Как усовершенствование материалов улучшило уплотнения и увеличило срок службы прокладок

Аарон Ларсон

Большинство людей, вероятно, не часто задумываются о прокладках. Тем не менее, они пожинают плоды, которые дают прокладки каждый день своей жизни. От электроэнергии, которую они используют (производимой электростанциями, на которых установлены буквально тысячи прокладок), до автомобилей, на которых они ездят, и проточной воды, которую они пьют и моются, прокладки поддерживают практически все аспекты современной жизни.

Термин «прокладка» можно определить как материал или комбинацию материалов, зажатых между двумя отдельными частями механического соединения, например, клапаном или фланцем трубы. Его функция — создать уплотнение между деталями и поддерживать герметичность в течение длительного периода времени. Честно говоря, без прокладок большая часть оборудования не могла работать, по крайней мере, недолго. Каждая система, содержащая жидкость или газ, требует уплотнений, а прокладки являются одним из основных продуктов, используемых для предотвращения попадания жидкостей и загрязнений.

В книге «Прокладки и прокладочные соединения», под редакцией Джона Х. Бикфорда и опубликованной в 1998 году издательством CRC Press (издание Taylor & Francisco Group), Дэниел Э. Черник представил краткую историю прокладок. Он писал: «Прокладки использовались с приходом промышленной революции, в период паровых двигателей и с самого начала эволюции двигателя внутреннего сгорания. С момента появления двигателя внутреннего сгорания почти все мыслимые материалы, от чрезвычайно твердых до чрезвычайно мягких, использовались (и до сих пор используются) для прокладок, включая кожу, бумагу, металл, пробку, резину, губку и пластик».

В середине 1800-х годов развитие вулканизации позволило каучуку стать распространенным материалом для прокладок. К началу 1900-х годов (рис. 1) распространение использования асбеста в изделиях всех типов распространилось и на прокладки, поскольку материал обладал высокой устойчивостью к теплу, износу, щелочам и кислотам, а также обладал большой гибкостью — все это желательные свойства для долговечных систем уплотнений.

Черник рассказал интересный анекдот из своей истории прокладок. Он объяснил, что выход из строя прокладок, особенно прокладок головки двигателя, часто был причиной того, что гоночные автомобили не финишировали в Индианаполисе 500 в 1920-х и 1930-х годах. «Через пару сотен миль трасса стала настолько скользкой из-за утечки масла, что водителям казалось, что они едут по льду», — написал он.

Сегодня прокладки двигателя чрезвычайно надежны. Многие владельцы автомобилей никогда не сталкивались с выходом из строя прокладки головки блока цилиндров, некоторые за десятилетия вождения. Фактически, тяжелый дизельный двигатель полуприцепа нередко проезжает более миллиона миль, прежде чем ему потребуется замена прокладки головки блока цилиндров. Учитывая такие впечатляющие результаты эксплуатации, становится очевидным, что годы исследований и разработок окупились созданием гораздо более качественных прокладок.

Черник отметил, что пробка была одним из первых материалов, используемых в прокладках. На протяжении многих лет пробку комбинировали с полимерами для создания композитов, обеспечивающих лучшую герметизацию. Бумага была еще одним распространенным материалом, используемым в прокладках. Волокна, используемые в бумажных прокладках, обычно представляют собой целлюлозу. Со временем производители усовершенствовали бумажные прокладки, пропитав волокна глицерином и животным клеем, обработав смесь формальдегидом и высушив ее в духовке. Этот продукт, известный как «обработанное волокно», до сих пор широко используется.

Йорг Латте, еще один автор журнала «Прокладки и прокладочные соединения», написал в книге: «Плоские прокладки для промышленности в современном смысле были изобретены австрийским инженером Рихардом Клингером около 100 лет назад [см. врезку] на основе асбеста и каучука. Благодаря своему успеху, эти первые продукты привлекли множество подражателей, и вскоре стало доступно множество материалов различного качества».

Латте предположил, что большое количество доступных вариантов создало путаницу, которая побудила некоторых изобретателей искать «универсальную прокладку, подходящую для всех применений». Однако Латте пояснил: «Таких прокладок нет и не может существовать». Скорее, он предположил, что цель разработки универсальной прокладки может быть лишь незначительно достигнута за счет расширения областей применения прокладочных материалов.