Muiden kuin{0}}elastomeeritiivistysmateriaalien rajan ymmärtäminen

Tiivistystekniikan todellinen raja on käytännössä tiivistysmekanismien raja. Elastomeeristen tiivisteiden alkuperäinen tiivistysvoima riippuu enimmäkseen puristuksen jälkeisestä elastisuuden palautumisesta, ja keskipaine lisää kosketusjännitystä entisestään. Jos puristussarja tulee liian suureksi ja materiaali menettää elastisen muistinsa, tiiviste epäonnistuu. Sitä vastoin teknisillä polymeereillä, kuten PTFE:llä, UHMWPE:llä ja PEEK:lla, on perustavanlaatuisen alhainen elastinen talteenotto, ja erityisesti PTFE:llä on huomattava kylmävirtaus tai viruminen. Joten nämä materiaalit eivät toimi "napsauttamalla takaisin kuin kumia", vaan geometrisen suunnittelun, esijännityksen, paineaktivoinnin, jousien tai O--renkaan jännitteen avulla tiivistyskykyä varten. Tämä määrittelee muiden kuin -elastomeeristen tiivistysmateriaalien ydinrajan: avainkysymys ei ole materiaalin lujuus, vaan se, mikä rooli sillä on järjestelmässä -, tarjoaako se elastisen kompensaation vai tarjoaako se sellaisia ​​toimintoja, kuten alhainen kitka, kulutuskestävyys, kemiallinen kestävyys, suulakepuristuskestävyys tai kuormituksen-kestävyys. Ensimmäinen on elastomeereissä ja jälkimmäinen on syy, miksi tekniset muovit löytävät tiensä tiivistyssovelluksiin.

1. PTFE PTFE:tä ei pidä ajatella vain "korkealaatuisena muovina", vaan aineena, joka työntää samanaikaisesti kolmea tärkeää rajaa: kemiallinen kestävyys, lämpötilan kestävyys ja alhainen kitka. AGC-tutkimukset osoittavat, että sen normaali käyttölämpötila-alue on noin -180 asteesta +260 asteeseen ja se on kemiallisesti inertti käytännössä kaikille väliaineille. PTFE:n kuiva liukukitkakerroin teräksellä on Parkerin tietojen mukaan noin 0,10, mikä on paljon pienempi kuin UHMWPE (~0,25) ja virgin PEEK (~0,35). Tämä tarkoittaa, että PTFE siirtää tehokkaasti elastomeeripohjaisten{11}}tiivisteiden huippusuorituskykyä korkeissa lämpötiloissa, voimakkaasti syövyttävissä ja vähäkitkaisissa dynaamisissa tilanteissa.

Mutta sen puutteet ovat yhtä merkittäviä. Parker sanoo, että neitseellisellä PTFE:llä on paljon virumista huoneenlämmössä jatkuvalla kuormituksella, eikä sillä käytännössä ole elastista palautumista. Kitka on erittäin alhainen, mutta kulutuskestävyys melko huono. Siksi ei ole oikein pitää PTFE:tä korkean lämpötilan kumina tai elastomeeristen O--renkaiden kovana vastineena. Tyypillinen insinöörivirhe on yhdistää alentunut kitka kykyyn tarjota vakaa elastinen tiiviste. Siksi PTFE:tä käytetään harvoin yksin todellisissa sovelluksissa. Yksi tapa on vaihtaa täyteaine käyttämällä materiaaleja, kuten lasikuitua, hiilikuitua, grafiittia tai pronssia, mikä parantaa virumiskestävyyttä, kulutuskestävyyttä, puristuslujuutta ja suulakepuristuskykyä. Erilainen menetelmä on käyttää jännitteisiä tiivistysrakenteita, kuten jousi-voimalla toimivia tiivisteitä tai elastomeeri{10}}voimia, joissa jouset tai O-renkaat kompensoivat matalapainekontaktia ja pitkäaikaista{13}}muodonmuutosta.

