Lastre e rotoli in gomma: approfondimento sul materiale

La caratteristica fondamentale delle guarnizioni in gomma è la versatilità. Una molteplicità di elastomeri possono essere miscelati nel rapporto desiderato ed addizionati di vari ingredienti - agenti vulcanizzanti, acceleranti, antiossidanti, cariche plastificanti, cariche inorganiche - al fine di ottimizzare le proprietà meccaniche e chimiche della guarnizione in funzione delle sue applicazioni.

Caratteristiche meccaniche
Non essendo porosa, la gomma é un ottimo materiale di tenuta, ma risulta sostanzialmente incomprimibile, con la conseguenza che quando una guarnizione viene serrata, questa si deforma anche nel senso radiale e, se tale deformazione é esagerata, si può verificare l'estrusione della guarnizione. Ciò limita il campo di impiego delle guarnizioni in gomma a condizioni dinamiche non troppo gravose, sebbene comportamenti meccanici migliori si possano ottenere utilizzando guarnizioni con inserti tessili o metallici.
Per guarnizioni piane una contrazione dello spessore di circa il 15% individua generalmente il carico di serraggio appropriato. Una tenuta efficace é di solito realizzata con una compressione di pochi MPa, tanto più elevata quanto maggiore é la durezza della gomma. A differenza degli altri tipi di guarnizioni, é questa caratteristica: la durezza - di solito espressa in gradi Shore A - a definire il comportamento meccanico a freddo di una guarnizione in gomma: guarnizioni relativamente soffici (diciamo al di sotto dei 60 Shore) sono adatte con flange leggere, rivestite in vetro, ceramica o ebanite. Gomme espanse (ovviamente a celle chiuse) sono utilizzate dove si richiede estrema sofficità. Il comportamento meccanico a caldo é invece normalmente definito da una prova chiamata Compression set, che misura lo schiacciamento sotto carico ed in temperatura.

Caratteristiche chimico-fisiche
L'intrinseca elasticità delle gomme é dovuta a legami chimici tra le macromolecole, che ne ostacolano il reciproco scorrimento e rendono inoltre il materiale insolubile ed infusibile. Le gomme presentano pertanto forme particolari di deterioramento chimico e fisico, che andremo qui ad esaminare. L'invecchiamento delle gomme appare come un infragilimento dovuto ad ossidazione per effetto di ossigeno ed ozono. A tale fenomeno resistono meglio le gomme a catena principale satura (EPDM, CSM, siliconi, ecc.). Elastomeri neoprenici devono la loro buona resistenza all'invecchiamento alla presenza di cloro, i cui atomi riducono la reattività dei doppi legami agli agenti ossidanti. Il contatto con il fluido confinato può essere la causa di due tipi di degrado di una guarnizione in gomma: uno chimico ed uno fisico. L'attacco chimico delle catene polimeriche della gomma, specialmente ad alta temperatura, può comportare la formazione di legami anomali o la scissione delle macromolecole. Se l'attacco é severo la gomma perde elasticità e diventa fragile e resinosa. Il degrado fisico é conseguenza di due meccanismi che si manifestano di solito insieme: assorbimento del fluido nella gomma, ed estrazione di componenti solubili dalla gomma. Il risultato é una variazione di volume: rigonfiamento nel primo caso, contrazione nel secondo. Il rigonfiamento rende generalmente la guarnizione più flessibile, riducendone durezza, modulo e resistenza a trazione. Un certo rigonfiamento é però di per lo più inevitabile e non necessariamente dannoso: in tenute statiche é di solito considerato accettabile un aumento di volume entro il 25%. La contrazione deve essere invece evitata il più possibile, in quanto può determinare la perdita di tenuta. Una regola empirica per scegliere la combinazione fluido-elastomero é quella di evitare l'impiego di gomme di natura simile a quella del fluido. Per esempio: elastomeri polari si degradano a contatto di solventi polari, mentre i non-polari sono attaccati dai solventi non-polari (quali gli olii). La compatibilità tra gomma e fluido é accertata per mezzo di prove di immersione prolungata in condizioni controllate, descritte dalla norma ISO 1817, al termine delle quali vengono misurate variazioni di durezza, volume, resistenza a trazione ed allungamento a rottura. La resistenza alla temperatura delle guarnizioni in gomma dipende fortemente dalla durata dell'esposizione e dalla reattività del fluido confinato: una stessa guarnizione può realizzare un'ottima tenuta per anni a 100°C e forse soltanto per alcune ore a 200°C.