La ciencia detrás del porcentaje de compresión de las juntas de silicona: una guía completa

¿Cuánta compresión se necesita para conseguir un buen sellado cuando se utiliza una junta de silicona? Esta es la pregunta a la que responde el porcentaje de compresión de la junta de silicona. Muy poca compresión dará lugar a un sellado ineficaz, pero demasiada compresión también puede dar lugar a una junta que funcione mal incluso a corto plazo.

Índice del contenido

Esta guía le ayudará a comprender cómo puede evaluar sus necesidades de juntas, lograr el porcentaje de compresión adecuado para su aplicación, los factores que afectan la compresión e incluso cómo puede evitar la deformación permanente de sus juntas en algunas aplicaciones. Continúe leyendo mientras descubrimos los secretos del porcentaje de compresión de las juntas de silicona. 

¿Cuál es el porcentaje de compresión de la junta de silicona?

El porcentaje de compresión de la junta de silicona es la diferencia entre el espesor original de la junta y el espesor de la junta de silicona comprimida, dividida por el espesor original de la junta, es decir, antes de la compresión, expresada como porcentaje. Es una medida sencilla de cuánto se comprime una junta de silicona cuando está en uso.

El porcentaje de compresión de la junta de silicona puede servir como una buena guía para garantizar que no aplique muy poca compresión al instalar la junta. Quizás lo más importante es que también puede servir como guía para garantizar que no aplique demasiada compresión al sello.

La suposición común es que cuanto más apretada sea la junta, mejor, pero este error común afecta negativamente las propiedades mecánicas de la junta y puede provocar un rendimiento deficiente a largo plazo del sello en algunas aplicaciones.

¿Qué son las juntas de silicona?

juntas de goma negras

Las juntas de silicona son sellos flexibles que se instalan y comprimen entre superficies de contacto para evitar que sustancias entren o salgan del espacio sellado. También se utilizan para mantener los niveles de presión dentro de espacios sellados.

Cuando se comprime, un junta de silicona Se adapta a los desniveles de las superficies de contacto, rellenando ranuras y rayones. Esto crea una barrera mecánica que evita que las sustancias se muevan de un lado de las superficies de contacto a otro.

Tradicionalmente, las juntas se fabricaban utilizando amianto y caucho natural, pero las juntas de silicona se han vuelto cada vez más populares debido a propiedades como:

  • baja toxicidad 
  • Excelente rendimiento a altas y bajas temperaturas en comparación con las juntas de caucho natural
  • Buenas propiedades de aislamiento.
  • Buena resistencia al ozono, la luz ultravioleta y muchos productos químicos.
  • Seguro para aplicaciones alimentarias y médicas.
  • Baja inflamabilidad

Existen diferentes tipos de juntas de silicona que poseen una variedad de propiedades que las hacen adecuadas para diferentes aplicaciones. Algunos tipos de juntas de silicona incluyen:

tipos de juntas de silicona
  • juntas troqueladas: Juntas de silicona troqueladas se producen utilizando un troquel y una prensa, lo que da como resultado cortes precisos y consistencia de una junta a la siguiente. 
  • Juntas de calidad alimentaria aprobadas por la FDA: Estas juntas de silicona están hechas de materiales que se consideran seguros para los alimentos. Pueden soportar el calor y no se degradan con los productos de limpieza. Estos serán vitales para usted si es un fabricante de bebidas o alimentos.
  • juntas de fluorosilicona: Estas juntas ofrecen una resistencia superior a productos a base de petróleo como aceites, combustibles y refrigerantes en comparación con otras juntas de silicona. Estos pueden proporcionar un sello confiable en una aplicación automotriz o aeroespacial.
  • juntas de espuma de silicona: Estas juntas son livianas y poseen buenas propiedades de deformación por compresión. Son más suaves que las juntas de esponja y pueden usarse para sellar, aislar y amortiguar. 
  • Juntas de esponja de silicona: Esponja de silicona Se considera impermeable y puede soportar altas temperaturas. Su resistencia al desgarro y a la tracción superan a las de la espuma de silicona y también puede utilizar este tipo de junta para amortiguar y sellar en exteriores.
  • Juntas de silicona maciza: Estas juntas no son tan suaves como sus contrapartes de espuma o esponja. Forman un buen sello a tasas de compresión más bajas y tienen variedades con durómetros de rango bajo y medio.
  • Juntas conductoras: Eléctricamente goma conductora Las juntas contienen partículas conductoras. Puede usarlos donde necesite un sello confiable junto con protección contra Interferencia electromagnética (EMI) e interferencia de radiofrecuencia (RFI).

