Guarnizioni e materiali: scegliere soluzioni in elastomero

La scelta dei materiali per le guarnizioni può in taluni casi risultare un compito complesso, soprattutto quando questi prodotti devono essere utilizzati in specifiche applicazioni professionali e industriali che richiedono proprietà tecniche di elevato livello.

A seconda dei casi specifici, nella valutazione dei materiali più idonei appaiono per esempio indispensabili caratteristiche quali:

• la capacità di adattarsi a movimenti dinamici, senza modificare la forma originale delle guarnizioni
• la tenuta alle basse temperature
• la resistenza a condizioni termiche estreme

In questo articolo scopriremo i principali aspetti da tenere in considerazione nella scelta dei materiali per la produzione di guarnizioni in elastomero la cui proprietà principale, come il nome stesso evidenzia, è la capacità di subire notevoli deformazioni elastiche.

Conosceremo inoltre alcuni di questi materiali, diffusamente utilizzati in soluzioni quali o-ring, guarnizioni in gomma circolari, rondelle piane in gomma e diverse altre tipologie di guarnizioni.

 

Sommario:

GUARNIZIONI E MATERIALI: SCEGLIERE SOLUZIONI IN ELASTOMERO

Guarnizioni e materiali: i profili d’uso tra proprietà chimico-fisiche e range di temperatura

• Proprietà meccaniche in condizioni dinamiche o statiche
• Range di Temperatura
• Resistenza chimica contro agenti di varia natura
• Omologazione

Guarnizioni in materiali come l’elastomero: comportamenti e reazioni principali

• Le basse temperature
• Le alte temperature
• Gli effetti dei cambi di pressione estremi
• L’azione degli attuatori industriali

Guarnizioni e materiali e le loro proprietà fisico-meccaniche

• EPDM, un materiale versatile
• FKM, resistente al calore
• HNBR, un materiale resistente alle abrasioni
• NBR, gomma dalle buone caratteristiche meccaniche
• VMQ, la gomma siliconica atossica

Guarnizioni e materiali: gli elastomeri suddivisi in gruppi di prestazioni

• Elastomeri per impieghi generici
• Elastomeri a elevate prestazioni
• Elastomeri speciali

Dalle rondelle piane in gomma alle guarnizioni in gomma circolari: i prodotti per l’industria di Betelli

 

 

Guarnizioni e materiali: i profili d’uso tra proprietà chimico-fisiche e range di temperatura

Nella scelta delle guarnizioni in elastomero occorre tenere ben presenti determinate prerogative connesse all’uso finale che ne sarà effettuato, con specifico riguardo all’ambiente operativo in cui svolgeranno la propria funzione. Si tratta di aspetti fondamentali da non sottovalutare per far sì che le guarnizioni garantiscano prestazioni ottimali.

Da eventuali guasti o malfunzionamenti, infatti, potrebbero derivare una serie di spiacevoli conseguenze, in talune circostanze molto gravi: da perdite a interruzioni a livello di produttività, da contaminazioni sino a problematiche di sicurezza nel caso di applicazioni ad alto rischio.

– Proprietà meccaniche in condizioni dinamiche o statiche

È importante sapere se la guarnizione sarà usata in modo statico, ovvero se resterà ferma e combaciante, o se verrà utilizzata in modo dinamico, ossia se si prevedono movimenti che potranno modificarne la forma originale. È ciò che accade, per esempio, con le valvole di regolazione o con gli attuatori. Nel caso di guarnizioni dinamiche, risulta opportuno verificare se saranno sottoposte di rado o continuamente all’azione dei movimenti. Un ulteriore parametro da appurare è il livello di sollecitazione meccanica a cui saranno soggetti i prodotti in elastomero.

– Range di Temperatura

È necessario conoscere l’esatto range di temperature massime e minime in cui saranno usate le guarnizioni di vari materiali. Occorre inoltre sapere se gli eventuali picchi di temperatura saranno di breve durata o costanti.

– Resistenza chimica contro agenti di varia natura

Un altro elemento essenziale da tenere in considerazione nella scelta delle guarnizioni in materiali come elastomero è l’eventuale interazione con agenti chimici di varia natura. È necessario per esempio sapere:

• se i materiali dovranno risultare resistenti a particolari fluidi
• se i liquidi in questione presenteranno temperature specifiche
• se le guarnizioni dovranno essere utilizzate in presenza di acidi
• se in fase di montaggio delle stesse si useranno grassi o lubrificanti

– Omologazione

Nella selezione vanno infine valutate eventuali omologazioni o direttive da seguire rispetto al processo produttivo.

