Uszczelka z gumy porowatej z pianki silikonowej: profile do obudów i drzwi

Uszczelka z gumy porowatej z pianki silikonowej jest właściwym wyborem, gdy wymagane są temperatury powyżej 120 °C, kontakt z żywnością albo niskie siły zamykania przy małym odkształceniu trwałym po ściskaniu. Do zastosowań w temperaturze pokojowej bez szczególnych wymagań często wystarczają profile z gumy komórkowej EPDM lub CR. Wymagania zmieniają się, gdy drzwi maszyny są regularnie czyszczone na gorąco, szafa sterownicza stoi na zewnątrz albo pokrywa ma przez lata pozostawać szczelna przy niewielkiej sile docisku. Ten artykuł porównuje materiały, wyjaśnia różnicę między pianką zamkniętokomórkową i otwartokomórkową oraz pokazuje, które parametry należy umieścić na rysunku przy specyfikacji uszczelki z gumy porowatej.

Pianka silikonowa, EPDM czy CR: dobór według warunków pracy

Guma porowata to elastomer, który podczas wulkanizacji jest spieniany za pomocą środków porotwórczych. Zwykle ma mieszaną strukturę komórkową, czyli zawiera komórki otwarte i zamknięte, a jako profil wytłaczany ma zwartą skórkę zewnętrzną. Guma komórkowa jest natomiast w przeważającej mierze zamkniętokomórkowa. W języku potocznym oba pojęcia często się mieszają, ale dla specyfikacji liczy się rzeczywista struktura komórkowa. Guma porowata EPDM jest typowo przeznaczona do temperatur ciągłych do około 120 °C, a typy sieciowane nadtlenkowo do około 150 °C. Materiał jest odporny na ozon, warunki atmosferyczne i wodę, ale pęcznieje w olejach mineralnych i tłuszczach. Guma porowata CR z chloroprenu pracuje typowo przy temperaturze ciągłej około 100 °C. Jest umiarkowanie odporna na oleje i w wielu mieszankach ustawiana jako trudnopalna.

Pianka silikonowa, zależnie od mieszanki, obejmuje zakres od około -60 °C do +200 °C, a pojedyncze typy krótkotrwale wytrzymują wyższe temperatury. Zachowuje elastyczność na zimno i jest odporna na ozon oraz promieniowanie UV. Dostępne są receptury do kontaktu z żywnością. Ograniczenia silikonu dotyczą olejów mineralnych, paliw oraz długotrwałego obciążenia gorącą parą. Tam, gdzie olej jest najważniejszym medium kontaktowym, lepszym rozwiązaniem pozostaje CR albo specjalny materiał olejoodporny.

Zamkniętokomórkowa czy otwartokomórkowa

W piance zamkniętokomórkowej poszczególne komórki są od siebie oddzielone. Materiał wchłania mało wody i w stanie ściśniętym uszczelnia przed pyłem i wodą rozpryskową. Wytłaczane profile z gumy porowatej mają dodatkowo zamkniętą skórkę zewnętrzną, która jeszcze bardziej ogranicza wnikanie wody. Przy wykrojach z płyt komórki na krawędziach cięcia są natomiast otwarte. Należy to uwzględnić w zastosowaniach ze stojącą wodą.

Otwartokomórkowa pianka silikonowa ma połączone ze sobą pory. Jest bardzo miękka i daje się ściskać niewielką siłą. Nadaje się do tłumienia, kompensacji tolerancji i funkcji dociskowych. Jako uszczelnienie przed wodą nadaje się tylko warunkowo, ponieważ wchłania ciecz. Do suchych zastosowań wewnętrznych, na przykład jako ochrona przeciwpyłowa przy pokrywach urządzeń, jest opcją o szczególnie niskiej sile zamykania.

Gęstość pozorna i siła zamykania

Gęstość pozorna pianki silikonowej, zależnie od mieszanki i procesu, wynosi typowo od około 0,2 do 0,6 g/cm³. Silikon lity ma natomiast typowo około 1,1 do 1,3 g/cm³. Wraz ze spadkiem gęstości pozornej maleje twardość przy ściskaniu, czyli siła potrzebna do uzyskania określonego odkształcenia. Zwykle podaje się ją w kPa przy 25 % albo 40 % ściśnięcia. Dla konstruktorów jest to kluczowy parametr, gdy zawiasy, zamknięcia albo blokady magnetyczne mogą przenosić tylko ograniczone siły.

Zamkniętokomórkowe uszczelki z gumy porowatej ściska się typowo o 25 do 50 % ich wysokości. Przy zbyt małym ściśnięciu uszczelka traci szczelność, gdy tylko zmienia się wymiar szczeliny. Zbyt silne ściśnięcie zwiększa odkształcenie trwałe po ściskaniu i może trwale niszczyć komórki. Dlatego na rysunku należy podać łącznie przekrój profilu, gęstość pozorną albo twardość przy ściskaniu, docelowe ściśnięcie oraz tolerancję szczeliny uszczelniającej. Jeśli wymaganej siły zamykania nie da się osiągnąć nawet przy użyciu pianki, alternatywą są profile komorowe z litego silikonu. Tam podatność określa geometria, a nie struktura komórkowa.

