A nem{0}}elasztomer tömítőanyagok határainak megértése

A tömítéstechnikában az igazi határ valójában a tömítőmechanizmusok határa. Az elasztomer tömítések kezdeti tömítőereje leginkább az összenyomás utáni rugalmas visszaállástól függ, és a közepes nyomás tovább növeli az érintkezési feszültséget. Ha a tömörítési készlet túl nagy lesz, és az anyag elveszíti rugalmas memóriáját, a tömítés meghibásodik. Ezzel szemben az olyan műszaki polimerek, mint a PTFE, UHMWPE és PEEK alapvetően alacsony rugalmasságúak, és különösen a PTFE jelentős hidegfolyást vagy kúszást mutat. Tehát ezek az anyagok nem úgy működnek, hogy "visszapattannak, mint a gumi", hanem geometriai kialakítással, előfeszítéssel, nyomásaktiválással, rugóval vagy O-gyűrű-feszültséggel a tömítési teljesítmény érdekében. Ez határozza meg a nem -elasztomer tömítőanyagok maghatárát: a kulcskérdés nem az anyag szilárdsága, hanem az, hogy milyen szerepet játszik a rendszerben -, hogy rugalmas kompenzációt biztosít-e, vagy olyan funkciókat biztosít-e, mint az alacsony súrlódás, kopásállóság, vegyszerállóság, extrudálási ellenállás vagy teherbírás-. Az előbbi az elasztomerekben található, az utóbbi pedig az, amiért a műszaki műanyagok utat találnak a tömítési alkalmazásokban.

1. PTFE A PTFE-re nem szabad úgy tekinteni, mint egy "csúcskategóriás műanyagra", hanem olyan anyagnak, amely egyszerre három fontos határt feszeget: a vegyszerállóságot, a hőmérsékletállóságot és az alacsony súrlódást. Az AGC vizsgálatok azt mutatják, hogy normál üzemi hőmérséklet-tartománya körülbelül -180 fok és +260 fok között van, és gyakorlatilag minden közeggel szemben kémiailag semleges. A PTFE száraz csúszósúrlódási együtthatója acélon körülbelül 0,10 a Parker adatai szerint, ami jóval alacsonyabb, mint az UHMWPE (~0,25) és a szűz PEEK (~0,35) értéke. Ez azt jelenti, hogy a PTFE hatékonyan mozgatja az elasztomer{11}}alapú tömítések csúcsteljesítményét magas hőmérsékleten, erősen korrozív és alacsony súrlódású dinamikus helyzetekben.

De a hiányosságai ugyanolyan jelentősek. Parker szerint a szűz PTFE szobahőmérsékleten állandó terhelés mellett nagyon kúszik, és lényegében nincs rugalmas visszanyerése. A súrlódás nagyon alacsony, de a kopásállóság meglehetősen gyenge. Ezért nem helyes a PTFE-t magas hőmérsékletű guminak vagy az elasztomer O-gyűrűk kemény megfelelőjének tekinteni. Tipikus mérnöki hiba, hogy a csökkentett súrlódást összekeverik a stabil, rugalmas tömítést biztosító képességgel. Ezért a PTFE-t ritkán használják önmagában valós alkalmazásokban. Az egyik módja a töltőanyag cseréje üvegszál, szénszál, grafit vagy bronz felhasználásával a kúszásállóság, a kopásállóság, a nyomószilárdság és az extrudáló képesség fokozása érdekében. Egy másik módszer a feszültség alatt álló tömítőszerkezetek, például a rugós-feszültségű tömítések vagy az elasztomer{10}}meghajtású kivitelek, ahol rugók vagy O-gyűrűk kompenzálják az alacsony nyomású érintkezést és a hosszú távú deformációt.

