Odporność na ścieranie węży PU — dlaczego dobór materiału decyduje o żywotności węża przemysłowego

Węże poliuretanowe wytrzymują przy obciążeniach ściernych od 2,5 do 5 razy dłużej niż wiele mieszanek gumowych i od 3 do 4 razy dłużej niż miękkie PVC. Ale poliuretan poliuretanowi nierówny. Różnica między standardowym estrowym TPU a Pre-PUR® firmy NORRES BAGGERMAN jest widoczna w ciągu 56 dni i może kosztować klienta cały sezon produkcyjny, jeśli zostanie wybrany nieodpowiedni produkt.

Gdy wąż przemysłowy ma transportować pył drzewny, piasek, granulat, ziarno lub inną frakcję ścierną, o całkowitym koszcie posiadania nie decyduje cena za metr. Decyduje żywotność. A żywotność zależy od dwóch rzeczy: od tego, jak dobrze materiał opiera się zużyciu mechanicznemu, i od tego, jak stabilny pozostaje, gdy środowisko pracy nie jest suchym stołem laboratoryjnym.

Ten artykuł obejmuje oba te zagadnienia. W centrum uwagi jest mieszanka poliuretanowa, z której NORRES BAGGERMAN produkuje swoje węże, czyli Pre-PUR®, porównana z typowym komercyjnym estrowym TPU. A ponieważ każdy dostawca deklaruje, że jego węże są odporne na ścieranie, posłużymy się normą, którą naprawdę da się zmierzyć: DIN ISO 4649.

DIN ISO 4649: porównanie, które się liczy

DIN ISO 4649 (identyczna z międzynarodową normą ISO 4649) to uznana metoda pomiaru odporności na ścieranie elastomerów i tworzyw termoplastycznych. Zasada jest prosta: walcowatą próbkę badanego materiału dociska się do obracającego się arkusza ściernego o ustalonej ziarnistości i poddaje się ją ścieraniu. Następnie mierzy się, ile materiału (objętości) ubyło z próbki podczas testu. Wynik podaje się w milimetrach sześciennych (mm³): im mniej materiału się starło, tym lepiej, bo niższa wartość oznacza wyższą odporność na ścieranie.

Norma opisuje dwie metody, A i B (z obrotem próbki lub bez), i jest stosowana w kontroli jakości, badaniach porównawczych oraz przy opracowywaniu produktów. Warto zauważyć, że sama norma zastrzega, iż „nie można wnioskować o ścisłym związku między wynikami tej próby ścieralności a zachowaniem materiału w eksploatacji”. Badanie laboratoryjne nie jest odwzorowaniem rzeczywistości w skali 1:1. Jest jednak powszechnie akceptowanym wspólnym mianownikiem i to właśnie tą miarą rzetelni dostawcy dokumentują swoje wyniki.^[2]

I tu pojawia się pierwsza ciekawa obserwacja: wielu producentów węży PU powołuje się w swoich materiałach na normę DIN ISO 4649, ale nie publikuje rzeczywistych danych z badań. NORRES BAGGERMAN to robi, a to daje nam konkretne dane do analizy.

Wskaźniki ścieralności: jak dobry jest Pre-PUR® naprawdę?

Poniższa tabela pokazuje ubytek objętości w mm³ zmierzony według DIN ISO 4649 w temperaturze 20°C. Im niższa wartość, tym mniejsze zużycie:

Pre-PUR® znajduje się na samym dole skali. Właśnie na tej podstawie NORRES twierdzi, że Pre-PUR® jest od 2,5 do 5 razy bardziej odporny na ścieranie niż wiele mieszanek gumowych i od 3 do 4 razy lepszy niż większość odmian miękkiego PVC. Dane stojące za tą tabelą pochodzą z własnego opracowania technicznego NORRES na temat poliuretanu i zostały odtworzone bez zmian z ich oficjalnych materiałów.^[1]

Kilka uwag o tym, jak poprawnie czytać tę tabelę:

Po pierwsze, EPDM, NBR i SBR obejmują szerokie zakresy, ponieważ ostateczna odporność na ścieranie jest mocno uzależniona od wypełniacza mieszanki, stopnia wulkanizacji i twardości. Wysokiej klasy NBR może osiągnąć 100 mm³, mieszanka niższej klasy nawet 220 mm³. PUR ma znacznie węższy rozrzut między mieszankami, a Pre-PUR® osiąga w nim absolutnie najlepsze wartości.