Odkształcenie trwałe po ściskaniu i zakres temperatur

Odkształcenie trwałe po ściskaniu określa, jaka część odkształcenia pozostaje trwale po odciążeniu. W przypadku materiałów komórkowych bada się je często w oparciu o ISO 1856, na przykład przy 50 % ściśnięcia przez 22 godziny w podwyższonej temperaturze. Powyżej około 100 °C pianka silikonowa, zależnie od mieszanki, wykazuje wyraźnie mniejsze odkształcenie trwałe po ściskaniu niż guma porowata EPDM lub CR. Dodatkowe wygrzewanie po wulkanizacji jeszcze obniża tę wartość i redukuje składniki lotne.

Dla specyfikacji odkształcenie trwałe po ściskaniu w temperaturze pracy jest bardziej miarodajne niż wartość przy 23 °C. Ważna jest także strona niskotemperaturowa: EPDM i CR sztywnieją w niskich temperaturach. Uszczelka drzwiowa w zastosowaniu zewnętrznym gorzej wtedy powraca do pierwotnego kształtu. Pianka silikonowa, zależnie od mieszanki, pozostaje elastyczna do około -60 °C.

Wyposażenie samoprzylepne i montaż

Silikon ma typowo niską energię powierzchniową. Kleje przylegają więc tylko wtedy, gdy strona pianki jest wstępnie przygotowana albo zastosowano taśmę klejącą na bazie kleju silikonowego. Kleje akrylowe nadają się typowo do temperatur ciągłych do około 100 do 120 °C i dobrze przylegają do metalu oraz powierzchni lakierowanych. Kleje silikonowe, zależnie od produktu, stale wytrzymują temperatury do około 200 °C i przylegają także do podłoży powlekanych silikonem.

Powierzchnia klejenia musi być czysta i odtłuszczona. Wiele taśm klejących osiąga końcową wytrzymałość dopiero po 24 do 72 godzinach i nie powinno być obrabianych poniżej około +10 °C. Decydujące są dane producenta taśmy klejącej. Klejenie służy przede wszystkim pozycjonowaniu. W drzwiach, w których boczne wsuwanie obciąża uszczelkę na ścinanie, rowek albo profil zaciskowy są często bezpieczniejsze. Można również łączyć rowek z klejeniem.

Zastosowania w budowie szaf sterowniczych, technice spożywczej i technice pojazdowej

W budowie szaf sterowniczych zamkniętokomórkowe uszczelki z gumy porowatej przyczyniają się do uzyskania stopnia ochrony według DIN EN 60529, na przykład IP54 albo IP65. Stopień ochrony potwierdza się zawsze dla całej obudowy. W przypadku obudów zewnętrznych za silikonem przemawia odporność na UV i ozon. W technice spożywczej stosuje się mieszanki, które odpowiadają zaleceniu BfR XV albo spełniają wymagania FDA 21 CFR 177.2600 dla wielokrotnie używanych artykułów gumowych. Gładka, zamknięta skórka zewnętrzna wchłania przy tym mniej wilgoci i środków czyszczących niż otwarte powierzchnie cięcia.

W technice pojazdowej uszczelki z pianki silikonowej stosuje się przy obudowach baterii, klapach i otworach serwisowych. Dla pojazdów szynowych obowiązują wymagania przeciwpożarowe według EN 45545-2, dla których dostępne są specjalne mieszanki pianki silikonowej. Przegląd płyt, sznurów i profili oferuje strona dotycząca pianki silikonowej. Jak guma porowata plasuje się względem O-ringów, uszczelek płaskich i uszczelek formowych, opisuje artykuł o uszczelnieniach silikonowych w przemyśle.

Najczęstsze pytania

Jaka jest różnica między gumą porowatą a gumą piankową?

Guma porowata jest zwykle mieszankomórkowa i jako profil wytłaczany ma zwartą skórkę zewnętrzną, która uszczelnia przed wodą i pyłem. Guma komórkowa jest w przeważającej mierze zamkniętokomórkowa i także na krawędziach cięcia wchłania mało wody. Guma piankowa jest z reguły otwartokomórkowa i bardzo miękka. Wchłania ciecz i jest stosowana raczej do tłumienia oraz amortyzacji.

Jak mocno należy ściskać uszczelkę z gumy porowatej?

Zamkniętokomórkowe uszczelki z gumy porowatej ściska się typowo o 25 do 50 % ich wysokości. Konkretna wartość zależy od gęstości pozornej, przekroju profilu, tolerancji szczeliny i temperatury pracy. Trwałe ściśnięcie powyżej zalecanego zakresu zwiększa odkształcenie trwałe po ściskaniu.

Czy uszczelka z gumy porowatej z silikonu nadaje się do kontaktu z żywnością?

To zależy od mieszanki. Do kontaktu z żywnością stosuje się pianki silikonowe, które odpowiadają zaleceniu BfR XV albo spełniają wymagania FDA 21 CFR 177.2600. Przydatność potwierdza się dla konkretnej receptury, a nie ogólnie dla silikonu.

Jaki klej nadaje się do samoprzylepnych profili z silikonowej gumy porowatej?

Kleje akrylowe nadają się typowo do temperatury ciągłej około 100 do 120 °C i dobrze przylegają do metalu oraz lakieru. Do wyższych temperatur albo podłoży zawierających silikon stosuje się kleje silikonowe. Odpowiednie silikonowe kleje samoprzylepne przylegają do pianki silikonowej bez aktywującej obróbki wstępnej, przy klejach akrylowych jest ona wymagana zależnie od systemu. Powierzchnie klejenia muszą w każdym przypadku być czyste i odtłuszczone.