Wybór materiału na uszczelkę jest ważny, ponieważ będzie odgrywał rolę w określaniu jakości, żywotności i wydajności aplikacji oraz zmniejszaniu problemów w przyszłości. Tutaj przyjrzymy się, w jaki sposób środowisko wpłynie na wybór materiału uszczelki, a także niektórym z najpopularniejszych materiałów i do jakich zastosowań są one najbardziej odpowiednie.
Czynniki środowiskowe
Środowisko, na które będzie narażona uszczelka, ma kluczowe znaczenie przy wyborze projektu i materiału. Istnieje szereg kluczowych właściwości, których materiały uszczelniające potrzebują do wszystkich środowisk, w tym tworzenie stabilnej powierzchni uszczelnienia, zdolność przewodzenia ciepła, odporność chemiczna i dobra odporność na zużycie.
W niektórych środowiskach te właściwości muszą być silniejsze niż w innych. Inne właściwości materiału, które należy wziąć pod uwagę przy rozważaniu środowiska, to twardość, sztywność, rozszerzalność cieplna, odporność na zużycie i chemikalia. Pamiętanie o tym pomoże Ci znaleźć idealny materiał na uszczelkę.
Środowisko może również określić, czy koszt lub jakość uszczelnienia mogą być priorytetem. W przypadku środowisk ściernych i trudnych uszczelnienia mogą być droższe, ponieważ materiały muszą być wystarczająco wytrzymałe, aby wytrzymać te warunki.
W takich środowiskach wydanie pieniędzy na wysokiej jakości uszczelnienie zwróci się z czasem, ponieważ pomoże zapobiec kosztownym wyłączeniom, naprawom i odnowieniom lub wymianie uszczelnienia, które są skutkiem uszczelnienia niższej jakości. Jednak w zastosowaniach pompowania z bardzo czystym płynem o właściwościach smarujących można kupić tańsze uszczelnienie na rzecz łożysk wyższej jakości.
Materiały powszechnie stosowane do uszczelnień
Węgiel
Węgiel używany w powierzchniach uszczelnień jest mieszanką węgla amorficznego i grafitu, przy czym procenty każdego z nich określają właściwości fizyczne ostatecznego gatunku węgla. Jest to obojętny, stabilny materiał, który może być samosmarujący.
Jest szeroko stosowany jako jedna z par powierzchni końcowych w uszczelnieniach mechanicznych, a także jest popularnym materiałem na segmentowane uszczelnienia obwodowe i pierścienie tłokowe przy suchym lub niewielkim smarowaniu. Tę mieszankę węgla/grafitu można również impregnować innymi materiałami, aby nadać jej inne właściwości, takie jak zmniejszona porowatość, ulepszona odporność na zużycie lub ulepszona wytrzymałość.
Uszczelnienie węglowe impregnowane żywicą termoutwardzalną jest najpowszechniejszym rodzajem uszczelnień mechanicznych, przy czym większość impregnowanych żywicą węgli jest w stanie pracować w szerokim zakresie chemikaliów, od mocnych zasad do mocnych kwasów. Mają również dobre właściwości cierne i odpowiedni moduł, który pomaga kontrolować odkształcenia ciśnieniowe. Materiał ten nadaje się do ogólnych zastosowań w temperaturze do 260°C (500°F) w wodzie, chłodziwach, paliwach, olejach, lekkich roztworach chemicznych oraz w zastosowaniach spożywczych i lekach.
Uszczelnienia węglowe impregnowane antymonem również okazały się skuteczne ze względu na wytrzymałość i moduł antymonu, co czyni je dobrymi do zastosowań wysokociśnieniowych, gdy potrzebny jest mocniejszy i sztywniejszy materiał. Te uszczelnienia są również bardziej odporne na pęcherze w zastosowaniach z płynami o wysokiej lepkości lub lekkimi węglowodorami, co czyni je standardowym gatunkiem dla wielu zastosowań rafineryjnych.
Węgiel można również impregnować substancjami filmotwórczymi, takimi jak fluorki, do pracy na sucho, zastosowań kriogenicznych i próżniowych lub inhibitorami utleniania, takimi jak fosforany, do zastosowań w wysokich temperaturach, dużych prędkościach i turbinach o prędkości do 800 stóp/sek. i temperaturze około 537°C (1000°F).
