Обычное резиновое 0-кольцо представляет собой самоуплотняющийся принцип, сохраняющий свою уплотнительную функцию до тех пор, пока 0-кольцо не деформируется и не размякнет. Это связано с тем, что именно давление, оказываемое 0-кольцом, герметизирует небольшие дефекты.
Герметизация теплообменника не одинакова для всего листа резины. Герметичная работа теплообменника зависит в первую очередь от сравнения мгновенного напряжения уплотнения, вызванного сжатием резиновой прокладки, и рабочего давления теплообменника. Если напряжение уплотнения превышает рабочее давление, уплотнение сохраняется, а если нет, возникает утечка. Таким образом, наиболее важным для уплотнения теплообменника является то, чтобы уплотняющая нагрузка была как можно выше и оставалась такой как можно дольше.
Это означает, что резина подвергается релаксации напряжения при длительной деформации, т. е. напряжение уплотнения уменьшается со временем при постоянном растяжении или давлении. Повышенная релаксация напряжений является важным фактором, ограничивающим срок службы резиновых прокладок теплообменников. Существует два типа релаксации напряжений: физическая релаксация, вызванная перегруппировкой между молекулами полимера и частицами наполнителя, которая постепенно приближается к равновесию с деформацией резины, и логарифм герметизирующего напряжения является линейным со временем. Другим типом релаксации является химическая релаксация, которая вызывается растрескиванием химических связей в соединении резины. Окисление и температура являются важными факторами, влияющими на этот тип релаксации. Таким образом, скорость релаксации напряжений очень сильно зависит от температуры и диапазона рабочих температур для каждой резиновой прокладки. Низкотемпературный нитрил подходит для низкотемпературного диапазона, и поэтому релаксация напряжений быстро ухудшается при повышении температуры, тогда как для фторэластомеров верно обратное, которые подходят для высокотемпературного диапазона.
Плохо изготовленные прокладки с низкой плотностью поперечных связей имеют высокую скорость релаксации напряжения и короткий срок службы прокладки. Однако увеличение плотности поперечных связей улучшает релаксацию напряжений, но снижает прочность резины на разрыв, что приводит к разрыву резиновой прокладки при высоких нагрузках. Напряжение уплотнения зависит от температуры, и различные каучуки по-разному зависят от температуры. Герметизирующее усилие фторэластомеров сильно зависит от температуры, поэтому в пластинчатых теплообменниках, снабженных прокладками из фторэластомера, могут возникать холодные утечки.
Помимо релаксации напряжений, еще одной характеристикой резиновых прокладок, которую часто упускают из виду, является то, что физические свойства также очень сильно зависят от температуры. При высоких температурах прочность на разрыв и твердость резиновых прокладок снижаются, хотя степень снижения варьируется от одной резиновой прокладки к другой, но если прокладку затем сжать и ее предел прочности будет превышен, может произойти механическое повреждение прокладки, например дробление.
Срок службы резиновой прокладки теплообменника можно описать следующим образом. Начальное уплотняющее напряжение создается, когда прокладка устанавливается на пластину и сжимается до номинального размера после сборки, и начинается релаксация напряжения резиновой прокладки. В период транспортного хранения и установки теплообменника температура теплообмена низкая, а релаксация напряжений умеренная. После пуска температура начинает повышаться, и релаксация напряжений становится более выраженной. После определенного периода работы теплообменник нужно остановить для обслуживания и очистки, и теплообменник снова остынет до своей первоначальной температуры. После повторного открытия снова начинаются напряжения в уплотнении и релаксация напряжений. После нескольких повторений, в случае горячего и холодного обмена, уплотняющее усилие резиновой прокладки в конечном итоге снижается до уровня ниже минимального уплотняющего напряжения, необходимого для поддержания герметичности, и теплообменник начинает протекать, что вынуждает его прекратить работу и заменить. с новой резиновой прокладкой.
