Κατανόηση των ορίων των μη-Ελαστομερών υλικών σφράγισης

Το πραγματικό περίγραμμα στη μηχανική στεγανοποίησης είναι στην πραγματικότητα το όριο των μηχανισμών σφράγισης. Η αρχική δύναμη στεγανοποίησης των ελαστομερών σφραγίδων εξαρτάται κυρίως από την ελαστική ανάκτηση μετά τη συμπίεση και η μέση πίεση θα αυξήσει περαιτέρω την τάση επαφής. Εάν το σετ συμπίεσης γίνει πολύ μεγάλο και το υλικό χάσει την ελαστική του μνήμη, η σφράγιση θα αποτύχει. Αντίθετα, τα τεχνικά πολυμερή όπως το PTFE, το UHMWPE και το PEEK έχουν θεμελιωδώς χαμηλή ελαστική ανάκτηση και το PTFE ιδιαίτερα παρουσιάζει σημαντική ψυχρή ροή ή ερπυσμό. Επομένως, αυτά τα υλικά δεν λειτουργούν με το "κουμπώνοντας πίσω σαν καουτσούκ", αλλά με γεωμετρικό σχεδιασμό, προφόρτιση, ενεργοποίηση πίεσης, ελατήρια ή ενεργοποίηση δακτυλίου Ο-για απόδοση στεγανοποίησης. Αυτό καθορίζει το όριο του πυρήνα των μη-ελαστομερών υλικών στεγανοποίησης: το βασικό ερώτημα δεν είναι πόσο ισχυρό είναι το υλικό, αλλά τι ρόλο παίζει στο σύστημα - εάν παρέχει ελαστική αντιστάθμιση ή εάν παρέχει λειτουργίες όπως χαμηλή τριβή, αντοχή στη φθορά, χημική αντίσταση, αντίσταση εξώθησης ή αντοχή{8}}. Το πρώτο είναι στα ελαστομερή και το δεύτερο είναι ο λόγος που τα πλαστικά μηχανικής βρίσκουν τον δρόμο τους σε εφαρμογές στεγανοποίησης.

1. PTFE Το PTFE δεν θα πρέπει να θεωρείται απλώς ως "πλαστικό-υψηλής ποιότητας", αλλά ως ουσία που ωθεί ταυτόχρονα τρία σημαντικά όρια: χημική αντίσταση, αντοχή στη θερμοκρασία και χαμηλή τριβή. Οι μελέτες AGC δείχνουν ότι έχει ένα κανονικό εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας από -180 βαθμούς έως +260 βαθμούς και είναι χημικά αδρανές σε σχεδόν όλα τα μέσα. Ο συντελεστής τριβής ξηρής ολίσθησης του PTFE στον χάλυβα είναι περίπου 0,10 σύμφωνα με τα δεδομένα του Parker, ο οποίος είναι πολύ χαμηλότερος από το UHMWPE (~0,25) και το παρθένο PEEK (~0,35). Αυτό σημαίνει ότι το PTFE μετακινεί αποτελεσματικά τα όρια κορυφαίας απόδοσης των στεγανοποιήσεων{11}}με βάση ελαστομερή σε υψηλές θερμοκρασίες, έντονα διαβρωτικές και δυναμικές καταστάσεις χαμηλής τριβής.

Όμως οι ελλείψεις του είναι εξίσου σημαντικές. Ο Parker λέει ότι το παρθένο PTFE έχει πολύ ερπυσμό σε θερμοκρασία δωματίου με σταθερό φορτίο και ουσιαστικά δεν έχει ελαστική ανάκτηση. Η τριβή είναι πολύ χαμηλή, αλλά η αντίσταση στη φθορά είναι μάλλον χαμηλή. Επομένως, δεν είναι σωστό να θεωρούμε το PTFE ως ελαστικό υψηλής θερμοκρασίας ή ως σκληρό ισοδύναμο ελαστομερών δακτυλίων Ο-. Ένα τυπικό μηχανικό λάθος είναι να συγχέουμε τη μειωμένη τριβή με την ικανότητα παροχής σταθερής ελαστικής σφράγισης. Επομένως, το PTFE σπάνια χρησιμοποιείται μόνο του σε πραγματικές εφαρμογές. Ένας τρόπος είναι να αλλάξετε το υλικό πλήρωσης χρησιμοποιώντας υλικά όπως ίνες γυαλιού, ανθρακονήματα, γραφίτη ή μπρούτζο για να ενισχύσετε την αντίσταση ερπυσμού, την αντοχή στη φθορά, την αντοχή στη θλίψη και την ικανότητα κατά της εξώθησης-. Μια διαφορετική μέθοδος είναι η χρήση ενεργοποιημένων δομών στεγανοποίησης, όπως ελατηριωτές στεγανοποιήσεις ή σχέδια με ελαστικό

