ทำไมซีลยางหรือโอริงที่อยู่บนก้านหมุนจึงต้องถูกติดตั้งโดยไม่ผ่านการดึงยืด?

ตอบ : ผู้ออกแบบซีลยางนั้นมักจะรู้อยู่แล้วว่าไม่ควรใช้โอริงที่ถูกดึงยืดไปประกอบบนก้านหมุน ( rotating shaft ) เพราะซีลยางจะเสื่อมสภาพหลังจากที่ใช้งานไปสักพักหนึ่ง แต่เหตุผลที่ซ่อนไว้เบื้องหลังมักจะไม่ค่อยมีคนรู้กันว่าทำไมมันจึงเป็นเช่นนี้

       ยางเป็นวัสดุที่ประกอบด้วยโมเลกุลยาวๆ คล้ายเส้นด้าย แม้ว่าโมเลกุลเหล่านี้จะมีจุดที่เกิดการเชื่อมโยงกันหลายจุด (อันเป็นผลมาจากกระบวนการวัลคาไนเซชัน) แต่โมเลกุลส่วนใหญ่จะเพียงแค่พันกันอย่างหลวมๆ ในสภาวะปกติโมเลกุลเหล่านี้ชอบที่จะพันกันเองเป็นก้อนอย่างไม่มีระเบียบ แต่เมื่อมีแรงดึงจากภายนอกมาทำให้ยางยืดตัวออก โมเลกุลของยางก็จะถูกบังคับให้เกิดการจัดเรียงตัวเป็นแถวมากขึ้น โดยระดับของการจัดเรียงตัวจะขึ้นอยู่โดยตรงกับขนาดของแรงดึงที่เข้ามากระทำ

       ในวิชาฟิสิกส์ เอนโทรปีเป็นค่าที่บอกถึงความไม่เป็นระเบียบของระบบ ถ้าระบบยิ่งมีความไม่เป็นระเบียบมากค่าเอนโทรปีก็จะยิ่งสูง หรือในทางกลับกันถ้าระบบยิ่งมีความเป็นระเบียบมากค่าเอนโทรปีก็จะยิ่งต่ำ ดังนั้นยางในสภาวะที่ไม่มีแรงมากระทำนั้นจะมีเอนโทรปีสูงกว่ายางที่มีแรงมากระทำ เป็นที่รู้กันว่าระบบจะคายความร้อนเมื่อเอนโทรปีลดลงและจะดูดความร้อนเมื่อเอนโทรปีเพิ่มขึ้น ซึ่งคุณสามารถที่จะสัมผัสปรากฏการณ์เหล่านี้ได้ด้วยตัวเอง โดยการนำยางวงแบบหนามาหนึ่งวง ดึงยางทันทีและนำไปสัมผัสกับริมฝีปากบน (บริเวณริมฝีปากด้านบนนับเป็นส่วนของร่างกายที่มีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเป็นพิเศษ) คุณจะรู้สึกว่ายางวงนั้นร้อนขึ้น เมื่อคุณปล่อยยางวงกลับคืนสู่ความยาวเดิม (ซึ่งยังคงแตะอยู่ที่ริมฝีปาก) คุณจะรู้สึกว่ามันเย็นลง

       การเพิ่มพลังงานความร้อนจะนำไปสู่การเพิ่มเอนโทรปี ยางที่ถูกดึงยืดสามารถที่จะปรับตัวได้อย่างง่ายโดยการหดตัว เพื่อที่จะทำให้โมเลกุลของยางมีความไม่เป็นระเบียบสูงขึ้น ด้วยเหตุนี้ยางที่ถูกยืดจึงมักจะหดตัวเมื่อได้รับความร้อน นั่นคือ ถ้านำยางวงวงหนึ่งมายืดโดยการถ่วงด้วยตุ้มน้ำหนัก แล้วนำไปให้ความร้อนด้วยไดร์เป่าผมหรือไฟแช็ก คุณก็จะสังเกตเห็นว่าน้ำหนักที่แขวนอยู่นั้นถูกดึงขึ้น

       กลับไปดูที่ก้านหมุน ปกติแล้วในระหว่างการใช้งานนั้น โอริงยางด้านในจะสัมผัสโดยตรงกับผิวของก้านหมุน ซึ่งแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นที่บริเวณผิวสัมผัสจะก่อให้เกิดความร้อน ดังนั้นยางจึงร้อนขึ้นเรื่อยๆ และถ้าโอริงยางนั้นถูกยืดมันจะหดตัวเมื่อได้รับความร้อน ซึ่งการหดตัวดังกล่าวจะยิ่งทำให้เกิดแรงเสียดทานมากขึ้นและยางก็จะยิ่งร้อนมากขึ้น ลักษณะเช่นนี้จะเกิดต่อไปเรื่อยๆ จนกระทั่งโอริงยางเกิดการประลัยซึ่งสาเหตุของการประลัยนี้อาจจะมาจากแรงที่สูงเกินไปหรือเกิดจากอุณหภูมิที่สูงเกินไป แต่สำหรับโอริงยางที่ไม่ได้ถูกดึงยืด เมื่อได้รับความร้อนโอริงจะไม่เกิดการหดตัว        ดังนั้นพลังงานความร้อนที่เกิดขึ้นก็จะทำให้ยางมีอุณหภูมิสูงขึ้นและยางก็จะเกิดการขยายตัวตามค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้น

ที่มา: Natuurrubber29 – 1 st quarter 2003 (Newsletter of the Rubber Foundation information Center for Natural Rubber- RUBBER-STICHTING 1936)