Wybór materiału na uszczelkę jest ważny, ponieważ będzie miał wpływ na jakość, trwałość i wydajność aplikacji, a także na ograniczenie problemów w przyszłości.W tym miejscu przyjrzymy się wpływowi środowiska na wybór materiału uszczelnienia, a także przyjrzymy się niektórym z najpopularniejszych materiałów i zastosowaniom, do których są one najbardziej odpowiednie.
Czynniki środowiskowe
Środowisko, na które będzie narażona uszczelka, ma kluczowe znaczenie przy wyborze projektu i materiału.Istnieje wiele kluczowych właściwości, których wymagają materiały uszczelniające we wszystkich środowiskach, w tym tworzenie stabilnej powierzchni uszczelniającej, zdolnej do przewodzenia ciepła, odpornej chemicznie i dobrej odporności na zużycie.
W niektórych środowiskach te właściwości będą musiały być silniejsze niż w innych.Inne właściwości materiału, które należy wziąć pod uwagę biorąc pod uwagę środowisko, obejmują twardość, sztywność, rozszerzalność cieplną, zużycie i odporność chemiczną.Mając to na uwadze, łatwiej będzie Ci znaleźć idealny materiał na Twoją uszczelkę.
Środowisko może również decydować o tym, czy priorytetem będzie koszt czy jakość uszczelnienia.W przypadku środowisk ściernych i trudnych uszczelnienia mogą być droższe, ponieważ materiały muszą być wystarczająco mocne, aby wytrzymać te warunki.
W takich środowiskach wydanie pieniędzy na uszczelnienie wysokiej jakości zwróci się z czasem, ponieważ pomoże zapobiec kosztownym przestojom, naprawom i renowacji lub wymianie uszczelnienia, które będą skutkiem stosowania uszczelnienia niższej jakości. Jednakże w zastosowaniach pompowych z bardzo czysty płyn o właściwościach smarnych, można kupić tańsze uszczelnienie na rzecz łożysk wyższej jakości.
Typowe materiały uszczelniające
Węgiel
Węgiel stosowany w powierzchniach uszczelniających jest mieszaniną węgla amorficznego i grafitu, przy czym zawartość procentowa każdego z nich określa właściwości fizyczne końcowego gatunku węgla.Jest to obojętny, stabilny materiał, który może być samosmarujący.
Jest szeroko stosowany jako jedna z par powierzchni czołowych w uszczelnieniach mechanicznych, a także jest popularnym materiałem na segmentowe uszczelnienia obwodowe i pierścienie tłokowe smarowane na sucho lub przy niewielkich ilościach smaru.Tę mieszaninę węgla i grafitu można również impregnować innymi materiałami, aby nadać jej inne właściwości, takie jak zmniejszona porowatość, ulepszona odporność na zużycie lub poprawiona wytrzymałość.
Uszczelnienie węglowe impregnowane żywicą termoutwardzalną jest najczęściej stosowane w uszczelnieniach mechanicznych, przy czym większość węgli impregnowanych żywicą może pracować w szerokim zakresie substancji chemicznych, od mocnych zasad po mocne kwasy.Mają także dobre właściwości cierne i odpowiedni moduł, który pomaga kontrolować odkształcenia ciśnienia.Materiał ten nadaje się do ogólnych zastosowań w temperaturze do 260°C (500°F) w wodzie, chłodziwach, paliwach, olejach, lekkich roztworach chemicznych oraz do zastosowań w żywności i lekach.
Uszczelki węglowe impregnowane antymonem również okazały się skuteczne ze względu na wytrzymałość i moduł antymonu, dzięki czemu nadają się do zastosowań wysokociśnieniowych, gdy potrzebny jest mocniejszy i sztywniejszy materiał.Uszczelnienia te są również bardziej odporne na powstawanie pęcherzy w zastosowaniach z płynami o wysokiej lepkości lub lekkimi węglowodorami, co czyni je standardowym gatunkiem do wielu zastosowań w rafineriach.