Po drugie, wartość PVC na poziomie około 100 mm³ to użyteczny punkt odniesienia: wąż z miękkiego PVC zużywa się mniej więcej 3,5 razy szybciej niż wąż z Pre-PUR® przy tym samym obciążeniu ściernym. To różnica między wężem, który wytrzymuje jeden sezon, a takim, który wytrzymuje cztery.

Po trzecie, wartości dla TPR/TPE należy czytać ostrożnie. TPE to kategoria, a nie materiał, a zakres od 80 do 300 mm³ tak naprawdę mówi tyle, że „to zależy, z czego zbudowane jest dane TPE”. Przy konkretnym doborze materiału zawsze trzeba sięgać do kart technicznych, nigdy do tabel kategorii.

Poliuretan i guma rozwiązują różne problemy

Kusi, żeby czytać tę tabelę jak hierarchię, w której PUR wygrywa z gumą. To nie jest właściwy obraz. PUR i guma to różne rozwiązania różnych problemów, a rzetelny dostawca węży przemysłowych nie bez powodu ma w ofercie oba materiały.

Poliuretan dominuje tam, gdzie głównym obciążeniem jest ścieranie, w połączeniu z potrzebą elastyczności, niskiej masy i przezroczystości. Odciąganie pyłu drzewnego, transport granulatu, obsługa ziarna, odciągi pyłów w warsztatach mechanicznych: to królestwo PU.

Guma (SBR, NBR, EPDM) dominuje tam, gdzie decydująca jest odporność chemiczna, odporność na wysoką temperaturę lub sprężysty powrót do kształtu. Wąż NBR radzi sobie z olejami i tłuszczami w sposób, w jaki PU nie potrafi. EPDM jest lepszy do gorącej wody, pary oraz wielu mediów kwaśnych i zasadowych. SBR ma swoje miejsce tam, gdzie cena i ogólna wytrzymałość mechaniczna liczą się bardziej niż maksymalna odporność na ścieranie.

NORRES BAGGERMAN jest efektem połączenia tych dwóch firm. Baggerman wniósł do spółki wiedzę i technologię z zakresu węży gumowych, a NORRES wniósł doświadczenie w produkcji technicznych węży termoplastycznych. Dzięki temu w ofercie firmy są oba materiały. Skupienie się w tym artykule na PU i zagadnieniu odporności na ścieranie nie oznacza, że guma jest materiałem niewartym omówienia. Węże gumowe mają własne miejsce w programie FlexCore, a w wielu instalacjach węże PU i gumowe są stosowane jednocześnie, każdy tam, gdzie sprawdza się najlepiej.

Hydroliza: gdy prawdziwym wrogiem węża jest nie ścieranie, lecz środowisko

Odporność na ścieranie zmierzona w 20°C w suchym laboratorium to jedno. Co się dzieje, gdy wąż trafia na linię produkcji żywności z parą, do zewnętrznego systemu odciągowego, w którym woda deszczowa przenika przez złącza, albo do zastosowania rolniczego z wilgotnym powietrzem i wahaniami temperatury?

Tu decydująca staje się hydroliza. Hydroliza to chemiczny rozkład zachodzący, gdy woda reaguje ze strukturą molekularną materiału. Poliuretan występuje w dwóch podstawowych typach, które zachowują się zupełnie różnie:

PU na bazie estrów oferuje lepszą odporność na ścieranie i lepszą odporność na oleje, ale jest podatny na hydrolizę. W wilgotnym środowisku wiązania estrowe ulegają rozkładowi, materiał traci wytrzymałość na rozciąganie, a powierzchnia zaczyna się kruszyć. Jest to dobrze udokumentowane przez dostawców materiałów, takich jak U.S. Plastic Corp i Freelin-Wade, i przyznaje to każdy poważny producent węży PU.^[4][5]

PU na bazie eterów oferuje znacznie lepszą stabilność hydrolityczną, dużo skuteczniej opiera się działaniu mikroorganizmów i grzybów oraz zachowuje elastyczność w niskich temperaturach. Konsekwencja jest taka, że jest nieco bardziej miękki i zwykle odrobinę mniej odporny na ścieranie niż PU estrowy.