 

Guarnizioni in materiali come l’elastomero: comportamenti e reazioni principali

Fin dall’inizio di questo approfondimento abbiamo sottolineato l’importanza di conoscere con scrupolosità le caratteristiche fisiche e meccaniche che le guarnizioni mostreranno in funzione dei materiali con cui sono realizzate: questa è l’unica strada per ottimizzarne il funzionamento ed efficientare i processi produttivi industriali.

Nell’ambito di guarnizioni e materiali, parliamo dunque di guarnizioni in elastomero e approfondiamo le loro caratteristiche sotto specifiche condizioni, probabilmente le più diffuse nei contesti industriali di loro maggiore applicazione.

– Le basse temperature

Se sottoposti a temperature basse, guarnizioni e materiali come gli elastomeri tendono a irrigidirsi. Perdono quindi parte della loro elasticità nonché la capacità di rispondere a una forza di reazione. Man mano che il materiale si raffredda si può inoltre verificare una contrazione dello stesso.

Le problematiche riscontrate dalle guarnizioni in elastomero per basse temperature possono verificarsi in applicazioni del settore farmaceutico, aerospaziale, petrolifero, petrolchimico, alimentare e lattiero-caseario.

Tra i materiali più idonei per l’utilizzo in ambienti freddi troviamo:

• l’EPDM
• l’FKM
• l’NBR
• il VMQ

– Le alte temperature

Sottoposti a temperature molto alte, guarnizioni e materiali come gli elastomeri tendono a perdere rigidezza, divenendo teneri e flessibili. Una successiva riduzione della temperatura consente tuttavia a guarnizioni e materiali di riacquisire il loro status originale. Il calore eccessivo accelera inoltre il processo di invecchiamento che si manifesta con la progressiva perdita delle proprietà elastiche. Sono numerosi gli ambiti in cui le guarnizioni devono dimostrarsi in grado di affrontare temperature alte o persino elevatissime. È il caso per esempio dei forni industriali e delle centrali termiche a blocco.

Tra i materiali più adatti all’utilizzo in applicazioni che prevedono temperature elevate troviamo:

• l’EPDM
• l’FKM

– Gli effetti dei cambi di pressione estremi

Determinate applicazioni prevedono cambi di pressione di grande intensità. Un quadro simile può per esempio verificarsi in ambito petrolifero, nel settore del gas o nei sistemi di trattamento dell’aria.

In questo tipo di applicazioni, le guarnizioni elastomeriche vengono utilizzate per far tenuta contro i gas. Le problematiche si riscontrano in special modo quando il gas compie bruschi abbassamenti di pressione in poco tempo, partendo da livelli elevati. Il fenomeno viene definito “decompressione esplosiva” e comporta la formazione di crepe o di bolle sulla superficie delle guarnizioni, con conseguente danneggiamento delle stesse.

Tra i materiali di tenuta più adeguati per fronteggiare fenomeni di decompressione esplosiva troviamo:

• l’FKM
• l’HNBR

– L’azione degli attuatori industriali

Gli attuatori sono dispositivi diffusamente utilizzati nell’automazione industriale. Questi apparecchi svolgono diverse funzioni come, per esempio, le regolazioni dei nastri trasportatori negli impianti di produzione in serie. Le guarnizioni elastomeriche usate in questo tipo di applicazioni devono essere soprattutto capaci di sostenere il movimento dinamico degli attuatori, senza subire modificazioni della loro forma originale.

Tra i materiali più idonei per la realizzazione di guarnizioni destinate agli attuatori, troviamo:

• l’EPDM
• l’FKM

 

Guarnizioni e materiali e le loro proprietà fisico-meccaniche

Nel paragrafo precedente abbiamo introdotto diversi materiali con cui è possibile realizzare svariate guarnizioni industriali. Vediamo insieme le principali caratteristiche di ciascun materiale e quali proprietà fisiche e meccaniche erediterà la guarnizione realizzata.

– EPDM, un materiale versatile

L’EPDM – o etilene-proprilene – è un materiale dall’utilizzo versatile che presenta una buona resistenza ai fluidi acquosi, all’acqua bollente e al vapore, all’invecchiamento nonché una buona flessibilità al freddo. Le guarnizioni in materiali come l’EPDM sono quindi molto usate in ambienti che richiedono il contatto diretto con l’acqua bollente e il vapore oltre che nel settore alimentare. Di contro, però, il materiale mostra una debole resistenza all’azione di oli minerali e idrocarburi. Il suo comportamento meccanico è molto buono.

