Выбор материала для уплотнения важен, поскольку он будет играть роль в определении качества, срока службы и производительности применения, а также в уменьшении проблем в будущем. Здесь мы рассмотрим, как окружающая среда повлияет на выбор материала уплотнений, а также некоторые из наиболее распространенных материалов и для каких применений они наиболее подходят.
Факторы окружающей среды
Окружающая среда, которой будет подвергаться уплотнение, имеет решающее значение при выборе конструкции и материала. Существует ряд ключевых свойств, которые необходимы материалам уплотнений для всех сред, включая создание стабильной поверхности уплотнения, способность проводить тепло, химическую стойкость и хорошую износостойкость.
В некоторых средах эти свойства должны быть сильнее, чем в других. Другие свойства материала, которые следует учитывать при рассмотрении вопросов окружающей среды, включают твердость, жесткость, тепловое расширение, износ и химическую стойкость. Помня об этом, вы сможете найти идеальный материал для вашей печати.
Окружающая среда также может определять, стоит ли в приоритете стоимость или качество уплотнения. Для абразивных и суровых сред уплотнения могут быть более дорогими, поскольку материалы должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать эти условия.
В таких условиях затраты на высококачественное уплотнение со временем окупятся, поскольку помогут предотвратить дорогостоящие остановки, ремонты, реконструкцию или замену уплотнения, к которым может привести использование уплотнения более низкого качества. Однако в насосных установках с очень чистая жидкость, обладающая смазывающими свойствами, можно приобрести более дешевое уплотнение в пользу подшипников более высокого качества.
Общие материалы уплотнений
Углерод
Углерод, используемый в поверхностях уплотнений, представляет собой смесь аморфного углерода и графита, процентное содержание каждого из которых определяет физические свойства конечной марки углерода. Это инертный, стабильный материал, который может быть самосмазывающимся.
Он широко используется в качестве одной из пар торцевых поверхностей в торцевых уплотнениях, а также является популярным материалом для сегментных кольцевых уплотнений и поршневых колец, находящихся под сухой или небольшим количеством смазки. Эта смесь углерода и графита также может быть пропитана другими материалами для придания ей различных характеристик, таких как пониженная пористость, улучшенные характеристики износа или повышенная прочность.
Угольное уплотнение, пропитанное термореактивной смолой, является наиболее распространенным среди механических уплотнений, причем большинство угольных уплотнений, пропитанных смолой, способны работать в широком диапазоне химических веществ, от сильных оснований до сильных кислот. Они также обладают хорошими фрикционными свойствами и достаточным модулем упругости, позволяющим контролировать искажения давления. Этот материал подходит для обычных условий эксплуатации при температуре до 260°C (500°F) в воде, охлаждающих жидкостях, топливе, маслах, легких химических растворах, а также в пищевой и фармацевтической промышленности.
Углеродные уплотнения, пропитанные сурьмой, также доказали свою эффективность благодаря прочности и модулю сурьмы, что делает их пригодными для применений с высоким давлением, когда необходим более прочный и жесткий материал. Эти уплотнения также более устойчивы к вздутию при работе с жидкостями высокой вязкости или легкими углеводородами, что делает их стандартным сортом для многих применений на нефтеперерабатывающих заводах.
Углерод также может быть пропитан пленкообразователями, такими как фториды для сухого хода, криогеники и вакуума, или ингибиторами окисления, такими как фосфаты, для высоких температур, высоких скоростей и турбинных применений со скоростью до 800 футов в секунду и около 537°C (1000°F).
Керамика
Керамика — это неорганические неметаллические материалы, изготовленные из природных или синтетических соединений, чаще всего оксида алюминия или глинозема. Он имеет высокую температуру плавления, высокую твердость, высокую износостойкость и стойкость к окислению, поэтому широко используется в таких отраслях, как машиностроение, химическая, нефтяная, фармацевтическая и автомобильная.
Он также обладает превосходными диэлектрическими свойствами и обычно используется для изготовления электрических изоляторов, износостойких компонентов, мелющих тел и высокотемпературных компонентов. Оксид алюминия высокой чистоты обладает превосходной химической стойкостью к большинству технологических жидкостей, за исключением некоторых сильных кислот, что позволяет использовать его во многих механических уплотнениях. Однако оксид алюминия может легко разрушаться при термическом ударе, что ограничивает его использование в некоторых приложениях, где это может быть проблемой.
Карбид кремния получают путем сплавления кремнезема и кокса. По химическому составу он похож на керамику, но обладает лучшими смазывающими свойствами и более твердый, что делает его хорошим износостойким решением для суровых условий эксплуатации.
Его также можно повторно притирать и полировать, поэтому уплотнение можно ремонтировать несколько раз в течение срока службы. Обычно он используется более механически, например, в механических уплотнениях, из-за его хорошей стойкости к химической коррозии, высокой прочности, высокой твердости, хорошей износостойкости, небольшого коэффициента трения и устойчивости к высоким температурам.
