Termosety vs. Elastomery Inteligentne

Klasyczne uszczelnienia maszyn (np. O-ringi z EPDM, uszczelniacze kasetowe z FKM/Vitonu) to tzw. termosety – polimery usieciowane na stałe w procesie wulkanizacji. Ich struktura przypomina zbitą trójwymiarową sieć. Gdy taka sieć ulega rozerwaniu na skutek tarcia i zmęczenia materiałowego, wiązania chemiczne pękają bezpowrotnie. Pojawia się szczelina, płyn roboczy zaczyna wyciekać, a UR musi zaplanować wielogodzinną wymianę.

Odpowiedzią na tę fundamentalną ułomność materiałową są Vitrimery – polimery posiadające zdolność do samonaprawy (Self-Healing). Łączą one wysoką stabilność mechaniczną klasycznych gum ze zdolnością do reorganizacji molekularnej, charakterystyczną dla topiącego się plastiku, bez utraty spójności całego detalu.

JAK: Dynamiczna wymiana wiązań kowalencyjnych

Tajemnica vitrimerów leży w chemii. Posiadają one wiązania kowalencyjne, które nie są statyczne, lecz „wymienne” po dostarczeniu odpowiedniej dawki energii (np. ciepła). Zjawisko to nazywa się w inżynierii reakcją transestryfikacji.

Kiedy uszczelka na obracającym się wale pompy doznaje mikropęknięcia, rosnące lokalnie tarcie generuje wysoką temperaturę na krawędzi szczeliny (przekraczając tzw. temperaturę topologii – T_v). W tym momencie sieć polimerowa staje się płynna „w skali nano”. Rozerwane końce cząsteczek chwytają się nawzajem, tworząc nowe wiązania w poprzek pęknięcia. Pęknięcie „bliznowacieje” i zarasta, zatrzymując wyciek rosnący wyciek oleju, zanim w ogóle powstanie zauważalna kropla. Cały proces zachodzi w pracującej maszynie.

GDZIE: Aplikacje w infrastrukturze krytycznej

Wdrożenie vitrimerów ma największy sens technologiczny tam, gdzie wymiana jednej uszczelki kosztuje tysiące złotych w postaci utraconej produkcji lub gdzie dostęp serwisowy jest dramatycznie utrudniony.

• + Przekładnie turbin wiatrowych (Offshore): Wymiana uszczelniacza wału głównego w gondoli na morzu to operacja wymagająca potężnych dźwigów statkowych. Uszczelnienie samoregenerujące wydłuża interwał serwisowy o kilka lat.
• + Hydraulika siłowa w hutnictwie: Gigantyczne cylindry dociskowe pracujące w skrajnych temperaturach. Lokalne przegrzanie wargi uszczelniacza zamiast powodować jego degradację, aktywuje proces formowania nowej powłoki ślizgowej.
• + Pompy przemysłu chemicznego i wtryskarki: Gdzie przetaczane medium jest agresywne lub ścierne, a postój linii oznacza zniszczenie wtryskiwanego polimeru lub zastygnięcie medium w rurociągach.