– FKM, resistente al calore

L’FKM – o gomma fluorurata – è un materiale dalle buone caratteristiche meccaniche, sia in compressione che in resa elastica, e che presenta un’eccezionale resistenza alle temperature elevate, al calore, ai carburanti, all’ozono, agli oli, ai solventi e ai raggi UV. Mostra anche un’elevata resistenza all’attacco di agenti chimici e ossidanti.

– HNBR, un materiale resistente alle abrasioni

L’HNBR – o gomma nitrile-idrogenato – si contraddistingue per eccellenti proprietà fisico-meccaniche. Il range della sua temperatura di esercizio varia dai -40°C ai +150°C. Il materiale presenta un’elevatissima resistenza all’abrasione e alla deformazione permanente. Ottima anche la resistenza agli idrocarburi, ai grassi minerali e vegetali, ad alcuni fluidi refrigeranti e ai gas. Di contro, le guarnizioni in materiali come l’HNBR mostrano una bassa resistenza verso carburanti e liquidi dei freni.

– NBR, gomma dalle buone caratteristiche meccaniche

L’NBR – o gomma nitrile – dimostra una buona resistenza agli oli, ai grassi animali e vegetali, a svariate soluzioni saline nonché agli idrocarburi alifatici. La resistenza al calore del materiale è buona fino a +100°C e, per breve tempo, fino a +120°C. Le guarnizioni in materiali come l’NBR hanno quindi buone caratteristiche meccaniche contro una bassa resistenza verso l’azione di agenti atmosferici, acidi e liquidi dei freni.

– VMQ, la gomma siliconica atossica

Il VMQ – o gomma siliconica – è un elastomero caratterizzato da una buona flessibilità a freddo. Si tratta di un materiale versatile che si adatta a un’estesa finestra termica con picchi che possono raggiungere persino i +300 °C, capace di conservare una buona elasticità per tutto il range di temperatura di utilizzo.

Il VMQ evidenzia anche un’eccellente resistenza agli agenti climatici come neve, pioggia, umidità e luce solare, nonché al fuoco. Presenta inoltre ottime caratteristiche di purezza e di atossicità che lo rendono particolarmente adatto per applicazioni nel settore alimentare e biomedicale. Il silicone è infine l’unico materiale isolante flessibile che presenta, unitamente ad un’eccellente tenuta al calore, un’elevata resistenza alle radiazioni (raggi gamma ed UV).

 

Guarnizioni e materiali: gli elastomeri suddivisi in gruppi di prestazioni

Le proprietà fisiche, chimiche, meccaniche, dei materiali influenzano il comportamento delle guarnizioni. Sotto questo punto di vista, gli elastomeri, maggiormente diffusi in commercio e nelle molteplici applicazioni industriali, possono essere raggruppati in tre categorie in funzione delle loro prestazioni.

– Elastomeri per impieghi generici

Rientrano in questa categoria guarnizioni e materiali che si deteriorano in ambienti aggressivi come calore, oli minerali, ossidanti, ozono e solventi, mostrando buone prestazioni meccaniche e discrete prestazioni alle basse temperature. Il vantaggio più incisivo degli elastomeri che rientrano in questo gruppo è rappresentato dal basso prezzo.

– Elastomeri a elevate prestazioni

Guarnizioni in materiali come NBR o EPDM rientrano nel gruppo di elastomeri dalle buone prestazioni anche in ambienti aggressivi, a discapito di un aumento di prezzo, seppur lieve, rispetto ai materiali del gruppo precedente.

– Elastomeri speciali

Facciamo riferimenti a guarnizioni in materiali come HNBR, VMQ e ancora FKM. Ovvero parliamo di elastomeri che forniscono prestazioni anche estremamente elevate, molto più specifici ed efficaci in risposta ai bisogni specifici del progettista. Chiaramente – e questo è l’aspetto negativo dell’utilizzo di tali guarnizioni e materiali – la maggiore specificità porta con sé un prezzo decisamente più alto se comparato ai due precedenti gruppi.

 

Dalle rondelle piane in gomma alle guarnizioni in gomma circolari: i prodotti per l’industria di Betelli

Betelli è un’azienda specializzata nella produzione di guarnizioni industriali. Nel suo ampio catalogo dispone dei più innovativi materiali per la realizzazione di prodotti tecnici quali o-ring, rondelle piane in gomma e guarnizioni in gomma circolari.

Per conoscere da vicino le caratteristiche dei nostri articoli, contattaci o vieni a trovarci a Lacchiarella, in provincia di Milano. Saremo lieti di ascoltare tutte le tue esigenze e di proporti le migliori soluzioni per le tue necessità produttive.