Mérnöki szempontból a PTFE-t olyan anyagnak kell tekinteni, amely átlépi a közegkompatibilitás, a hőmérséklet és a súrlódás határait, és nem olyan anyagnak, amely geometriai vagy rugalmas kompenzációt biztosít. A legalkalmasabb magas hőmérsékletű, agresszív vegyi expozíció vagy kis súrlódású dinamikus mozgás esetén. Nem a legjobb megoldás azonban, ha a fő követelmény a nagy alakváltozási megfelelőség vagy a hosszú távú rugalmas helyreállítás.

2. UHMW-PE
Az UHMWPE a PTFE-hez képest teljesen eltérő anyaghatárt képvisel. Például az Ensinger PE1000 nagyon nagy ütésállósággal, jó kopás- és kopásállósággal, erőteljes csúszási kopásállósággal és kiváló alacsony hőmérsékleti teljesítménnyel rendelkezik. A tipikus paraméterek a körülbelül 700 MPa húzómodulus, a körülbelül 19 MPa folyáshatár és a körülbelül -260 foktól +80 fokig terjedő üzemi hőmérséklet.

Anyagi jellegét tekintve nem magas hőmérsékletnek ellenálló műanyag, hanem kopás- és ütésálló műszaki polimer. Parker kijelenti, hogy "Az UHMWPE az egyik legkeményebb és legkopásállóbb anyag, de korlátozottabb a hőmérséklet- és vegyszerállósága, mint a PTFE, és alkalmasabb a PTFE-nél nagyobb súrlódási együtthatóval rendelkező dugattyús vagy nagyon lassú csúszási alkalmazásokhoz. A Trelleborg fő UHMWPE kínálata a vezetőgyűrűk, az oldalsó terheléselnyelő gyűrűk és a kopógyűrűk anyaga. dugattyúkat vagy rudakat, és kiküszöböli a fém -fém- érintkezését.

Más szavakkal, az UHMWPE-t úgy tervezték, hogy kopásálló, irányítható, alacsony hőmérsékletű szívósság és lassú csúszómozgás legyen, és ne versenyezzen a PTFE-vel magas hőmérsékleten vagy kémiailag durva körülmények között. Az UHMWPE-t gyakran a PTFE olcsó helyettesítőjeként tartják számon, de szerepük valójában alapvetően eltérő. A PTFE-t rendkívüli vegyszerállóságra, magas hőmérsékletre és ultra-alacsony súrlódásra tervezték, míg az UHMWPE-t kopásállóságra, ütésállóságra és alacsony hőmérsékleti szívósságra tervezték.

3. A PEEK A PEEK szerkezetibb anyag a tömítőrendszerekben. A Victrex adatai szerint a PEEK magas hőmérsékleti kapacitással, kiterjedt vegyszerállósággal, nagy mechanikai szilárdsággal, kiemelkedő méretstabilitással, hidrolízis- és kopásállósággal rendelkezik. A tipikus 450G minőség például nagyjából 4,0 GPa szakítószilárdsággal, körülbelül 98 MPa szakítószilárdsággal és 260 fokos folyamatos üzemi hőmérséklettel rendelkezik.

A PEEK határozottan nem lágy{0}}kontaktus tömítőanyag, hanem nagy modulusú szerkezeti polimer. Leginkább tömítési alkalmazásokban használják, mint támasztógyűrűk,-kihúzásgátló eszközök, vezetőelemek és teherhordó szerkezeti elemek. Vezetési és kopási alkalmazásokhoz a Trelleborg a PEEK-et a nagy modulusú műszaki műanyagok közé sorolja. A PEEK back{6}}gyűrűket kifejezetten az O-gyűrűk vagy az X-gyűrűk nagy nyomás alatti extrudálásának elkerülésére fejlesztették ki.

A PEEK előnye, hogy kiterjeszti a nyomásállóság, a hézagszabályozás, a teherbíró képesség és a méretstabilitás határait. De a PEEK nem egy univerzálisan alkalmazható tömítőanyag. Nem ideális nagy alakváltozás-megfelelő vagy tűréselnyelési alkalmazásokhoz, és nagyobb súrlódási együtthatója van, mint a PTFE-nek. Ezért javasoljuk, hogy a PEEK-et szerkezeti és extrudálásgátló -anyagnak tekintse, de nem kulcsfontosságú tömítőelemnek.