Από μηχανικής άποψης, το PTFE θα πρέπει να θεωρείται ως υλικό που υπερβαίνει τα όρια συμβατότητας μέσων, θερμοκρασίας και τριβής και όχι ως υλικό που παρέχει γεωμετρική ή ελαστική αντιστάθμιση. Ταιριάζει καλύτερα σε καταστάσεις υψηλής θερμοκρασίας, επιθετικής χημικής έκθεσης ή δυναμικής κίνησης με μικρή τριβή. Ωστόσο, δεν είναι η καλύτερη επιλογή εάν η κύρια απαίτηση είναι η συμμόρφωση με μεγάλες παραμορφώσεις ή η μακροπρόθεσμη ελαστική ανάκτηση.

2. UHMW-PE
Το UHMWPE αντιπροσωπεύει ένα εντελώς ξεχωριστό όριο υλικού σε σύγκριση με το PTFE. Για παράδειγμα, το Ensinger PE1000 έχει πολύ υψηλή αντοχή σε κρούση, καλή αντοχή στη φθορά και τριβή, ισχυρή συμπεριφορά ολίσθησης στη φθορά και εξαιρετική απόδοση σε χαμηλή θερμοκρασία. Τυπικές παράμετροι είναι ένας συντελεστής εφελκυσμού περίπου 700 MPa, μια ισχύς διαρροής περίπου 19 MPa και μια θερμοκρασία λειτουργίας από -260 έως +80 βαθμούς περίπου.

Δεν είναι πλαστικό ανθεκτικό σε υψηλές θερμοκρασίες στην υλική του φύση, αλλά ανθεκτικό στη φθορά και ανθεκτικό στην κρούση τεχνικό πολυμερές. Ο Parker δηλώνει ότι "Το UHMWPE είναι ένα από τα πιο σκληρά και ανθεκτικά στη φθορά υλικά, αλλά έχει πιο περιορισμένη θερμοκρασία και χημική αντοχή από το PTFE και είναι πιο κατάλληλο για παλινδρομικές ή πολύ αργές εφαρμογές ολίσθησης με υψηλότερο συντελεστή τριβής από το PTFE. Η κύρια προσφορά UHMWPE της Trelleborg είναι ως οδηγός φθοράς. απορροφά πλευρικά φορτία, καθοδηγεί έμβολα ή ράβδους και εξαλείφει την επαφή-μετάλλου-.

Με άλλα λόγια, το UHMWPE έχει σχεδιαστεί για να είναι ανθεκτικό στη φθορά, καθοδήγηση, ανθεκτικότητα σε χαμηλή θερμοκρασία και αργή κίνηση ολίσθησης, ώστε να μην ανταγωνίζεται το PTFE σε υψηλές θερμοκρασίες ή χημικά σκληρές ρυθμίσεις. Το UHMWPE θεωρείται συχνά ως φθηνό υποκατάστατο του PTFE, αλλά οι ρόλοι τους είναι στην πραγματικότητα θεμελιωδώς διαφορετικοί. Το PTFE είναι σχεδιασμένο για εξαιρετική χημική αντοχή, υψηλή θερμοκρασία και εξαιρετικά-χαμηλή τριβή, ενώ το UHMWPE έχει σχεδιαστεί για αντοχή στη φθορά, αντοχή στην κρούση και ανθεκτικότητα σε χαμηλή θερμοκρασία.