Compresión en el diseño de juntas

Cuánto se puede comprimir una junta a lo largo de su espesor es un factor que se debe considerar cuando se diseña una junta. Es más probable que se produzcan fugas si una junta se comprime demasiado o muy poco.

Papel de la compresión en el sellado

Es necesaria una cierta cantidad de compresión para que una junta forme un buen sello entre las superficies de contacto. Cuando se comprime una junta, ésta sufre una cierta deformación elástica y plástica, lo que la obliga a llenar las irregularidades que permitirían el escape de un gas, líquido o polvo. 

Si la compresión es muy pequeña, la junta no llenará las irregularidades suficientes para evitar por completo una fuga. Sin embargo, demasiada compresión también puede causar una deformación más permanente, lo que hace menos probable que la junta rebote lo suficiente como para formar un sello adecuado la próxima vez que la comprima.

Factores que influyen en la compresión de la junta

Hay varios factores que afectan cuánto se puede comprimir una junta. Éstas incluyen:

Imagen de brida atornillada
  • ¿Con qué fuerza se aprietan los pernos?
  • Las propiedades del material utilizado para formar la junta.
  • El diseño de las superficies de contacto.

Para formar buenos sellos, los pernos de las bridas no deben estar ni demasiado apretados ni demasiado flojos. Si los pernos no se aprietan lo suficiente, las juntas no se deforman lo suficiente como para formar buenos sellos entre las superficies de contacto. Sin embargo, las juntas sufrirán una deformación permanente si los sujetadores se aprietan demasiado.

Una junta de silicona más blanda puede formar un mejor sellado ya que requiere menos fuerza de compresión para adaptarse a las imperfecciones de las superficies de contacto. Sin embargo, estos materiales blandos también tendrían dificultades para mantener el sello bajo presiones más altas.

Algunas bridas ofrecen una gran superficie para la junta, mientras que otras tienen menos espacio disponible. Las bridas con mayor superficie permiten el uso de juntas más anchas que se pueden comprimir más. Ofrecen un mejor sellado pero ocupan más espacio y no son adecuados para aplicaciones de baja presión.

Se pueden usar juntas con anchos más pequeños donde hay menos espacio pero no ofrecen los mejores sellos.

Porcentaje de compresión de juntas de silicona: la ciencia

El porcentaje de compresión de la junta de silicona, comúnmente conocido como compresión de la junta de silicona, es una de varias guías que puede utilizar para evitar juntas con fugas. ¿Qué es esta métrica y cómo se calcula al apretar bridas?

Definición e importancia

El porcentaje de compresión de la junta de silicona es el porcentaje del espesor inicial de la junta de silicona que se ha reducido al comprimirse.

Por ejemplo, si una junta de silicona de 2 mm tiene un porcentaje de compresión ideal del 30%, su espesor ideal bajo compresión será de 1.4 mm. Su porcentaje de compresión en cualquier momento se puede calcular mediante la siguiente fórmula:

Fórmula para calcular el porcentaje de compresión de juntas de silicona

Si la junta de silicona de 2 mm anterior se comprimió hasta un espesor de 1.6 mm, su porcentaje de compresión se puede calcular de la siguiente manera:

Aplicación de la fórmula del porcentaje de compresión de la junta de silicona

La importancia de conocer el porcentaje de compresión de la junta de silicona es que puede ayudarle a determinar si ha aplicado suficiente compresión para formar un sello eficaz. 

Al apretar tuercas o tornillos, también es fácil suponer que cuanto más apriete, mejor se formará el sello, pero esto puede dañar la junta. Con el porcentaje de compresión de la junta de silicona como guía, puede medir periódicamente el espesor de la junta y Utilice la fórmula anterior para determinar cuándo se ha logrado la compresión adecuada..

Comportamiento material

Isómeros como goma de silicona y el caucho natural son algunos de los mejores materiales para juntas. Su capacidad para estirarse o comprimirse varias veces su tamaño es útil, pero tienen algunas otras características que debes tener en cuenta cuando se usan como materiales de juntas.

Viscoelasticidad en juntas de caucho de silicona

Uno de los servicios de firma de goma de siliconaLas propiedades mecánicas de se llama viscoelasticidad. Esta propiedad puede ayudar a crear un mejor sellado pero también puede comprometer la durabilidad del material de la junta.