Węgiel można również impregnować środkami tworzącymi powłokę, takimi jak fluorki do pracy na sucho, w zastosowaniach kriogenicznych i próżniowych, lub inhibitorami utleniania, takimi jak fosforany do zastosowań w wysokich temperaturach, dużych prędkościach i turbinach do 800 stóp/s i 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 odporność na utlenianie, dlatego jest szeroko stosowany w takich gałęziach przemysłu jak maszynowy, chemiczny, naftowy, farmaceutyczny i samochodowy.
Ma również doskonałe właściwości dielektryczne i jest powszechnie stosowany do izolatorów elektrycznych, komponentów odpornych na zużycie, mediów szlifierskich i komponentów wysokotemperaturowych.W przypadku wysokiej czystości tlenek glinu ma doskonałą odporność chemiczną na większość płynów procesowych innych niż niektóre mocne kwasy, dzięki czemu można go stosować w wielu zastosowaniach w uszczelnieniach mechanicznych.Jednakże tlenek glinu może łatwo pękać pod wpływem szoku termicznego, co ogranicza jego zastosowanie w niektórych zastosowaniach, w których może to stanowić problem.
Węglik krzemu powstaje w wyniku stapiania krzemionki i koksu.Jest chemicznie podobny do ceramiki, ale ma lepsze właściwości smarne i jest twardszy, co czyni go dobrym, wytrzymałym rozwiązaniem w trudnych warunkach.
Można ją również ponownie docierać i polerować, dzięki czemu uszczelkę można odnawiać wielokrotnie w ciągu całego okresu jej użytkowania.Jest powszechnie stosowany bardziej mechanicznie, na przykład 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.
Węglik krzemu stosowany na powierzchniach uszczelnień mechanicznych zapewnia lepszą wydajność, dłuższą żywotność uszczelnień, niższe koszty konserwacji i niższe koszty eksploatacji urządzeń wirujących, takich jak turbiny, sprężarki i pompy odśrodkowe.Węglik krzemu może mieć różne właściwości w zależności od sposobu, w jaki został wyprodukowany.Węglik krzemu związany reakcją powstaje poprzez związanie ze sobą cząstek węglika krzemu w procesie reakcji.
Proces ten nie wpływa znacząco na większość właściwości fizycznych i termicznych materiału, jednakże ogranicza odporność chemiczną materiału.Najczęstszymi substancjami chemicznymi stanowiącymi problem są środki żrące (i inne środki chemiczne o wysokim pH) oraz mocne kwasy, dlatego też węglik krzemu związany reakcyjnie nie powinien być stosowany w tych zastosowaniach.
Samospiekający węglik krzemu wytwarza się poprzez spiekanie cząstek węglika krzemu bezpośrednio razem przy użyciu nietlenkowych środków pomocniczych do spiekania w obojętnym środowisku w temperaturach powyżej 2000°C.Ze względu na brak materiału wtórnego (takiego jak krzem), materiał bezpośrednio spiekany jest chemicznie odporny na prawie wszystkie płyny i warunki procesu, jakie można spotkać w pompie odśrodkowej.
Węglik wolframu jest materiałem bardzo wszechstronnym, podobnie jak węglik krzemu, ale lepiej nadaje się do zastosowań wysokociśnieniowych, ponieważ ma większą elastyczność, co pozwala na bardzo lekkie zginanie i zapobieganie zniekształceniom powierzchni czołowej.Podobnie jak węglik krzemu, można go ponownie docierać i polerować.
Węgliki wolframu są najczęściej produkowane jako węgliki spiekane, więc nie ma próby wiązania węglika wolframu ze sobą.Dodawany jest metal wtórny w celu związania lub spajenia cząstek węglika wolframu, w wyniku czego powstaje materiał posiadający połączone właściwości węglika wolframu i spoiwa metalicznego.
