Skilningur á mörkum ó-elastómerþéttingarefna

Hin raunverulegu landamæri í þéttingarverkfræði eru í raun mörk þéttibúnaðar. Upphafsþéttingarkraftur teygjuþéttinga er að mestu háður teygjanlegri bata eftir þjöppun og miðlungsþrýstingurinn mun auka snertiálagið enn frekar. Ef þjöppunarsettið verður of mikið og efnið missir teygjanlegt minni mun þéttingin bila. Aftur á móti hafa tæknilegar fjölliður eins og PTFE, UHMWPE og PEEK í grundvallaratriðum litla teygjanlega endurheimt og PTFE sýnir sérstaklega töluvert kalt flæði eða skrið. Þannig að þessi efni virka ekki með því að "smella aftur eins og gúmmí" heldur á rúmfræðilegri hönnun, forálagi, þrýstingsvirkjun, gormum eða O-hringjaorku til að þétta árangur. Þetta skilgreinir kjarnamörk ó-teygjanlegra þéttiefna: Lykilspurningin er ekki hversu sterkt efnið er, heldur hvaða hlutverki það gegnir í kerfinu - hvort það veitir teygjanlegt mótvægi, eða hvort það veitir aðgerðir eins og lágan núning, slitþol, efnaþol, útþrýstiþol eða burðarþol-. Hið fyrra er í teygjum og hið síðara er ástæða þess að verkfræðiplast ratar í þéttingarnotkun.

1. PTFE PTFE ætti ekki að líta á sem bara „há-plastefni“, heldur sem efni sem þrýstir samtímis þremur mikilvægum mörkum: efnaþol, hitaþol og lítill núningur. AGC rannsóknir sýna að það hefur venjulegt þjónustuhitasvið á bilinu -180 gráður til +260 gráður og er efnafræðilega óvirkt fyrir nánast öllum miðlum. Núningsstuðull PTFE á stáli er um 0,10 samkvæmt Parker gögnum, sem er mun lægri en UHMWPE (~0,25) og virgin PEEK (~0,35). Þetta þýðir að PTFE færir á áhrifaríkan hátt efstu frammistöðumörk teygjanlegra -þéttinga við háan hita, alvarlega ætandi og kraftmikla aðstæður með litlum núningi.

En gallar þess eru jafn verulegir. Parker segir að virgin PTFE hafi mikið skrið við stofuhita með stöðugu álagi og hafi í rauninni engan teygjanlegan bata. Núningur er mjög lítill en slitþol er frekar lélegt. Það er því ekki rétt að líta á PTFE sem háhita gúmmí eða sem harða jafngildi elastómerískra O-hringa. Dæmigert verkfræðileg mistök eru að blanda saman minni núningi og getu til að veita stöðuga teygjanlega innsigli. Þess vegna er PTFE sjaldan notað eitt og sér í raunverulegum forritum. Ein leið er að skipta um fylliefni með því að nota efni eins og glertrefjar, koltrefjar, grafít eða brons til að auka skriðþol, slitþol, þrýstistyrk og and-útpressunargetu. Önnur aðferð er notkun spennuvirkra þéttibúnaðar eins og gorma-virkja þéttingar eða elastómer-orkuhönnunar, þar sem gormar eða O-hringir vega upp á móti lítilli-þrýstingssnertingu og langtíma-aflögun.

Frá verkfræðilegu sjónarmiði ætti að líta á PTFE sem efni sem brýtur í bága við samhæfni fjölmiðla, hitastig og núning, en ekki sem efni sem veitir rúmfræðilega eða teygjanlega bætur. Það hentar best við aðstæður þar sem hitastig er hátt, árásargjarn efnafræðileg útsetning eða kraftmikil hreyfing með litlum núningi. Hins vegar er það ekki besti kosturinn ef aðalkrafan er mikil aflögun eða langtíma teygjanlegur bati.

2. UHMW-PE
UHMWPE táknar algjörlega sérstök efnismörk miðað við PTFE. Til dæmis hefur Ensinger PE1000 mjög mikla höggþol, góða slit- og slitþol, öfluga slithegðun og yfirburða afköst við lágan hita. Dæmigert færibreytur eru togstuðull sem er um það bil 700 MPa, flutningsstyrkur um það bil 19 MPa og þjónustuhiti um -260 gráður til +80 gráður.

Það er ekki háhitaþolið plast í eðli sínu heldur slitþolið og höggþolið tæknilega fjölliða. Parker segir að "UHMWPE er eitt af hörðustu og slitþolnustu efnum en hefur takmarkaðara hita- og efnaþol en PTFE og hentar betur til gagnkvæmra eða mjög hægra rennilegra notkunar með hærri núningsstuðul en PTFE. Helsta UHMWPE tilboð Trelleborg er sem efni fyrir stýrihringi og slithólka í hliðarhringum og slitstökkum, þar sem það gleypir hliðarhringi eða slithólka. stangir og útilokar snertingu málms-í-málms.

Með öðrum orðum, UHMWPE er hannað til að vera slitþolið, leiðsögn, hörku við lágan hita og hæga rennandi hreyfingu, ekki til að keppa við PTFE við háan hita eða efnafræðilega erfiðar aðstæður. Oft er litið á UHMWPE sem ódýr staðgengill fyrir PTFE, en hlutverk þeirra eru í raun ólík. PTFE er hannað fyrir mikla efnaþol, háan hita og ofur-lágan núning, en UHMWPE er hannað fyrir slitþol, höggþol og lághitaþol.