Viscoelasticidad Describe la capacidad de un material de exhibir un comportamiento viscoso y elástico al mismo tiempo cuando se lo somete a una fuerza. Esto significa que, bajo deformación, estos materiales exhiben un comportamiento tanto sólido como líquido. 

Cuando el caucho de silicona se fabrica para que sea viscoelástico, cuando se somete a una fuerza repentina, por ejemplo, cuando se golpea con un martillo, el material exhibirá un gran grado de rigidez. ¡El martillo puede rebotar en el material sin dejar marcas! 

Por otro lado, cuando se aplica una fuerza al mismo material durante un cierto período de tiempo, el material se deforma gradualmente para adoptar la forma dictada por la fuerza. El mismo material que rebotará con el golpe de un martillo puede deformarse si se presiona con un dedo durante algún tiempo.

Cuando se elimina la fuerza deformante, el material rebota lentamente hasta recuperar su forma original.

Pelota de goma presionada con el dedo

Esta capacidad de deformarse gradualmente puede hacer que una junta de silicona forme un mejor sello a medida que "fluye" gradualmente para llenar las imperfecciones.

Por otro lado, en el contexto del porcentaje de compresión de las juntas de silicona, esta misma propiedad viscoelástica puede ser un problema. Al instalar la junta, puede aplicar suficiente compresión para lograr el porcentaje de compresión deseado. Sin embargo, Con el tiempo, el material de la junta puede deformarse aún más, provocando diferencias en las medidas..

La junta puede volver a sus dimensiones originales cuando se elimina la compresión, pero las diferencias dimensionales que aparecen horas después de su instalación pueden crear otros desafíos.

Características tensión-deformación del caucho de silicona sometido a compresión

Las características tensión-deformación del caucho de silicona bajo compresión no son lineales, especialmente cuando pasa suficiente tiempo. La cantidad de tensión o deformación que presenta el caucho de silicona puede cambiar incluso bajo tensión constante.

Una manera de observar esto es cuando un junta de goma de silicona inicialmente está atornillado en su lugar. Inicialmente, resistirá más la compresión, lo que hará que se introduzca más profundamente en los pequeños espacios e imperfecciones de las superficies de las bridas. Sin embargo, Una hora más tarde, el grado de este 'pushback' se habrá reducido en algún porcentaje.. Esto puede provocar fugas y un sellado imperfecto. 

Estas características de tensión-deformación del caucho de silicona se ven afectadas por varios factores, entre ellos:

  • Composición del caucho de silicona utilizado.
  • Tasa de deformación, es decir, el período durante el cual actúa la tensión.
  • Condiciones ambientales, por ejemplo, temperatura y humedad.
  • Exposición a ciertos químicos

Estos factores pueden hacer que el caucho de silicona se vuelva más suave y sufra más tensión incluso cuando la tensión es constante. En un caso, en condiciones con 0% de humedad relativa, el caucho de silicona se volvió más rígido y necesitó más tensión de compresión para alcanzar los mismos niveles de deformación.

Este complejo comportamiento tensión-deformación puede afectar el porcentaje de compresión de la junta de silicona, especialmente si las condiciones durante la instalación son muy diferentes de las condiciones durante la operación.

Rangos de compresión óptimos

Cuánta compresión debe aplicar a su junta no es una respuesta única. La cantidad ideal de compresión dependerá de las características específicas de su aplicación. Aun así, es comúnmente aceptado que el punto óptimo para la compresión es entre 35% y 40% Para juntas de caucho de silicona sólida y de esponja.

Este punto óptimo es algo que buscamos, pero no garantizamos que obtenga los resultados que desea dentro de este rango. En todo caso, Se recomienda que nunca supere el 50% de compresión. El límite inferior es más variable y puede ser del 10%, 15% o incluso 25%..

El porcentaje de compresión no solo afecta la calidad del sello que proporciona su junta, sino que también determina cuánto tiempo puede servirle su junta. Cuando su porcentaje de compresión está en el lado más alto de los valores óptimos, existe una mayor posibilidad de que su junta falle antes de tiempo.

juntas de silicona

Cuando las juntas de silicona se someten a compresión, sufren deformaciones tanto elásticas como plásticas. Cuanto mayor es el porcentaje de compresión, más deformación plástica se produce. 

La parte de la deformación que se debe a la elasticidad del material se recuperará cuando se elimine la carga de compresión. Sin embargo, la deformación plástica es permanente y es por esto que tu junta sólo recuperará un porcentaje de su espesor inicial pero no todo. 