Wykorzystano to z korzyścią, zapewniając większą wytrzymałość i udarność niż jest to możliwe w przypadku samego węglika wolframu.Jedną ze słabości spiekanego węglika wolframu jest jego duża gęstość.W przeszłości stosowano węglik wolframu związany z kobaltem, jednakże był on stopniowo zastępowany węglikiem wolframu związanym z niklem ze względu na brak zakresu zgodności chemicznej wymaganej w przemyśle.
Węglik wolframu związany niklem jest szeroko stosowany na powierzchnie uszczelniające, gdzie wymagana jest wysoka wytrzymałość i wysoka udarność, a także ma dobrą kompatybilność chemiczną, ogólnie ograniczoną przez wolny nikiel.
GFPTFE
GFPTFE ma dobrą odporność chemiczną, a dodatek szkła zmniejsza tarcie powierzchni uszczelniających.Jest idealny do stosunkowo czystych zastosowań i jest tańszy niż inne materiały.Dostępne są podwarianty umożliwiające lepsze dopasowanie uszczelnienia do wymagań i środowiska, poprawiając jego ogólną wydajność.
Buna
Buna (znana również jako kauczuk nitrylowy) to ekonomiczny elastomer do produkcji O-ringów, uszczelniaczy i wyrobów formowanych.Jest dobrze znany ze swoich właściwości mechanicznych i dobrze sprawdza się w zastosowaniach na bazie ropy naftowej, petrochemii i chemii.Ze względu na swoją sztywność jest również szeroko stosowany do ropy naftowej, wody, różnych alkoholi, smarów silikonowych i płynów hydraulicznych.
Ponieważ Buna jest kopolimerem kauczuku syntetycznego, dobrze sprawdza się w zastosowaniach wymagających przyczepności do metalu i materiału odpornego na ścieranie, a to podłoże chemiczne sprawia, że idealnie nadaje się również do zastosowań w uszczelniaczach.Ponadto może wytrzymać niskie temperatury, ponieważ ma słabą odporność na kwasy i łagodne zasady.
Buna ma ograniczone zastosowanie w zastosowaniach, w których występują ekstremalne czynniki, takie jak wysokie temperatury, warunki pogodowe, światło słoneczne i odporność na parę, i nie nadaje się do stosowania ze środkami odkażającymi typu clean-in-place (CIP) zawierającymi kwasy i nadtlenki.
EPDM
EPDM to kauczuk syntetyczny powszechnie stosowany w motoryzacji, budownictwie i zastosowaniach mechanicznych do uszczelek i pierścieni O-ring, rurek i podkładek.Jest droższy niż Buna, ale może wytrzymać różnorodne właściwości termiczne, pogodowe i mechaniczne ze względu na długotrwałą wysoką wytrzymałość na rozciąganie.Jest wszechstronny i idealny do zastosowań z wodą, chlorem, wybielaczami i innymi materiałami alkalicznymi.
Ze względu na swoje właściwości elastyczne i adhezyjne EPDM po rozciągnięciu powraca do swojego pierwotnego kształtu niezależnie od temperatury.EPDM nie jest zalecany do zastosowań związanych z olejem naftowym, płynami, chlorowanymi węglowodorami lub rozpuszczalnikami węglowodorowymi.
Viton
Viton to trwały, wysokowydajny produkt z fluorowanej gumy węglowodorowej, najczęściej stosowany w pierścieniach typu O-ring i uszczelkach.Jest droższy niż inne materiały gumowe, ale jest preferowaną opcją w przypadku najbardziej wymagających i wymagających zastosowań uszczelniających.
Odporny na ozon, utlenianie i ekstremalne warunki pogodowe, w tym na materiały takie jak węglowodory alifatyczne i aromatyczne, płyny chlorowcowane i materiały o silnych kwasach, jest jednym z wytrzymalszych fluoroelastomerów.
Wybór odpowiedniego materiału do uszczelnienia jest ważny dla powodzenia aplikacji.Chociaż wiele materiałów uszczelniających jest podobnych, każdy z nich służy różnym celom, aby spełnić określone potrzeby.
Czas publikacji: 12 lipca 2023 r