Metody badań materiałów do produkcji uszczelek rur wodociągowych

Jednym z omawianych, niekorzystnych zjawisk jest spadek naprężenia potrzebnego do utrzymania próbki przy danym odkształceniu, zwany relaksacją. Wraz ze spadkiem naprężenia maleje siła potrzebna do utrzymania danego odkształcenia, co wykorzystuje się w pomiarach. W przypadku uszczelnień istotne są zmiany naprężenia w próbce poddanej ściskaniu.

Pomiary prowadzi się na cylindrycznych próbkach o średnicy 13 mm ± 0,5 mm i wysokości 6,3 mm ± 0,3 mm, choć dopuszcza się badanie gotowych wyrobów. Przed przystąpieniem do badań próbki poddawane są kondycjonowaniu temperaturowemu i mechanicznemu w sposób opisany w normie ISO 3384, potem zaś mierzy się ich początkową wysokość. Następnie umieszcza się próbki w urządzeniu pomiarowym, ściska o 25% (gdy nie jest to możliwe, odkształcenie zmniejsza się do 15% lub dalej, odpowiednio co 5%), ogrzewa do określonej temperatury i mierzy początkową siłę. Później, w określonych przedziałach czasu, mierzy się zmiany przyłożonej do próbki siły, przy czym próbka jest stale odkształcona z tolerancją ± 0,01 mm.

Przykładowo, dla materiałów na uszczelnienia o twardości 50 IRHD mające kontakt z wodą o temperaturze do 50°C relaksacja naprężenia po 7 dniach odkształcania w temperaturze 23°C nie może przekroczyć 5,5%.

W przypadku uszczelnień, zwłaszcza z kauczuków etylenowo-propylenowych i etylenowo-propylenowo-dienowych (EPM/EMDM) oraz kauczuku butylowego, istotna jest ich odporność na działanie ozonu. Próbki do badań wycina się z płytek wulkanizatu o grubości 2 mm ± 0,2 mm. Powinny mieć one szerokość nie mniejszą niż 10 mm i długość nie mniejszą niż 40 mm. Następnie montuje się je w specjalnej ramce (przed zamocowaniem w uchwytach końcówki próbek powinny być zabezpieczone lakierem ochronnym), rozciąga o 10–20% i umieszcza w komorze ozonowej. Jeśli nie określono inaczej, badanie prowadzi się przy stężeniu ozonu wynoszącym 50 pphm ± 5 pphm (pphm – liczba części na 100 mln), w temperaturze 50°C ± 2°C, przy wilgotności względnej 65%. Dobrze zabezpieczona przed starzeniem ozonowym guma nie powinna wykazywać spękań po określonym czasie ekspozycji, np. po 72 godzinach. Protokół z badania może być sporządzony w formie opisowej - „brak pęknięć”, „pęknięcia”, lub mieć postać dokumentacji fotograficznej. Jeżeli zaobserwowano spękania, można je opisać podając np. wygląd pojedynczego pęknięcia, liczbę pęknięć na jednostkę powierzchni, czy średnią długość 10 największych pęknięć.

Choć powyższe metody badań fizykochemicznych wulkanizatów zostały omówione dosyć pobieżnie (nie zostały poruszone zagadnienia związane z badaniami wyrobów wielokomponentowych, czy zawierających wzmocnienie metalowe), wyraźnie widać, że dobór materiału na uszczelnienia, które będą właściwie spełniać przypisane im funkcje nie jest sprawą trywialną. Na etapie projektowym trzeba podjąć wiele decyzji związanych z doborem materiałów i przeprowadzić szereg specjalistycznych badań, które utwierdzą nas w przekonaniu, że otrzymamy produkty o zadowalającej trwałości.

Karol Niciński

Źródła
Manual of Water Supply Practices M75, Elastomers for Waterworks: pipes, valves and fittings, American Water Works Association, Denver 2020, ISBN 978-1-64717-004-2
Oznaczanie twardości tworzyw polimerowych – materiały do ćwiczeń, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny, Politechnika Szczecińska, Zakład Tworzyw Polimerowych, http://ztp.zut.edu.pl/fileadmin/17.pdf [dostęp: 18.06.2022]
Evaluation guideline for the Kiwa product certificate for vulcanised rubber products for cold and hot drinking water applications, BRL K17504/03, 10.10.2018, https://www.kiwa.com/4a5a92/globalassets/dam/kiwa-netherlands/downloads/k17504-03-incl-wb-30-08-2021.pdf, [dostęp: 19.06.2022]

Czytaj więcej:
Badania 204
Prawo 425
Rury 105