Uszczelki fibrowe produkowane ze sprasowanych włókien, zarówno naturalnych jak i syntetycznych, łączonych wiążącymi je elastomerami, najczęściej w postaci nitrylowego kauczuku stanowią często stosowany rodzaj uszczelnień. To właśnie unikalne połączenie włókna i elastomeru, wpływa na właściwości uszczelek fibrowych, wpływając w procesie produkcji na mechanikę całego materiału i jego zachowanie pod obciążeniem.

Materiał i struktura

Bez wątpienia włókna stanowią podstawowy komponent nośny tego rodzaju uszczelnień stosowanych w różnych gałęziach przemysłu. To właśnie one w największym stopniu zapewniają wytrzymałość mechaniczną, jednocześnie wpływając na odporność na temperaturę oraz rozmaite media. Zaawansowane tworzywa sztuczne i naturalne, jakimi są elastomery wiążą włókna w zwartą masę, tym samym nadając uszczelka sprężystość. A to poprawia zdolność do dopasowania się materiału do uszczelnianej powierzchni.

Co więcej dzisiejsza technologia pełnymi garściami czerpie z dodatków i wypełniaczy, które dodatkowo mogą modyfikować ich odporność na ścieranie, twardość lub odporność chemiczną. W efekcie struktura ta sprawia, że uszczelki fibrowe są materiałami kompozytowymi, w których włókna przenoszą główną część obciążeń mechanicznych, a elastomer zapewnia elastyczność i odporność na odkształcenia.

Kluczowe właściwości uszczelek fibrowych – wytrzymałość mechaniczna i zachowanie pod obciążeniem

Analizując właściwości uszczelek fibrowych, należy zwrócić uwagę na kluczowe parametry mechaniczne materiału fibrowego. Należy do nich tzw. kompresyjność i sprężystość. Uszczelki te charakteryzują się bowiem relatywnie wysoką kompresyjnością, co oznacza, że mogą zostać ściśnięte pod obciążeniem, jednocześnie utrzymując ciągłość materiału i ciągłą szczelność.

Z kolei cecha, jaka jest sprężystość w największym stopniu odpowiada za to, w jakim stopniu materiał jest w stanie powrócić do pierwotnej grubości po odciążeniu. Co istotne; wartości te pomagają ocenić, jak dobrze uszczelka zachowa się przy zmianach temperatury i obciążeń.

Odkształcenia, plastyczność i gęstość

Równie ważna kwestią jest to, iż wkład włókien syntetycznych podnosi odporność na odkształcenia trwałe, czy też zmiany materiału pozostającego pod stałym naprężeniem. Wysoka odporność jest kluczowa przy zmianach temperatury i długotrwałym obciążeniu statycznym.

Ponadto materiały z włókien i elastomerów mają zazwyczaj gęstość w zakresie ok. 1,6-2,0 g/cm³. Pozwala im to osiągnąć w dużej mierze zwartą, ale wciąż stosunkowo lekką strukturę w porównaniu do metalicznych materiałów uszczelniających.

Termiczne właściwości fibry

Temperatura maksymalna, którą wytrzymuje uszczelka fibrowa, jest wypadkową kilku ich cech. Jesli chodzi o ich wytrzymałość, z pewnością należy w tym kontekście wymienić:

• rodzaj włókien,
• ilość i rodzaj zastosowanego elastomeru,
• ewentualne dodatki termiczne.

Unikalnie właściwiści uszczelek fibrowych sprawiają, że zakres temperatur ich stosowanie jest bardzo szeroki. Dość powiedzieć, że podstawowe materiały z włókien naturalnych wytrzymują temperatury sięgające ok. 121 °C. Jeszcze większa odpronośc posiadają wersje z elastomerem  (do 177 °C), a najbardziej odporne są uszczelki fibrowe z wysokiej klasy z aramidem w NBR, które są w stanie, przy przy krótkotrwałych obciążeniach, zachować swe właściwości w temperaturze ok. 440 °C.

Warto podkreślić, że odporność temperaturowa jest zależna od równoczesnej ekspozycji na ciśnienie. Ponieważ maksymalna temperatura i maksymalne ciśnienie nie muszą występować w tym samym czasie, oznacza to konieczność dokładnego doboru materiału do warunków pracy.

Odporność chemiczna i chemiczno-fizyczne zachowanie materiału

Chemiczna odporność uszczelek fibrowych wynika zarówno z właściwości włókien, jak i wiążącego elastomeru. W związku z tym w procesie produkcji materiały mogą być formułowane tak, aby wykazywać wysoką odporność na:

• oleje i paliwa,
• wodę i parę wodną,
• gazy i chłodziwa,
• związki organiczne i nieorganiczne.

Warto nadmienić przy tym, iż niektóre składy mają bardzo dobrą odporność na kwasy i zasady. W konsekwencji do jednych z głównych właściwości uszczelek fibrowych należy wysoka odporność chemiczna, będąca pochodna stosowania w nicj włókien syntetycznych i specjalnych wiązań.

W dodatku, w odróżnieniu od niektórych elastomerów, materiały włókniste uczulone na wilgoć mogą delikatnie pęcznieć pod jej wpływem. Zwykle poprawia to dopasowanie uszczelki do powierzchni i tym samym szczelność.

Mechaniczno-fizyczne właściwości uszczelek fibrowych

W praktyce o osiągach uszczelki fibrowych decyduje nie tylko suma odporności na temperaturę czy chemikalia. Równie ważna jest niska dyfuzja i jego dobra szczelność. Parametry te są są kluczowe, aby materiał działał jako bariera separująca dwa media. Uszczelki fibrowe z wysokiej klasy włóknami mogą osiągać bardzo niskie współczynniki dyfuzji, co przekłada się na ich długotrwałą szczelność.

Struktura włóknista, szczególnie w połączeniu z odpornością chemiczną elastomeru, wpływa także na odporność na uszkodzenia mechaniczne, które mogłyby prowadzić do nieszczelności.

Aby ten typ uszczelnień mógł spełniać swą rolę materiały fibrowe są klasyfikowane i certyfikowane zgodnie z różnymi normami branżowymi. W praktyce przekłada się to na:

• deklarowane zakresy temperatur i ciśnień,
• ocenę odporności chemicznej i mechanicznej,
• powtarzalność parametrów między partiami materiału.

Stała stabilność wymiarowa oznacza, że materiał nie traci parametrów po wielokrotnych cyklach obciążenia, co jest fundamentem trwałego uszczelnienia.

Dzięki tym właściwościom uszczelki fibrowe są uznawane za efektywne i trwałe uszczelnienie w technice inżynierskiej, szczególnie tam, gdzie kompromis między elastycznością, odpornością chemiczną i właściwościami mechanicznymi jest kluczowy.

Sprawdź także, jakie jest zastosowanie uszczelek fibrowych.