksploatacji.

Dlaczego w wodoodpornej obudowie pojawia się przeciek w pobliżu śrub?

Obudowa może ulegać wygięciu w miejscach pomiędzy elementami mocującymi lub docisk uszczelki może być nierównomierny. Należy sprawdzić rozstaw elementów mocujących, moment dokręcania, sztywność obudowy oraz geometrię uszczelki.

Czy test zanurzeniowy wystarczy do sprawdzenia szczelności uszczelnienia?

Nie zawsze. Aby potwierdzić długoterminową niezawodność produktu, konieczne mogą być również badania cykli termicznych, wibracyjne, starzenia, próby ciśnieniowe oraz powtarzane próby szczelności.

Jaka metoda kontroli szczelności najlepiej sprawdza się w produkcji seryjnej?

Badania spadku ciśnienia powietrza są powszechnie stosowane, ponieważ są czyste, szybkie, dają wyniki ilościowe i nadają się do automatyzacji. Wybór właściwej metody zależy od objętości produktu, dopuszczalnej szybkości wycieku oraz geometrii wewnętrznej.

Czy uszczelki formowane są lepsze od uszczelek wytłaczanych i klejonych?

Uszczelki formowane w obiegu zamkniętym zazwyczaj zapewniają większą spójność w narożnikach i na połączeniach. Uszczelki wytłaczane i klejone mogą być bardziej ekonomiczne w przypadku dużych rozmiarów, jednak połączenie musi być dokładnie kontrolowane i testowane.

Czy silikon można nakładać metodą overmouldingu bezpośrednio na tworzywo sztuczne?

Tak. LSR można formować metodą overmouldingu na kompatybilnych tworzywach sztucznych lub mechanicznie mocować do podłoża. Właściwości adhezyjne zależą od rodzaju tworzywa sztucznego, składu silikonu, przygotowania powierzchni oraz konstrukcji elementu.