3. PEEK PEEK er burðarvirkara efni í þéttikerfi. Victrex gögn segja að PEEK hafi háhitaþol, mikla efnaþol, mikinn vélrænan styrk, framúrskarandi víddarstöðugleika, vatnsrofsþol og slitþol. Dæmigerð 450G einkunn, til dæmis, hefur togstuðul sem er um það bil 4,0 GPa, togstyrkur um 98 MPa og stöðugt þjónustuhitastig allt að 260 gráður.

PEEK er örugglega ekki mjúkt-snertiþéttiefni, heldur byggingarfjölliða með háum stuðli. Það er aðallega notað í þéttingarforritum sem öryggishringir,-útþrýstibúnaður, stýriþættir og burðarberandi burðarhlutar. Fyrir leiðbeiningar og slit, flokkar Trelleborg PEEK sem verkfræðiplast með miklum stuðuli. PEEK bakhringir- eru sérstaklega þróaðir til að forðast útpressun á O-hringjum eða X-hringjum undir miklum þrýstingi.

Kosturinn við PEEK er að það víkkar út mörk þrýstingsþols, bilstýringar, burðarþols og víddarstöðugleika. En PEEK er ekki alhliða þéttiefni. Það er ekki tilvalið fyrir mikið aflögunarsamræmi eða frásogsnotkun og hefur hærri núningsstuðul en PTFE. Því er mælt með því að líta á PEEK sem burðarvirki og andstæðingur-útpressunarefni en ekki sem lykilþéttiefni.

4. TPU (PU)
Pólýúretan er oft nefnt TPU í þéttingarforritum og er staðlað efni í vökvadrifna þéttingu. Parker TPU hefur verið viðmiðið í vökvaorkukerfum í langan tíma og býður upp á óvenjulega slitþol, hitastöðugleika, vatnsrofsþol, frammistöðu þjöppunarsetts og teygjanlegan bata. Covestro bendir einnig á mikla slitþol, breitt sveigjanleikasvið, mikla mýkt og góða viðnám gegn olíum og ákveðnum leysiefnum.

Þetta setur TPU í miðstöðu á milli elastómera og verkfræðiplasts. Það hefur framúrskarandi mýkt og bætir endingartíma slitsins og vélrænni endingu til muna, sérstaklega fyrir háþrýstingsvirka vökvanotkun. En raunverulegur styrkur þess er sérstaklega í kraftmikilli vökvaþéttingu, ekki í alhliða efnaþol eða kyrrstöðuþéttingu.

Einn algengasti misskilningurinn er að hugsa um TPU sem eitt einsleitt efni, þar sem efnaþol þess er mjög háð samsetningu, hörku, hitastigi, styrk og útsetningartíma. Sterkar sýrur og basar munu ráðast á TPU, arómatísk kolvetni munu valda því að það bólgna, ketónar og esterar valda töluverðri bólgu og DMF, DMSO, NMP og THF eru leysiefni fyrir TPU. Samsetningin hefur einnig hlutverk í hitaþol. MDI byggð kerfi eru venjulega við 100 gráður á meðan PPDI byggð kerfi eru í kringum 135 gráður. Þess vegna er PU ekki ákvarðað af einum stöðugum mörkum, heldur af kerfisháðum-samsetningarmörkum.

5. Verkfræðimörk milli teygjur og verkfræðiplasts
Hægt er að skilja undirliggjandi hindrun milli verkfræðiplasts og elastómera á nokkra vegu. Teygjur eru aðallega ábyrgar fyrir þéttingarkraftinum með teygjanlegri endurheimt, á meðan verkfræðilegt plastefni eins og PTFE, UHMWPE og PEEK treysta ekki á teygjanlega aflögun, heldur ýta á frammistöðumörkin með litlum núningi, slitþol, efnaþol, útpressunarþol og víddarstöðugleika.

Hlutverk þeirra eru vel aðgreind. PTFE fjallar aðallega um efna-, hita- og núningsmörk. UHMWPE hefur áhyggjur af slitþol, leiðsögn, lághitaafköstum og hægum renna. PEEK er notað fyrir burðargetu, andstæðingur-extrusion og háþrýstingsbyggingarstöðugleika. PU er fínstillt fyrir slitþol við kraftmikla vökvaaðstæður. Í reynd eru bestu þéttingarlausnirnar oft ekki skipti heldur blendingskerfi. Til dæmis, O-hringur veitir forhleðslu og upphafssnertikraft, PTFE hulsa veitir minni núning og bætta efnaþol, og PEEK eða fylltur PTFE bakhringur- hindrar útpressun undir þrýstingi.

Algengustu verkfræðileg mistök eru að bera saman efni fyrir mismunandi þéttingaraðferðir. PTFE er ekki hágúmmí-, PEEK er ekki alhliða plast, UHMWPE er ekki ódýrt PTFE, PU er ekki bara harðari NBR. Þegar ríkjandi bilunarhamur hefur verið þekktur eru efnismörkin augljós.