Tekniseltä kannalta PTFE:tä tulisi pitää materiaalina, joka rikkoo väliaineiden yhteensopivuuden, lämpötilan ja kitkan rajat, eikä materiaalina, joka tarjoaa geometrisen tai elastisen kompensaation. Se sopii parhaiten korkeisiin lämpötiloihin, aggressiiviseen kemikaalialtistukseen tai dynaamiseen liikkeeseen, jossa on vähän kitkaa. Se ei kuitenkaan ole paras vaihtoehto, jos tärkein vaatimus on suuri muodonmuutosmukavuus tai pitkäaikainen elastinen palautuminen.

2. UHMW-PE
UHMWPE edustaa täysin erillistä materiaalirajaa PTFE:hen verrattuna. Esimerkiksi Ensinger PE1000:lla on erittäin korkea iskunkestävyys, hyvä kulutus- ja hankauskestävyys, voimakas liukuva kulumiskäyttäytyminen ja erinomainen suorituskyky matalissa lämpötiloissa. Tyypillisiä parametreja ovat vetomoduuli noin 700 MPa, myötöraja noin 19 MPa ja käyttölämpötila noin -260 astetta +80 astetta.

Se ei ole materiaaliluonteeltaan korkeita lämpötiloja kestävää muovia, vaan kulutusta ja iskunkestävää teknistä polymeeriä. Parker toteaa, että "UHMWPE on yksi kovimmista ja kulutuksenkestävimmistä materiaaleista, mutta sillä on rajoitetumpi lämpötilan ja kemikaalien kestävyys kuin PTFE:llä ja se soveltuu paremmin edestakaisin tai erittäin hitaasti liukuviin sovelluksiin, joissa on korkeampi kitkakerroin kuin PTFE. Trelleborgin pääasiallinen UHMWPE-tarjonta on materiaalina ohjausrenkaille, hydraulisille kuormituksille, sivurenkaille ja kulumisrenkaille. männät tai tangot ja eliminoi metallin-to-kosketuksen.

Toisin sanoen UHMWPE on suunniteltu kestämään kulutusta, ohjaamaan, kestämään alhaisia ​​lämpötiloja ja olemaan hidasta liukuvaa liikettä, ei kilpailemaan PTFE:n kanssa korkeissa lämpötiloissa tai kemiallisesti ankarissa olosuhteissa. UHMWPE:tä pidetään usein halvana korvikkeena PTFE:lle, mutta niiden roolit ovat itse asiassa täysin erilaiset. PTFE on suunniteltu äärimmäiseen kemialliseen kestävyyteen, korkeaan lämpötilaan ja ultra-alhaiseen kitkaan, kun taas UHMWPE on suunniteltu kestämään kulutusta, iskunkestävyyttä ja kestävyyttä alhaisissa lämpötiloissa.

3. PEEK PEEK on rakenteellisempi materiaali tiivistysjärjestelmissä. Victrex-tietojen mukaan PEEK:llä on korkea lämpötilankesto, laaja kemikaalien kestävyys, korkea mekaaninen lujuus, erinomainen mittastabiilius, hydrolyysin kestävyys ja kulutuskestävyys. Esimerkiksi tyypillisen 450G-laadun vetomoduuli on noin 4,0 GPa, vetolujuus noin 98 MPa ja jatkuvat käyttölämpötilat 260 asteeseen asti.

PEEK ei todellakaan ole pehmeä{0}}kontaktitiivistysmateriaali, vaan korkeamoduulirakennepolymeeri. Sitä käytetään enimmäkseen tiivistyssovelluksissa tuki-varmistusrenkaina, suulakepuristuksenestolaitteina-, ohjauselementteinä ja kantavina rakenneosina. Ohjaus- ja kulumissovelluksissa Trelleborg luokittelee PEEK:n korkeamoduulin tekniseksi muoviksi. PEEK--varmistusrenkaat on kehitetty erityisesti estämään O-- tai X--renkaiden puristaminen korkeassa paineessa.

PEEKin etuna on, että se laajentaa paineenkestävyyden, rakojen hallinnan, kantavuuden ja mittastabiilisuuden rajoja. Mutta PEEK ei ole yleiskäyttöinen tiivistemateriaali. Se ei ole ihanteellinen suuria muodonmuutoksia kestäviin tai toleranssien absorptiosovelluksia varten, ja sen kitkakerroin on suurempi kuin PTFE:llä. Siksi on suositeltavaa pitää PEEK:ia rakenne- ja suulakepuristusmateriaalina, mutta ei keskeisenä tiivistyselementtinä.