Demasiada deformación plástica puede resultar en un sellado deficiente en aplicaciones donde la tensión es periódica en lugar de constante. Esto se debe a que tales lugar de trabajo dinámico Las aplicaciones requieren que el material recupere parte de su espesor inicial de vez en cuando para mantener el sello.

Un porcentaje de compresión más alto también puede hacer que el material de la junta se rompa o se rompa, volviéndolo rápidamente ineficaz.

El papel del conjunto de compresión

La deformación por compresión es un factor clave a la hora de decidir si un material servirá como buen material para juntas. Se puede utilizar para comparar rápidamente la durabilidad esperada de diferentes materiales cuando una aplicación presenta cargas de compresión cíclicas.

¿Qué es un juego de compresión?

Conjunto de compresión

En términos generales, un conjunto de compresión es un parámetro que cuantifica qué tan bueno es un material para recuperar su forma original después de ser comprimido. En el caso de una junta de silicona, Los conjuntos de compresión se pueden utilizar para expresar cuánto de su espesor se ha perdido permanentemente después de haber sido sometido a una fuerza de compresión.

La conjunto de compresión La calidad de un material es importante porque puede indicarle si es lo suficientemente resistente como para usarlo de manera confiable en una aplicación específica. Se prefiere una deformación por compresión más baja porque implica que el material se recupera más y tendrá mayor durabilidad en aplicaciones con cargas de compresión cíclicas.

Conjunto de compresión VS. Porcentaje de compresión de la junta de silicona

Los conjuntos de compresión A y B miden cuánto puede recuperarse el material de una junta después de haber sido sometido a una fuerza de compresión y se le ha permitido recuperarse. El conjunto de compresión A implica someter el material a una fuerza constante, mientras que el conjunto de compresión B implica comprimir el material al 75% de su espesor inicial. 

El porcentaje de compresión de la junta es el porcentaje de la diferencia de espesor entre la junta original y la junta comprimida. 

Para calcular el conjunto de compresión B, el porcentaje de compresión de la junta de silicona se establece en 25% de forma predeterminada. Esto significa que puede trabajar hacia atrás utilizando la fórmula del porcentaje de compresión para identificar el espesor bajo compresión. 

Por ejemplo, supongamos que tengo un trozo de caucho de silicona de 1.5 mm de espesor. En ese caso, puedo usar la fórmula de porcentaje de compresión anterior para identificar el espesor bajo compresión necesario para la prueba como se muestra a continuación.

Encontrar el espesor bajo compresión usando las cifras del conjunto de compresión B

El resultado de la operación anterior, 1.125, es el 75% de 1.5 mm.

¿Qué significa en la práctica una serie de alta compresión?

Es menos probable que los materiales con una alta deformación por compresión recuperen una porción significativa de sus dimensiones originales después de que se elimina la fuerza de compresión. Esto indica poca resiliencia y dichos materiales pueden desarrollar espacios y fugas antes si se usan como sellos.

Imagen de un teléfono, un dispositivo electrónico que puede utilizar juntas de alta compresión

En aplicaciones que implican cargas cíclicas, una junta estará sujeta a diferentes tensiones de compresión en diferentes momentos. Un material de deformación por compresión más baja se comprimirá cuando la tensión de compresión sea alta y recuperará la mayor parte de su espesor original cuando la tensión de compresión disminuya.. Es menos probable que quede un espacio entre la superficie de contacto y la junta.

Sin embargo, un material de mayor compresión se comprimirá pero recuperará menos de su espesor original cuando se reduzca la tensión de compresión. Esto significa que cuando la carga es cíclica, se pueden formar espacios más rápidamente entre la superficie de contacto y la junta. 

Esto no significa que las juntas de alta compresión no sirvan. Son muy adecuados para su uso en equipos electrónicos y otras aplicaciones con compresión permanente.  

Factores que afectan el porcentaje de compresión

No basta con conocer el porcentaje de compresión ideal de un material. Varios factores pueden limitar la cantidad de compresión que se puede aplicar, incluido el grosor de la junta, las superficies de las piezas metálicas que se unen y el entorno operativo de la junta.

Grosor de la junta

Generalmente se recomienda utilizar una junta más delgada si es posible. Las juntas más delgadas tienen menos probabilidades de tener fugas, de sufrir una explosión, cuestan menos y experimentan menos relajación por fluencia.

Sin embargo, un porcentaje de compresión de la junta del 20 % en una junta más gruesa puede sellar más imperfecciones que el mismo porcentaje de compresión en una junta más delgada. Por lo tanto, una junta más delgada puede necesitar un mayor porcentaje de compresión para proporcionar un sellado adecuado y, en algunos casos, ni siquiera esto es suficiente.