To klasyczny kompromis: chcesz odporności na ścieranie (ester) czy stabilności w trudnym środowisku (eter)? Odpowiedź NORRES brzmi: ten wybór nie musi być zerojedynkowy.

Pre-PUR®: kompromis rozwiązany w samej mieszance

Pre-PUR® nie jest materiałem generycznym. To opatentowana kombinacja poliuretanów estrowych i eterowych, ze stabilizatorami i dodatkami dobranymi tak, aby wąż czerpał korzyści z obu typów:

• Odporność na ścieranie na poziomie estru (od 25 do 30 mm³ według DIN ISO 4649)
• Odporność na hydrolizę zbliżona do czystego PU eterowego
• Odporność na mikroorganizmy
• Elastyczność zachowana w niskich temperaturach (−40°C to typowa wartość dla AIRDUC®, PROTAPE® i BARDUC®)
• Lepsza odporność na starzenie w gorącym powietrzu niż w przypadku standardowego PU

NORRES potwierdza odporność mieszanki na hydrolizę badaniem porównawczym w wodzie o temperaturze 80°C przez 56 dni. To przyspieszony test hydrolizy, który skutecznie symuluje lata użytkowania w wilgotnym środowisku. Wynik:

To ten rodzaj różnicy, który w praktyce oddziela wąż zawodzący w środku żniw od takiego, który służy bez zastrzeżeń przez pięć do sześciu lat. Liczby pochodzą z własnych badań NORRES i trzeba to uczciwie powiedzieć, ale sama metoda (hydroliza w wodzie o temperaturze 80°C) to branżowy standard przyspieszonego starzenia, stosowany przez praktycznie każdego dostawcę elastomerów termoplastycznych.

Co publikuje konkurencja?

Jeśli porównamy, co publikują inni najwięksi europejscy producenci węży PUR, obraz wygląda następująco:

Merlett (włoski producent, obecnie część Continental/ContiTech) to najbardziej bezpośredni konkurent na rynku skandynawskim. Ich seria SUPERFLEX jest realną alternatywą dla programów AIRDUC i PROTAPE firmy NORRES. Na kartach technicznych Merlett odporność na ścieranie podawana jest jako ocena gwiazdkowa (do 5/5), a nie jako wartości w mm³ według DIN ISO 4649. Oznacza to, że kupujący nie może bezpośrednio porównać konkretnych wskaźników ścieralności między Merlett SUPERFLEX a NORRES AIRDUC. Porównanie musi się odbyć poprzez testy produktowe albo poprzez gwiazdki samego dostawcy.^[7]

Przy przewodności elektrycznej różnica staje się mierzalna i interesująca. Zarówno NORRES, jak i Merlett mają serię antystatyczną oraz elektrycznie przewodzącą:

Na poziomie antystatycznym obaj producenci są porównywalni. W wariancie elektrycznie przewodzącym NORRES osiąga rezystancję powierzchniową o cały rząd wielkości niższą (<10³ wobec ≤10⁴ Ω). To nie jest przypadkowy parametr: ma decydujące znaczenie przy doborze węża do stref ATEX 0/1 oraz 20/21, gdzie ładunek musi być odprowadzany szybciej niż w strefie 22. NORRES podaje też klasyfikację stref ATEX dla każdego produktu (strefy 0, 1, 2 dla gazów i cieczy oraz 20, 21, 22 dla pyłów) i powołuje się na DIN 26057 Typ 2/3/4. Karty techniczne Merlett dla serii przewodzącej wskazują jedynie ATEX „zgodnie z instrukcją użytkowania”.^[9]

W kwestii odporności na hydrolizę Merlett reklamuje swój wariant ET jako „odporny na hydrolizę w ciepłej wodzie o temperaturze 60°C”. NORRES dokumentuje Pre-PUR® w 80°C: to wyższa temperatura, a więc bardziej agresywny test przyspieszonego starzenia.

Masterflex (niemiecki producent, seria Master-PUR) wprost deklaruje, że ich poliestrowy PU jest „bardziej odporny na ścieranie w porównaniu z poliuretanem polieterowym według DIN ISO 4649”, ale oni również nie publikują na kartach technicznych konkretnych wartości w mm³. Porównanie jest jakościowe, a nie ilościowe, tak samo jak u Merlett.^[6]

Nie oznacza to, że konkurencja ma gorsze produkty. Za Merlett stoi Continental, a to godne szacunku dziedzictwo techniczne. Oznacza to natomiast, że kupujący, który musi wyspecyfikować wąż do inwestycji zakładowej wartej kilkaset tysięcy euro, ma dla węży NORRES mierzalną podstawę porównania, którą w przypadku alternatyw trudniej ustalić. Łatwiej wtedy udokumentować wybór przed działem jakości, specjalistą BHP czy audytorem, zwłaszcza gdy wąż pracuje w strefie ATEX, gdzie klasyfikacja strefy i rezystancja powierzchniowa muszą być precyzyjnie udokumentowane.