4. TPU (PU)
Polyuretaania kutsutaan usein TPU:ksi tiivistyssovelluksissa, ja se on vakiomateriaali hydraulisessa dynaamisessa tiivisteessä. Parker TPU on ollut nestevoimajärjestelmien mittapuu jo pitkään, tarjoten poikkeuksellisen kulutuksenkestävyyden, lämpöstabiilisuuden, hydrolyysin kestävyyden, puristussarjan suorituskyvyn ja elastisen palautumisen. Covestro panee merkille myös erinomaisen kulutuskestävyyden, laajan joustavuusalueen, suuren elastisuuden ja hyvän öljyjen ja tiettyjen liuottimien kestävyyden.

Tämä asettaa TPU:n keskiasentoon elastomeerien ja teknisten muovien välissä. Sillä on erinomainen elastisuus ja se parantaa huomattavasti kulumisikää ja mekaanista kestävyyttä erityisesti korkeapaineisissa dynaamisissa hydraulisovelluksissa. Mutta sen todellinen vahvuus on nimenomaan dynaaminen hydraulinen tiivistys, ei universaali kemiallinen kestävyys tai staattinen tiivistys.

Yksi yleisimmistä väärinkäsityksistä on ajatella TPU:ta yhtenä homogeenisena materiaalina, koska sen kemiallinen kestävyys riippuu suuresti koostumuksesta, kovuudesta, lämpötilasta, pitoisuudesta ja altistusajasta. Vahvat hapot ja emäkset hyökkäävät TPU:ta vastaan, aromaattiset hiilivedyt saavat sen turpoamaan, ketonit ja esterit aiheuttavat huomattavaa turvotusta, ja DMF, DMSO, NMP ja THF ovat TPU:n liuottimia. Formulaatiolla on myös rooli lämpötilan kestävyydessä. MDI-pohjaiset järjestelmät ovat normaalisti 100 asteessa, kun taas PPDI-pohjaiset järjestelmät ovat noin 135 astetta. Näin ollen PU:ta ei määritä yksi vakioraja, vaan järjestelmästä{6}}riippuvaiset formulaatiorajat.

5. Tekninen raja elastomeerien ja teknisten muovien välillä
Teknisten muovien ja elastomeerien välinen taustalla oleva este voidaan ymmärtää muutamalla tavalla. Elastomeerit ovat pääasiassa vastuussa tiivistysvoimasta elastisen palautumisen kautta, kun taas tekniset muovit, kuten PTFE, UHMWPE ja PEEK, eivät luota elastiseen muodonmuutokseen, vaan työntävät suorituskyvyn rajoja alhaisella kitkalla, kulutuskestävyydellä, kemikaalinkestävyydellä, suulakepuristuskestävyydellä ja mittastabiiliudella.

Niiden toiminnalliset roolit ovat hyvin eriytyneet. PTFE käsittelee pääasiassa kemiallisia, lämpötila- ja kitkarajoja. UHMWPE koskee kulutuskestävyyttä, ohjausta, suorituskykyä alhaisessa lämpötilassa ja hidasta liukumista. PEEK:ia käytetään kantokykyyn, suulakepuristumisenesto-ja korkeapaineiseen rakenteelliseen vakauteen. PU on optimoitu kestämään kulutusta dynaamisissa hydraulisissa olosuhteissa. Käytännössä parhaat tiivistysratkaisut eivät usein ole korvaavia, vaan hybridijärjestelmiä. Esimerkiksi O--rengas tarjoaa esijännityksen ja alkukosketusvoiman, PTFE-holkki vähentää kitkaa ja parantaa kemiallista kestävyyttä, ja PEEK- tai täytetty PTFE--vararengas estää puristamista paineen alaisena.

Yleisin tekninen virhe on materiaalien vertailu eri tiivistysmenetelmiä varten. PTFE ei ole huippuluokan-kumia, PEEK ei ole yleismuovi, UHMWPE ei ole halpa PTFE, PU ei ole vain kovempi NBR. Kun hallitseva vikatila on tunnistettu, materiaalin raja on ilmeinen.