Вибір матеріалу для вашого ущільнення є важливим, оскільки він відіграватиме певну роль у визначенні якості, терміну служби та продуктивності застосування, а також у зменшенні проблем у майбутньому. Тут ми розглянемо, як навколишнє середовище впливатиме на вибір матеріалу ущільнення, а також деякі з найпоширеніших матеріалів та для яких застосувань вони найкраще підходять.
Фактори навколишнього середовища
Середовище, в якому працюватиме ущільнення, має вирішальне значення при виборі конструкції та матеріалу. Існує ряд ключових властивостей, які необхідні ущільнювальним матеріалам для будь-якого середовища, включаючи створення стабільної поверхні ущільнення, здатної проводити тепло, хімічну стійкість та добру зносостійкість.
У деяких середовищах ці властивості повинні бути міцнішими, ніж в інших. Інші властивості матеріалу, які слід враховувати, враховуючи особливості середовища, включають твердість, жорсткість, теплове розширення, зносостійкість та хімічну стійкість. Врахування цього допоможе вам знайти ідеальний матеріал для вашого ущільнення.
Навколишнє середовище також може визначати, що можна пріоритезувати – вартість чи якість ущільнення. Для абразивних та суворих середовищ ущільнення можуть бути дорожчими через те, що матеріали повинні бути достатньо міцними, щоб витримувати ці умови.
У таких умовах витрати на високоякісне ущільнення з часом окупляться, оскільки допоможуть запобігти дорогим зупинкам, ремонтам та реконструкції або заміні ущільнення, до яких призведе ущільнення нижчої якості. Однак, у системах перекачування дуже чистої рідини, що має змащувальні властивості, можна придбати дешевше ущільнення на користь підшипників вищої якості.
Поширені матеріали для ущільнень
Вуглець
Вуглець, що використовується в ущільнювальних поверхнях, являє собою суміш аморфного вуглецю та графіту, причому відсоткове співвідношення кожного з них визначає фізичні властивості кінцевого сорту вуглецю. Це інертний, стабільний матеріал, який може самозмащуватися.
Він широко використовується як одна з пари торцевих поверхонь у механічних ущільненнях, а також є популярним матеріалом для сегментованих кільцевих ущільнень та поршневих кілець під сухим або невеликим змащенням. Цю вуглецево-графітову суміш також можна просочувати іншими матеріалами, щоб надати їй різних характеристик, таких як зменшена пористість, покращені зносостійкість або підвищена міцність.
Термореактивне вуглецеве ущільнення, просочене смолою, є найпоширенішим для механічних ущільнень, причому більшість вуглецевих ущільнень, просочених смолою, здатні працювати в широкому діапазоні хімічних речовин, від сильних лугів до сильних кислот. Вони також мають хороші фрикційні властивості та достатній модуль пружності, що допомагає контролювати деформації тиску. Цей матеріал підходить для загального використання до 260°C (500°F) у воді, охолоджувальних рідинах, паливі, оліях, легких хімічних розчинах, а також у харчовій та лікарській промисловості.
Вуглецеві ущільнення, просочені сурмою, також виявилися успішними завдяки міцності та модулю сурми, що робить їх придатними для застосування під високим тиском, коли потрібен міцніший та жорсткіший матеріал. Ці ущільнення також більш стійкі до утворення пухирів у застосуваннях з рідинами високої в'язкості або легкими вуглеводнями, що робить їх стандартним сортом для багатьох застосувань нафтопереробки.
Вуглець також можна просочувати плівкоутворювачами, такими як фториди, для сухого ходу, кріогенних та вакуумних застосувань, або інгібіторами окислення, такими як фосфати, для високотемпературних, високошвидкісних та турбінних застосувань до 800 футів/с та близько 537°C (1000°F).
Кераміка
Кераміка — це неорганічні неметалеві матеріали, виготовлені з природних або синтетичних сполук, найчастіше оксиду алюмінію або глинозему. Вона має високу температуру плавлення, високу твердість, високу зносостійкість та стійкість до окислення, тому широко використовується в таких галузях промисловості, як машинобудування, хімічна, нафтова, фармацевтична та автомобільна.
Він також має чудові діелектричні властивості та зазвичай використовується для електричних ізоляторів, зносостійких компонентів, шліфувальних середовищ та компонентів, що працюють при високих температурах. У високій чистоті глинозем має чудову хімічну стійкість до більшості технологічних рідин, окрім деяких сильних кислот, що призводить до його використання в багатьох механічних ущільненнях. Однак, глинозем може легко руйнуватися під впливом теплового удару, що обмежує його використання в деяких сферах застосування, де це може бути проблемою.
Карбід кремнію виготовляється шляхом сплавлення кремнезему та коксу. Він хімічно схожий на кераміку, але має кращі змащувальні властивості та твердіший, що робить його гарним зносостійким рішенням для суворих умов експлуатації.
Його також можна повторно шліфувати та полірувати, тому ущільнення можна відновлювати кілька разів протягом терміну служби. Зазвичай його використовують частіше в механічних цілях, наприклад, у механічних ущільненнях, завдяки його хорошій стійкості до хімічної корозії, високій міцності, високій твердості, хорошій зносостійкості, малому коефіцієнту тертя та високій термостійкості.