Использование карбида кремния в поверхностях механических уплотнений приводит к повышению производительности, увеличению срока службы уплотнений, снижению затрат на техническое обслуживание и эксплуатации вращающегося оборудования, такого как турбины, компрессоры и центробежные насосы. Карбид кремния может иметь разные свойства в зависимости от способа его изготовления. Реакционно-связанный карбид кремния образуется путем связывания частиц карбида кремния друг с другом в процессе реакции.
Этот процесс существенно не влияет на большинство физических и термических свойств материала, однако ограничивает химическую стойкость материала. Наиболее распространенными химическими веществами, вызывающими проблемы, являются каустики (и другие химикаты с высоким pH) и сильные кислоты, поэтому в этих целях не следует использовать карбид кремния, связанный реакцией.
Самоспеченный карбид кремния производится путем спекания частиц карбида кремния непосредственно друг с другом с использованием неоксидных спекающих добавок в инертной среде при температуре более 2000°C. Из-за отсутствия вторичного материала (например, кремния) материал прямого спекания химически устойчив практически к любой жидкости и условиям процесса, которые могут наблюдаться в центробежном насосе.
Карбид вольфрама — это универсальный материал, такой как карбид кремния, но он больше подходит для применений под высоким давлением, поскольку обладает более высокой эластичностью, что позволяет ему очень незначительно изгибаться и предотвращать деформацию поверхности. Как и карбид кремния, его можно повторно притирать и полировать.
Карбиды вольфрама чаще всего производятся в виде цементированных карбидов, поэтому не предпринимается никаких попыток связать карбид вольфрама сам с собой. Вторичный металл добавляется для связывания или цементирования частиц карбида вольфрама вместе, в результате чего получается материал, обладающий комбинированными свойствами как карбида вольфрама, так и металлического связующего.
Это было использовано с преимуществом, обеспечивая большую ударную вязкость и ударную вязкость, чем это возможно при использовании только карбида вольфрама. Одним из недостатков цементированного карбида вольфрама является его высокая плотность. В прошлом использовался карбид вольфрама со связкой кобальта, однако он постепенно был заменен карбидом вольфрама со связкой никеля из-за отсутствия у него диапазона химической совместимости, необходимого для промышленности.
Карбид вольфрама, связанный никелем, широко используется для поверхностей уплотнений, где желательны высокие прочностные и ударные свойства, и он имеет хорошую химическую совместимость, обычно ограничиваемую свободным никелем.
ГФПТФЭ
GFPTFE обладает хорошей химической стойкостью, а добавленное стекло снижает трение уплотняющих поверхностей. Он идеально подходит для относительно чистых применений и дешевле других материалов. Доступны подварианты, позволяющие лучше адаптировать уплотнение к требованиям и окружающей среде, улучшая его общие характеристики.
Буна
Буна (также известный как нитриловый каучук) представляет собой экономичный эластомер для уплотнительных колец, герметиков и формованных изделий. Он хорошо известен своими механическими характеристиками и хорошо работает в нефтяной, нефтехимической и химической промышленности. Благодаря своей негибкости он также широко используется для сырой нефти, воды, различного спирта, силиконовой смазки и гидравлических жидкостей.
Поскольку Buna представляет собой сополимер синтетического каучука, он хорошо работает в тех случаях, когда требуется сцепление с металлом и устойчивый к истиранию материал, а эта химическая основа также делает его идеальным для применения в качестве герметика. Кроме того, он может выдерживать низкие температуры, поскольку имеет плохую стойкость к кислотам и слабым щелочам.
Использование Buna ограничено в применениях с экстремальными факторами, такими как высокие температуры, погодные условия, солнечный свет и устойчивость к пару, и не подходит для дезинфицирующих средств с очисткой на месте (CIP), содержащих кислоты и пероксиды.
ЭПДМ
EPDM — это синтетический каучук, обычно используемый в автомобильной, строительной и механической промышленности для изготовления уплотнений и уплотнительных колец, трубок и шайб. Он дороже, чем буна, но может выдерживать различные термические, погодные и механические свойства благодаря своей длительной высокой прочности на разрыв. Он универсален и идеально подходит для применений, связанных с водой, хлором, отбеливателем и другими щелочными материалами.
Благодаря своим эластичным и адгезионным свойствам EPDM после растяжения возвращается к своей первоначальной форме независимо от температуры. EPDM не рекомендуется использовать с нефтяным маслом, жидкостями, хлорированными углеводородами или углеводородными растворителями.
Витон
Витон — это долговечный, высокоэффективный продукт из фторированного углеводородного каучука, наиболее часто используемый в уплотнительных кольцах и уплотнениях. Он дороже, чем другие резиновые материалы, но является предпочтительным вариантом для самых сложных и требовательных потребностей в уплотнении.
Устойчивый к озону, окислению и экстремальным погодным условиям, включая такие материалы, как алифатические и ароматические углеводороды, галогенированные жидкости и сильные кислоты, он является одним из наиболее прочных фторэластомеров.
Выбор правильного материала для уплотнения важен для успеха применения. Хотя многие материалы уплотнений схожи, каждый из них служит различным целям для удовлетворения любых конкретных потребностей.
Время публикации: 12 июля 2023 г.