Ceramiczny
Ceramika to nieorganiczne materiały niemetaliczne wykonane ze związków naturalnych lub syntetycznych, najczęściej tlenku glinu lub tlenku glinu. Ma wysoką temperaturę topnienia, wysoką twardość, wysoką odporność na zużycie i utlenianie, dlatego jest szeroko stosowana w takich gałęziach przemysłu jak maszyny, chemikalia, ropa naftowa, farmaceutyka i motoryzacja.
Posiada również doskonałe właściwości dielektryczne i jest powszechnie stosowany do izolatorów elektrycznych, elementów odpornych na zużycie, mediów mielących i elementów wysokotemperaturowych. W przypadku wysokiej czystości tlenek glinu ma doskonałą odporność chemiczną na większość płynów procesowych, z wyjątkiem niektórych silnych kwasów, co sprawia, że jest stosowany w wielu zastosowaniach uszczelnień mechanicznych. Jednak tlenek glinu może łatwo pękać pod wpływem szoku termicznego, co ograniczyło jego zastosowanie w niektórych zastosowaniach, w których może to być problemem.
Węglik krzemu powstaje w wyniku stopienia krzemionki i koksu. Jest chemicznie podobny do ceramiki, ale ma lepsze właściwości smarne i jest twardszy, co czyni go dobrym, odpornym na zużycie rozwiązaniem do trudnych warunków.
Można go również ponownie szlifować i polerować, dzięki czemu uszczelkę można odnawiać wielokrotnie w ciągu jej żywotności. Jest on zazwyczaj stosowany bardziej mechanicznie, np. w uszczelnieniach mechanicznych ze względu na dobrą odporność na korozję chemiczną, wysoką wytrzymałość, wysoką twardość, dobrą odporność na zużycie, mały współczynnik tarcia i odporność na wysoką temperaturę.
W przypadku zastosowania na powierzchniach uszczelnień mechanicznych węglik krzemu zapewnia lepszą wydajność, dłuższą żywotność uszczelnienia, niższe koszty konserwacji i niższe koszty eksploatacji urządzeń obrotowych, takich jak turbiny, sprężarki i pompy odśrodkowe. Węglik krzemu może mieć różne właściwości w zależności od sposobu produkcji. Reakcyjny węglik krzemu powstaje przez wiązanie ze sobą cząstek węglika krzemu w procesie reakcji.
Proces ten nie wpływa znacząco na większość właściwości fizycznych i termicznych materiału, jednak ogranicza odporność chemiczną materiału. Najczęstszymi chemikaliami, które stanowią problem, są substancje żrące (i inne chemikalia o wysokim pH) i mocne kwasy, dlatego węglik krzemu wiązany reakcją nie powinien być stosowany w tych zastosowaniach.
Samospiekany węglik krzemu powstaje w wyniku spiekania cząstek węglika krzemu bezpośrednio ze sobą przy użyciu beztlenkowych środków wspomagających spiekanie w środowisku obojętnym w temperaturach powyżej 2000°C. Ze względu na brak materiału wtórnego (takiego jak krzem) materiał spiekany bezpośrednio jest odporny chemicznie na niemal każdy płyn i stan procesu, który można zaobserwować w pompie odśrodkowej.
Węglik wolframu jest bardzo wszechstronnym materiałem, podobnie jak węglik krzemu, ale jest bardziej odpowiedni do zastosowań wysokociśnieniowych, ponieważ ma większą elastyczność, która pozwala mu na bardzo lekkie zginanie i zapobiega odkształceniom powierzchni. Podobnie jak węglik krzemu, można go ponownie szlifować i polerować.
Węgliki wolframu są najczęściej produkowane jako węgliki spiekane, więc nie ma próby wiązania węglika wolframu ze sobą. Dodawany jest metal wtórny, aby związać lub scementować cząstki węglika wolframu, co skutkuje materiałem, który ma połączone właściwości zarówno węglika wolframu, jak i spoiwa metalicznego.
