Skilningur á mörkum ó-elastómerþéttingarefna

Raunveruleg takmörk í þéttingarverkfræðinni eru í raun takmörk þéttibúnaðarins. Teygjuþéttingar eru að mestu leyti háðar teygjanlegri endurheimt eftir þjöppun fyrir upphafsþéttingarkraftinn, þar sem snertiálagið eykst með miðlungsþrýstingnum. Lokunarbilun á sér stað þegar þjöppunarsettið verður of stórt og efnið missir teygjanlegt minni. Á hinn bóginn hefur verkfræðiplast eins og PTFE, UHMWPE og PEEK lélega teygjanlega endurheimtareiginleika, þar sem PTFE sýnir sérstaklega umtalsvert kalt flæði eða skrið. Þessi efni halda ekki þéttingargetu sinni með því að „springa til baka eins og gúmmí,“ heldur með rúmfræðilegri hönnun, forálagi, þrýstingsvirkjun, gormum eða O-hringavirkjun. Þetta er helsta takmörkun þéttiefna sem ekki eru-teygjanlegir: Mikilvægasta spurningin er ekki hversu sterkt efnið er, heldur hvaða virkni það tekur á sig í kerfinu, hvort það veitir teygjanlegt mótvægi eða hvort það tekur að sér aðrar aðgerðir eins og lágan núning, slitþol, efnaþol, útpressuþol eða burðarþol. Hið fyrra tengist elastómerum á meðan hið síðarnefnda gefur ástæðurnar fyrir því að verkfræðiplast kemur inn í þéttingarforritið.

1. PTFE PTFE á ekki að líta á sem eingöngu „há-plastefni“. Þess í stað er það efni sem færir fram þrjú mikilvæg landamæri á sama tíma: efnaþol, hitaþol og minni núning. Samkvæmt AGC gögnum er algengt þjónustuhitasvið þess um -180 gráður til +260 gráður og það er efnafræðilega óvirkt fyrir nánast öllum miðlum. Rannsóknir Parker sýna að PTFE hefur núningsstuðul fyrir þurrt renna gegn stáli um það bil 0,10, mun lægri en UHMWPE við um 0,25 og virgin PEEK við um 0,35. Þetta þýðir að PTFE hækkar í raun hámarksframmistöðumörk fyrir-þéttingar sem eru byggðar á elastómer við háan hita, mjög ætandi og kraftmikla aðstæður með litlum núningi.

En takmarkanir þess eru jafn mikilvægar. Samkvæmt Parker hefur frítt PTFE verulegt skrið við stofuhita undir viðvarandi streitu og í rauninni ekkert teygjanlegt frákast. Slitþol þess er tiltölulega lélegt þó það hafi mjög lágan núning. Þess vegna er ekki gilt að líta á PTFE sem há-gúmmí eða stífan valkost við elastómer O-hringi. Dæmigerð mistök í verkfræði eru að rangtúlka lágan núning fyrir áreiðanlega teygjanlega þéttingargetu. Í reynd er því PTFE sjaldan notað eitt og sér. Ein leiðin er að skipta um fylliefni, bæta við efnum eins og glertrefjum, koltrefjum, grafíti eða bronsi til að bæta skriðþol, slitþol, þrýstistyrk og and-útpressunargetu. Annar valkostur er að nota spennuvirk þéttivirki eins og þéttingar með gorma eða elastómer spennuhönnun þar sem gormar eða O-hringir eru notaðir til að vega upp á móti lágþrýstingssnertingu og langtíma aflögun.

Frá verkfræðilegu sjónarhorni er PTFE ekki efni fyrir rúmfræðilega eða teygjanlega leiðréttingu heldur efni sem brýtur mörk samhæfis fjölmiðla, hitastigs og núnings. Það er hentugast fyrir háhita, efnafræðilega árásargjarn eða lítinn núning, kraftmikla hreyfingu sem einkennist af umhverfi. Það er ekki tilvalið þegar veruleg aflögunarsamræmi eða langtíma teygjanleg endurheimt eru aðalkröfurnar.

2. UHMWPE
PTFE gefur allt önnur efnismörk miðað við UHMWPE. Til dæmis, með Ensinger PE1000 hefur UHMWPE mjög mikla höggþol, mikla slit- og slitþol, mikla slithegðun og framúrskarandi árangur við lágan hita. Dæmigert færibreytur eru togstuðull sem er um 700 MPa, flæðistyrkur um 19 MPa og þjónustuhitasvið um það bil -260 gráður til +80 gráður.

Efniseðli þess er ekki háhitaþolið plast heldur slitþolið og höggþolið verkfræðilegt fjölliða. „UHMWPE er eitt af hörðustu, slitþolnustu efnum-,“ segir Parker. "Það hefur takmarkaðra hitastig og efnaþol en PTFE, og hentar betur fyrir gagnkvæma eða mjög hæga rennibraut. Núningsstuðullinn er hærri en PTFE." Trelleborg markaðssetur aðallega UHMWPE til notkunar sem stýrihringa og slithringa í vökvahólkum sem taka á sig hliðarálag, stýra stimpla eða stangir og koma í veg fyrir snertingu málms-í-málm.