Використовуючи карбід кремнію для торцевих ущільнень, він покращує продуктивність, збільшує термін служби ущільнення, знижує витрати на технічне обслуговування та експлуатацію обертового обладнання, такого як турбіни, компресори та відцентрові насоси. Карбід кремнію може мати різні властивості залежно від способу його виготовлення. Реакційно зв'язаний карбід кремнію утворюється шляхом з'єднання частинок карбіду кремнію одна з одною в процесі реакції.
Цей процес суттєво не впливає на більшість фізичних та теплових властивостей матеріалу, проте обмежує його хімічну стійкість. Найпоширенішими хімічними речовинами, що створюють проблеми, є каустики (та інші хімічні речовини з високим pH) та сильні кислоти, тому реакційно-зв'язаний карбід кремнію не слід використовувати в цих випадках.
Самоспеканий карбід кремнію виготовляється шляхом спікання частинок карбіду кремнію безпосередньо разом з використанням неоксидних допоміжних речовин для спікання в інертному середовищі за температури понад 2000°C. Через відсутність вторинного матеріалу (такого як кремній), матеріал, отриманий методом прямого спікання, хімічно стійкий майже до будь-яких рідин та технологічних умов, які можуть виникнути у відцентровому насосі.
Карбід вольфраму — це дуже універсальний матеріал, подібний до карбіду кремнію, але він більше підходить для застосування під високим тиском, оскільки має вищу еластичність, що дозволяє йому ледь помітно згинатися та запобігати деформації поверхні. Як і карбід кремнію, його можна повторно шліфувати та полірувати.
Карбіди вольфраму найчастіше виготовляються у вигляді твердих сплавів, тому немає спроб зв'язати карбід вольфраму сам з собою. Вторинний метал додається для зв'язування або цементування частинок карбіду вольфраму разом, в результаті чого утворюється матеріал, який має комбіновані властивості як карбіду вольфраму, так і металевого сполучного матеріалу.
Це було використано з перевагою, забезпечуючи більшу міцність та ударну в'язкість, ніж це можливо з використанням лише карбіду вольфраму. Одним із недоліків цементованого карбіду вольфраму є його висока щільність. У минулому використовувався карбід вольфраму, пов'язаний кобальтом, проте його поступово замінили карбідом вольфраму, пов'язаним нікелем, через відсутність у нього необхідного для промисловості діапазону хімічної сумісності.
Нікелевий карбід вольфраму широко використовується для ущільнювальних поверхонь, де потрібні високі міцні та ударні властивості, і він має добру хімічну сумісність, яка зазвичай обмежується вільним нікелем.
GFPTFE
GFPTFE має добру хімічну стійкість, а додане скло зменшує тертя ущільнювальних поверхонь. Він ідеально підходить для відносно чистих застосувань і дешевший за інші матеріали. Існують підваріанти, що дозволяють краще підібрати ущільнення до вимог та навколишнього середовища, покращуючи його загальну продуктивність.
Буна
Буна (також відома як нітрильний каучук) – це економічно ефективний еластомер для ущільнювальних кілець, герметиків та лиття під тиском. Він добре відомий своїми механічними властивостями та добре працює в нафтовій, нафтохімічній та хімічній промисловості. Завдяки своїй негнучкості він також широко використовується для сирої нафти, води, різних спиртів, силіконових мастил та гідравлічних рідин.
Оскільки Buna є синтетичним каучуковим сополімером, він добре зарекомендував себе в сферах застосування, що вимагають адгезії до металу та стійкості до стирання, а цей хімічний фон також робить його ідеальним для застосування як герметика. Крім того, він може витримувати низькі температури, оскільки має низьку стійкість до кислот та м'яких лугів.
Буна обмежена у застосуванні з екстремальними факторами, такими як високі температури, погодні умови, сонячне світло та стійкість до пари, і не підходить для використання із засобами для дезінфекції на місці (CIP), що містять кислоти та пероксиди.
EPDM
EPDM – це синтетичний каучук, який зазвичай використовується в автомобільній, будівельній та машинобудівній промисловості для ущільнень, кілець круглого перерізу, трубок та шайб. Він дорожчий за Buna, але може витримувати різноманітні термічні, погодні та механічні властивості завдяки своїй тривалій високій міцності на розрив. Він універсальний та ідеально підходить для використання з водою, хлором, відбілювачем та іншими лужними матеріалами.
Завдяки своїм еластичним та адгезивним властивостям, після розтягування EPDM повертається до своєї початкової форми незалежно від температури. EPDM не рекомендується використовувати для нафтопродуктів, рідин, хлорованих вуглеводнів або вуглеводневих розчинників.
Вітон
Вітон — це довговічний, високоефективний фторований вуглеводневий гумовий продукт, який найчастіше використовується в ущільнювальних кільцях та ущільненнях. Він дорожчий за інші гумові матеріали, але є кращим варіантом для найскладніших та найвибагливіших потреб ущільнення.
Стійкий до озону, окислення та екстремальних погодних умов, включаючи такі матеріали, як аліфатичні та ароматичні вуглеводні, галогеновані рідини та сильні кислоти, він є одним з найміцніших фторэластомерів.
Вибір правильного матеріалу для герметизації важливий для успіху застосування. Хоча багато матеріалів для герметизації схожі, кожен з них служить різним цілям для задоволення будь-яких конкретних потреб.
Час публікації: 12 липня 2023 р.