Gdzie ta wiedza mieści się w systemie FlexCore?

Odporność na ścieranie to kwestia materiału, ale nigdy nie jest jedynym czynnikiem decydującym o żywotności. Konstrukcja, czyli to, czy wąż jest wężem profilowym zgrzewanym spiralnie (AIRDUC®), wężem z taśmy foliowej (PROTAPE®), wężem o ściance wytłaczanej osiowo (NORFLEX®) czy konstrukcją w całości z tworzywa (NORPLAST®), ma równie duże znaczenie dla tego, czy wąż w ogóle sprawdzi się w danym zastosowaniu.

Sześć konstrukcji podstawowych możesz zgłębić w sekcji konstrukcje węży, gdzie AIRDUC® i PROTAPE® to dwie najczęściej stosowane w ściernych zastosowaniach ssących. Odporność materiałów na konkretne substancje chemiczne, kwasy, zasady, rozpuszczalniki i składniki żywności znajdziesz w tabeli odporności chemicznej, która obejmuje ponad 1400 substancji w zestawieniu z 16 materiałami. Dla stref ATEX lub instalacji ocenianych według TRGS 727 formalna dokumentacja znajduje się w sekcji strefy ATEX i TRGS.

Który wąż wybrać do mediów ściernych?

Nie ma jednej właściwej odpowiedzi, jest właściwa odpowiedź dla Twojego zastosowania. Kilka praktycznych zasad:

Do suchego, ściernego zasysania (pył drzewny, granulat tworzyw sztucznych, ziarno) typowym wyborem jest antystatyczny PROTAPE® lub AIRDUC® z Pre-PUR®. Niska masa i wysoka elastyczność ułatwiają obsługę, a odporność na ścieranie plasuje się w absolutnej czołówce.

W zastosowaniach spożywczych i farmaceutycznych z wilgotnymi mediami lub myciem parowym szczególnego znaczenia nabiera odporność Pre-PUR® na hydrolizę i tu istotne są warianty spożywcze (zgodne z FDA i rozporządzeniem (UE) 10/2011). Konkretne artykuły z certyfikacją do kontaktu z żywnością wymienione są w kartach technicznych poszczególnych produktów.

Przy podwyższonych temperaturach (praca ciągła powyżej 90°C, piki do 125°C) wymagane są specjalne warianty o wzmocnionej odporności termicznej. Czyste węże PU nie są tu właściwym wyborem, a program wysokotemperaturowy NORRES BAGGERMAN opiera się na innych materiałach, takich jak silikon i specjalne wzmocnienia tkaninowe.

W środowiskach zewnętrznych lub o wysokiej wilgotności to właśnie komponent eterowy Pre-PUR® sprawia, że wąż w ogóle wytrzymuje. Czysty estrowy TPU będzie tu zwykle złym wyborem, nawet jeśli na papierze wygląda lepiej pod względem odporności na ścieranie.

Najkrótsze możliwe podsumowanie

Jeśli masz zapamiętać z tego artykułu jedno: same wskaźniki ścieralności nie rozstrzygają wyboru przemysłowego węża PUR. Papierowa odporność na ścieranie znaczy niewiele, jeśli materiał jest rozkładany przez środowisko, w którym ma pracować. Pre-PUR® zaprojektowano tak, aby nie trzeba było wybierać. Odporność na ścieranie jest mierzalnie na najwyższym poziomie (od 25 do 30 mm³ dla estru, od 27 do 32 mm³ dla eteru według DIN ISO 4649), a stabilność hydrolityczna utrzymuje się tam, gdzie PVC i standardowy estrowy TPU zawodzą.

To właśnie ta kombinacja pozwala udokumentować, że kompletny system ssący z programu FlexCore ma niższy całkowity koszt posiadania w całym okresie żywotności, nawet gdy cena za metr nie jest na papierze najniższa.