Með öðrum orðum, UHMWPE er hannað fyrir slitþol, leiðbeiningar, hörku við lágt hitastig og hæga renna hreyfingu, ekki til að keppa við PTFE við háan hita eða efnafræðilega erfiðar aðstæður. UHMWPE er oft ranglega notað sem ódýr valkostur við PTFE. Hins vegar hafa þessi efni í grundvallaratriðum mismunandi notkun. PTFE er hannað fyrir mikla efnaþol, háan hita og ofurlítinn núning, en UHMWPE er hannað fyrir slitþol, höggþol og endingu við lágan hita.

3. PEEK PEEK er meira burðarefni sem notað er í þéttikerfi. Samkvæmt Victrex gögnum hefur PEEK háhitaþol, breitt efnaþol, mikinn vélrænan styrk, framúrskarandi víddarstöðugleika, vatnsrofsþol og slitþol. Sem dæmi má nefna að venjuleg 450G einkunn hefur togstuðul sem er um 4,0 GPa, togstyrkur um 98 MPa og stöðugt þjónustuhitastig allt að 260 gráður.

Það er augljóst að PEEK er ekki mjúkt -snertiþéttiefni heldur byggingarfjölliða með háum-stuðul. Hann er að miklu leyti notaður í þéttingarforritum sem bakhringur,-varandi íhlutir, stýrieiningar og burðarhlutir-. Trelleborg skilgreinir PEEK sem verkfræðilegt plast með miklum stuðuli fyrir leiðbeiningar og slit. PEEK bakhringir-eru ætlaðir til að koma í veg fyrir að O-hringur eða X-hringir séu pressaðir undir háþrýstingi.

PEEK er metið fyrir kraft sinn til að auka mörk þrýstingsþols, bilunarstjórnunar, burðarþols og víddarstöðugleika. PEEK er hins vegar ekki þéttiefni til allra nota. Það hentar ekki vel fyrir notkun sem þarfnast töluverðrar aflögunarsamræmis eða frásogs um þol. Núningshlutfall-þess er hærra en PTFE. Þess vegna ætti að líta á PEEK fyrst og fremst sem burðarvirki/and-útpressunarefni en ekki sem lykilþéttiefni.

4. PU (TPU)
Pólýúretan (oft þekkt sem TPU í þéttingarforritum) er almennt talið staðlað efni fyrir vökvavirka þéttingu. TPU, segir Parker, er gamalgróið-viðmið í vökvaorkukerfum fyrir framúrskarandi slitþol, hitastöðugleika, vatnsrofsþol, frammistöðu þjöppunarsetts og teygjanlegt endurheimt. Covestro bendir á sterka slitþol, breitt sveigjanleikasvið, mikla mýkt og góða viðnám gegn smurefnum og ákveðnum leysiefnum.

Þetta setur TPU í milliveg milli teygjanlegra og verkfræðiplasts. Það hefur góða teygjanleika og langan endingartíma og vélrænt þrek, sem gerir það tilvalið til notkunar í háþrýstings kraftmiklum vökvabúnaði. En styrkur þess er ekki í alhliða efnaþol eða kyrrstöðuþéttingu, heldur í kraftmikilli vökvaþéttingu.

Einn stærsti misskilningurinn er að TPU er eitt efni. Það er það ekki. Efnaþol TPU er mjög háð samsetningu, hörku, hitastigi, styrk og lengd útsetningar. TPU er næmt fyrir árás sterkra sýra og basa; arómatísk kolvetni framleiða bólgu; ketónar og esterar valda töluverðri bólgu á meðan leysiefni eins og DMF, DMSO, NMP og THF geta leyst það upp. Hitaþol er einnig mótunarháð með MDI kerfum oft um 100 gráður og PPDI kerfi allt að um 135 gráður. Þess vegna er PU ekki skilgreint af einstökum mörkum heldur af mótunarmörkum sem eru sértæk fyrir kerfið.

5. Verkfræðileg mörk milli teygjur og verkfræðiplasts
Grundvallarmörkin þegar um er að ræða verkfræðilegt plastefni og teygjur samanlagt er hægt að skilja á marga vegu. Þó að teygjur treysta fyrst og fremst á teygjanlega endurheimt til að mynda þéttingarkraft, þá eru verkfræðiplastefni eins og PTFE, UHMWPE og PEEK ekki háð teygjanlegri aflögun heldur þrýsta á frammistöðumörkum varðandi lágan núning, slitþol, efnaþol, útpressunarþol og víddarstöðugleika.

Hlutverk PTFE eru verulega frábrugðin hinum þremur: það er aðallega notað fyrir efna-, hita- og núningsmörk; UHMWPE er notað fyrir slitþol, leiðsögn, lágt-hitastig og hægt renna; PEEK er notað fyrir burðar-burðarþol, andstæðingur-útpressun og stöðugleika í háum-byggingu; PU er notað til að hagræða slitlífi við kraftmikla vökvaaðstæður. Í raun eru bestu þéttingarlausnirnar yfirleitt blendingar, ekki skipti. O-hringur getur til dæmis veitt forhleðslu og upphafssnertikraft, á meðan PTFE-hylki dregur úr núningi og eykur efnaþol og PEEK eða fylltur PTFE bakhringur- kemur í veg fyrir útpressun undir þrýstingi.

Algengustu verkfræðilegu mistökin eru að bera saman efni á milli mismunandi þéttibúnaðar. PTFE er ekki fínt gúmmí, PEEK er ekki alhliða plast, UHMWPE er ekki ódýr útgáfa af PTFE og PU er ekki bara erfiðara form af NBR. Svo ef þú veist hver ríkjandi bilunarhamur er geturðu fundið efnismörkin.