La decisión sobre el mejor espesor de junta depende de muchos factores que giran en torno a la aplicación específica. Éstas incluyen:

  • Espesor de la brida
  • Diámetro de la brida
  • Presión interna sobre la junta durante el funcionamiento.
  • Presencia de daños en la brida.
Brida con superficie oxidada y dañada

En algunas aplicaciones, los espacios reducidos pueden requerir un espesor final específico. Esto significa que la junta tendría que tener un tamaño específico cuando se comprima. El espesor de la junta elegido tendría que tener en cuenta el porcentaje de compresión para evitar exceder las tensiones de compresión máximas.

Acabado de la superficie de la brida

Las superficies de las bridas suelen presentar un acabado liso o dentado. El tipo de acabado afecta tanto el tipo de material de la junta como el porcentaje de compresión de la junta que se necesita para conseguir un buen sellado.

En comparación con un acabado liso, un acabado dentado ofrece una mejor resistencia al material de la junta. Esta fricción entre el material de la junta y las superficies de la brida hace que sea más difícil que la junta se disloque y provoque una fuga incluso cuando el porcentaje de compresión es menor.

Es una práctica común utilizar superficies de sellado dentadas en aplicaciones que presentan altas temperaturas y altas presiones. Este tipo de acabados deben combinarse con juntas blandas, como las de silicona, que pueden deformarse más fácilmente y entrar en las ranuras para un sellado superior.

También puede combinar una junta de silicona suave con una brida con un acabado liso en aplicaciones de baja presión y baja temperatura. Sin embargo, las superficies de contacto con un acabado liso suelen combinarse con juntas duras o metálicas.

Temperaturas operativas

Cuándo El caucho de silicona se calienta a una temperatura de alrededor de 300 °F (150 °C). Puede que no haya ninguna diferencia significativa en su comportamiento compresivo. Sin embargo, alrededor de 392 °C (200 °F), el caucho de silicona comenzará a endurecerse. Una junta también puede hincharse y su forma puede cambiar.

Ambiente de funcionamiento cálido con juntas bridadas

Esta mayor deformación a temperaturas más altas puede combinarse con una recuperación más pobre. Esto significa que el material tendría deformaciones por compresión más altas. 

Temperaturas muy bajas también pueden provocar una menor compresibilidad del caucho de silicona. Estos cambios en la compresibilidad del caucho de silicona a ciertas temperaturas pueden hacer que la junta sea menos efectiva.  

Para garantizar que el sellado no se vea afectado significativamente por las variaciones de temperatura, puede tomar medidas como las siguientes:

  • Conocer las temperaturas a las que estará expuesta su junta durante el funcionamiento.
  • Elegir el material de junta adecuado, especialmente para aplicaciones de alta y baja temperatura. 
  • Garantizar la instalación adecuada de la junta, incluida la elección del porcentaje de compresión adecuado para adaptarse a la expansión y contracción de las piezas metálicas inducida por la temperatura.

Conclusión

Cuando instala una junta de silicona nueva, una de las preguntas que probablemente se haga es cuánta compresión necesita para formar un sello hermético. Esta es una pregunta que puede responderse parcialmente utilizando el porcentaje de compresión de la junta de silicona.

Aunque existe un rango ideal de valores de porcentaje de compresión, existen otros factores que dictan cuánta compresión debe utilizar para obtener un sello que resista la prueba del tiempo. Estas propiedades incluyen el material de la junta, la suavidad de las superficies de contacto, las temperaturas de funcionamiento y más. Esta guía es un excelente lugar para comenzar, pero ciertamente ayuda hablar con un experto para analizar sus necesidades específicas de juntas para que pueda tomar una mejor decisión cuando necesite una junta de silicona.  

Descubra el porcentaje de compresión ideal de su junta en Hongju

¿Tiene dificultades para conseguir un buen sellado cuando utiliza juntas de silicona? Es posible que esté utilizando un porcentaje de compresión incorrecto o que necesite un tipo diferente de junta de silicona para su aplicación. Los expertos en Hongju puede ayudarlo a comprender sus necesidades de juntas para que pueda comenzar a obtener sellos duraderos.

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David

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Soy el fundador de Hongju Silicone. Llevo más de dos décadas en este campo. Si está buscando productos de caucho de silicona hechos a medida, no dude en hacerme cualquier pregunta.

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