Zostało to wykorzystane na korzyść, zapewniając większą wytrzymałość i odporność na uderzenia niż w przypadku samego węglika wolframu. Jedną ze słabości spiekanego węglika wolframu jest jego duża gęstość. W przeszłości stosowano węglik wolframu związany z kobaltem, jednak stopniowo został on zastąpiony węglikiem wolframu związanym z niklem, ponieważ nie miał on zakresu kompatybilności chemicznej wymaganej w przemyśle.
Węglik wolframu związany niklem jest powszechnie stosowany na powierzchnie uszczelnień, gdzie wymagana jest duża wytrzymałość i odporność na obciążenia dynamiczne. Charakteryzuje się dobrą kompatybilnością chemiczną, która jest na ogół ograniczona przez wolny nikiel.
GFPFE
GFPTFE ma dobrą odporność chemiczną, a dodane szkło zmniejsza tarcie powierzchni uszczelniających. Jest idealny do stosunkowo czystych zastosowań i jest tańszy niż inne materiały. Dostępne są podwarianty, które lepiej dopasowują uszczelnienie do wymagań i środowiska, poprawiając jego ogólną wydajność.
Buna
Buna (znana również jako kauczuk nitrylowy) to ekonomiczny elastomer do pierścieni uszczelniających, uszczelniaczy i produktów formowanych. Jest dobrze znany ze swoich właściwości mechanicznych i dobrze sprawdza się w zastosowaniach na bazie oleju, petrochemicznych i chemicznych. Jest również szeroko stosowany w zastosowaniach z ropą naftową, wodą, różnymi alkoholami, smarem silikonowym i płynami hydraulicznymi ze względu na swoją nieelastyczność.
Ponieważ Buna jest syntetycznym kopolimerem kauczuku, sprawdza się w zastosowaniach wymagających przyczepności metalu i materiału odpornego na ścieranie, a to chemiczne podłoże sprawia, że jest również idealny do zastosowań uszczelniających. Ponadto może wytrzymać niskie temperatury, ponieważ jest zaprojektowany z niską odpornością na kwasy i łagodne zasady.
Buna jest materiałem ograniczonym do zastosowań, w których występują ekstremalne warunki, takie jak wysokie temperatury, warunki atmosferyczne, światło słoneczne i odporność na parę. Nie nadaje się również do stosowania ze środkami dezynfekującymi typu CIP (Cleaning in Place) zawierającymi kwasy i nadtlenki.
EPDM
EPDM to syntetyczna guma powszechnie stosowana w zastosowaniach motoryzacyjnych, budowlanych i mechanicznych do uszczelnień i pierścieni uszczelniających, rurek i podkładek. Jest droższa od Buny, ale może wytrzymać różne właściwości termiczne, pogodowe i mechaniczne ze względu na swoją długotrwałą wysoką wytrzymałość na rozciąganie. Jest wszechstronna i idealna do zastosowań obejmujących wodę, chlor, wybielacz i inne materiały alkaliczne.
Ze względu na swoje właściwości elastyczne i klejące, po rozciągnięciu EPDM powraca do swojego pierwotnego kształtu niezależnie od temperatury. EPDM nie jest zalecany do zastosowań z olejem naftowym, płynami, węglowodorami chlorowanymi lub rozpuszczalnikami węglowodorowymi.
Witon
Viton to trwały, wysokowydajny, fluorowany produkt z gumy węglowodorowej, najczęściej stosowany w pierścieniach uszczelniających i uszczelnieniach. Jest droższy od innych materiałów gumowych, ale jest preferowaną opcją w przypadku najbardziej wymagających i wymagających potrzeb uszczelniających.
Jest to jeden z najtrwalszych fluoroelastomerów, odporny na ozon, utlenianie i ekstremalne warunki atmosferyczne, w tym na takie materiały jak węglowodory alifatyczne i aromatyczne, płyny halogenowane i materiały zawierające silne kwasy.
Wybór właściwego materiału do uszczelnienia jest ważny dla powodzenia aplikacji. Podczas gdy wiele materiałów uszczelniających jest podobnych, każdy z nich służy różnym celom, aby spełnić określone potrzeby.
Czas publikacji: 12-07-2023