4. TPU (PU)
A poliuretánt gyakran TPU-nak nevezik a tömítési alkalmazásokban, és a hidraulikus dinamikus tömítés szabványos anyaga. A Parker TPU hosszú ideje a mérce a folyadék-ellátó rendszerekben, kivételes kopásállóságot, hőstabilitást, hidrolízis-ellenállást, kompressziós készlet teljesítményét és rugalmas visszanyerését kínálja. A Covestro kiváló kopásállóságát, széles rugalmassági tartományát, nagy rugalmasságát, valamint olajokkal és bizonyos oldószerekkel szembeni jó ellenállását is megjegyzi.

Ezzel a TPU középső pozícióba kerül az elasztomerek és a műszaki műanyagok között. Kiváló rugalmassággal rendelkezik, és nagymértékben javítja a kopási élettartamot és a mechanikai tartósságot, különösen a nagynyomású, dinamikus hidraulikus alkalmazásokhoz. De az igazi erőssége kifejezetten a dinamikus hidraulikus tömítésben rejlik, nem pedig az univerzális vegyszerállóságban vagy a statikus tömítési feltételekben.

Az egyik leggyakoribb tévhit, hogy a TPU-t egyetlen homogén anyagnak tekintjük, mivel vegyszerállósága nagymértékben függ az összetételtől, a keménységtől, a hőmérséklettől, a koncentrációtól és az expozíció időtartamától. Az erős savak és lúgok megtámadják a TPU-t, az aromás szénhidrogének megduzzadnak, a ketonok és észterek jelentős duzzanatot okoznak, a DMF, DMSO, NMP és THF pedig a TPU oldószerei. A készítménynek a hőmérsékletállóságban is szerepe van. Az MDI alapú rendszerek általában 100 fokosak, míg a PPDI alapú rendszerek 135 fok körüliek. Ennélfogva a PU-t nem egy állandó határ, hanem rendszer-függő megfogalmazási határok határozzák meg.

5. Mérnöki határ az elasztomerek és a műszaki műanyagok között
A műszaki műanyagok és az elasztomerek közötti akadályt több szempontból is meg lehet érteni. Az elasztomerek elsősorban a rugalmas visszanyerés révén felelősek a tömítőerőért, míg az olyan műszaki műanyagok, mint a PTFE, UHMWPE és PEEK, nem támaszkodnak a rugalmas alakváltozásra, hanem alacsony súrlódással, kopásállósággal, vegyszerállósággal, extrudálási ellenállással és méretstabilitásuk révén meghaladják a teljesítmény határait.

Funkcionális szerepük jól differenciált. A PTFE főként kémiai, hőmérsékleti és súrlódási határértékekkel foglalkozik. Az UHMWPE a kopásállóságra, a vezetésre, az alacsony hőmérsékleti teljesítményre és a lassú csúszásra vonatkozik. A PEEK-et teherbírásra, extrudálás elleni -és nagynyomású szerkezeti stabilitásra használják. A PU-t a dinamikus hidraulikus körülmények közötti élettartamra optimalizálták. A gyakorlatban a legjobb tömítési megoldások gyakran nem csere, hanem hibrid rendszerek. Például egy O-gyűrű előfeszítést és kezdeti érintkezési erőt biztosít, a PTFE hüvely csökkentett súrlódást és jobb vegyszerállóságot, a PEEK vagy töltött PTFE--visszatartó gyűrű pedig gátolja a nyomás alatti extrudálást.

A leggyakoribb mérnöki hiba az anyagok összehasonlítása a különböző tömítési módszerekhez. A PTFE nem egy csúcskategóriás-gumi, a PEEK nem egy univerzális műanyag, az UHMWPE nem egy olcsó PTFE, a PU nem csak egy keményebb NBR. A domináns meghibásodási mód felismerése után nyilvánvalóvá válik az anyagi határ.