W celu oszacowania zmian właściwości fizykochemicznych wyroby gumowe bada się często w trakcie całego okresu eksploatacji. Taki sposób postępowania wiąże się jednak z wysokimi kosztami i jest czasochłonny, dlatego bada się próbki poddane przyspieszonemu starzeniu (w podwyższonej temperaturze lub agresywnym środowisku), zaś wyniki badań ekstrapoluje się przy zastosowaniu odpowiednich technik do rzeczywistego czasu eksploatacji. Przykładowo, na tej podstawie szacuje się, że trwałość uszczelnień wykonanych z EPDM przekracza 500 lat.
Jak już wspomniano, guma nie jest całkowicie odporna na chemikalia i czynniki środowiskowe. W zależności od rodzaju użytego kauczuku, wyroby mogą mieć znaczną bądź niską odporność na określone czynniki. Dlatego w celu osiągnięcia zamierzonej żywotności wyrobów oraz zapewnienia niskiej częstotliwości konserwacji zapobiegawczej, ważny jest prawidłowy dobór elastomerów.
Poszukując odpowiedniego kauczuku należy mieć na uwadze skład chemiczny mediów, w których eksploatowany będzie wyrób. Istotną właściwością gumy stosowanej w uszczelnieniach jest odporność na środki dezynfekujące (bardziej ogólnie: czynniki utleniające), które wykorzystuje się w systemach wodociągowych. Zbyt niska odporność na tego typu substancje może znacznie skrócić żywotność uszczelnień. Można jednak kontrolować tę właściwość poprzez stosowanie odpowiednich przeciwutleniaczy.
Przy doborze materiału na uszczelnienia gumowe rozpatruje się ponadto następujące właściwości:
- odporność na ścieranie i wtłaczanie w szczelinę
- zakres temperatur pracy
- zdolność do regeneracji dynamicznej - wyrażoną w postaci trwałego odkształcenia przy ściskaniu, relaksacji naprężeń i odbojności.
Wtłaczanie w szczelinę, związane ze zbyt dużym odkształceniem, może być przyczyną niewłaściwego montażu, nadmiernego odkształcenia uszczelki i powstawania pęknięć na jej powierzchni. W przypadku uszczelnień gumowych poddawanych cyklicznym zmianom temperatury podczas eksploatacji może się zdarzyć, że następują zmiany wymiarów, które powodują nieszczelność. Jest to istotnie ważne, gdy wyroby gumowe pracują w temperaturze bliskiej temperaturze zeszklenia (Tg) elastomeru, w której przechodzi on gwałtownie w stan szklisty, stając się kruchym. W tej postaci nie nadaje się do zastosowań inżynierskich.
Z drugiej strony, w podwyższonej temperaturze w gumie zachodzą procesy związane z niestabilnością zespołu sieciującego, co powoduje wzrost twardości i sztywności gumy w całej objętości i prowadzi do powstawania spękań.
W przypadku uszczelnień bardzo ważnym zagadnieniem jest zdolność do regeneracji dynamicznej. Ściśnięte wstępnie uszczelnienie elastomerowe traci bowiem siłę uszczelniającą w wyniku skurczu termicznego (w niskiej temperaturze o-ring kurczy się bardziej niż obudowa, w której jest zamocowany), jak również na skutek zmniejszania się naprężeń w odkształconej gumie w miarę upływu czasu (relaksacja naprężeń). Jeśli naprężenie uszczelniające spadnie do zera, wówczas uszczelka przestaje spełniać swoją funkcję. Szybkość zmian powstających w uszczelnieniu na skutek relaksacji jest trudna do oszacowania, choć wiadomo że fizyczna relaksacja naprężeń jest proporcjonalna do logarytmu czasu. Pod uwagę trzeba brać jednocześnie zmiany chemiczne zachodzące w gumie, które przebiegają proporcjonalnie do czasu.
W przypadku uszczelnień można więc zdefiniować pewne rodzaje uszkodzeń krytycznych, którymi są:
- wzrost lub spadek sztywności poza wartość graniczną
- powstawanie spękań powierzchniowych
- osłabienie w wyniku działania mediów
- utrata sprężystości w wyniku relaksacji naprężeń
- wtłaczanie w szczeliny.
Najlepszą metodą oszacowania czasu eksploatacji jest przeprowadzenie badań przyspieszonych. W takim przypadku należy jednak dokładnie zaplanować doświadczenie, aby uwzględnić wszystkie mechanizmy niszczenia wyrobu.
Karol Niciński