3. Το PEEK PEEK είναι ένα πιο δομικό υλικό στα συστήματα στεγανοποίησης. Τα δεδομένα της Victrex λένε ότι το PEEK έχει ικανότητα υψηλής θερμοκρασίας, εκτεταμένη χημική αντοχή, υψηλή μηχανική αντοχή, εξαιρετική σταθερότητα διαστάσεων, αντοχή στην υδρόλυση και αντοχή στη φθορά. Ο τυπικός βαθμός 450G, για παράδειγμα, έχει συντελεστή εφελκυσμού περίπου 4,0 GPa, αντοχή εφελκυσμού περίπου 98 MPa και θερμοκρασίες συνεχούς λειτουργίας έως 260 μοίρες.

Το PEEK σίγουρα δεν είναι ένα μαλακό υλικό στεγανοποίησης-επαφής, αλλά ένα δομικό πολυμερές υψηλού συντελεστή. Χρησιμοποιείται ως επί το πλείστον σε εφαρμογές σφράγισης ως δακτύλιοι υποστήριξης, αντι-διατάξεις διέλασης, στοιχεία οδήγησης και φέροντα δομικά στοιχεία. Για εφαρμογές καθοδήγησης και φθοράς, η Trelleborg ταξινομεί το PEEK ως πλαστικό μηχανικής υψηλού συντελεστή. Οι δακτύλιοι PEEK back-επάνω έχουν αναπτυχθεί ειδικά για να αποφεύγεται η εξώθηση των δακτυλίων Ο- ή των δακτυλίων Χ- υπό υψηλή πίεση.

Το πλεονέκτημα του PEEK είναι ότι επεκτείνει τα όρια αντίστασης πίεσης, ελέγχου διάκενου, ικανότητας μεταφοράς φορτίου και σταθερότητας διαστάσεων. Αλλά το PEEK δεν είναι ένα καθολικής εφαρμογής στεγανοποιητικό υλικό. Δεν είναι ιδανικό για εφαρμογές συμμόρφωσης με μεγάλες παραμορφώσεις ή απορρόφησης ανοχής και έχει μεγαλύτερο συντελεστή τριβής από το PTFE. Επομένως, συνιστάται να θεωρείται το PEEK ως δομικό και αντι{3}}υλικό διέλασης αλλά όχι ως βασικό στοιχείο στεγανοποίησης.

4. TPU (PU)
Η πολυουρεθάνη αναφέρεται συχνά ως TPU σε εφαρμογές στεγανοποίησης και είναι ένα τυπικό υλικό στην υδραυλική δυναμική σφράγιση. Το Parker TPU είναι το σημείο αναφοράς στα συστήματα ισχύος υγρών για μεγάλο χρονικό διάστημα, προσφέροντας εξαιρετική αντοχή στη φθορά, θερμική σταθερότητα, αντοχή στην υδρόλυση, απόδοση σετ συμπίεσης και ελαστική ανάκτηση. Το Covestro σημειώνει επίσης τη μεγάλη αντοχή στην τριβή, το ευρύ φάσμα ευκαμψίας, την υψηλή ελαστικότητα και την καλή αντοχή σε λάδια και ορισμένους διαλύτες.

Αυτό τοποθετεί την TPU σε μεσαία θέση μεταξύ ελαστομερών και πλαστικών μηχανικής. Έχει εξαιρετική ελαστικότητα και βελτιώνει σημαντικά τη διάρκεια της φθοράς και τη μηχανική αντοχή, ειδικά για δυναμικές υδραυλικές εφαρμογές υψηλής{1}πίεσης. Αλλά η πραγματική του αντοχή είναι ειδικά στη δυναμική υδραυλική σφράγιση, όχι σε καθολική χημική αντίσταση ή στατικές συνθήκες σφράγισης.

Μία από τις πιο κοινές παρερμηνείες είναι να σκεφτόμαστε ένα TPU ως ένα ενιαίο ομοιογενές υλικό, καθώς η χημική του αντοχή εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη σύνθεση, τη σκληρότητα, τη θερμοκρασία, τη συγκέντρωση και την περίοδο έκθεσης. Τα ισχυρά οξέα και τα αλκάλια θα επιτεθούν στην TPU, οι αρωματικοί υδρογονάνθρακες θα την προκαλέσουν διόγκωση, οι κετόνες και οι εστέρες θα προκαλέσουν σημαντική διόγκωση και το DMF, το DMSO, το NMP και το THF είναι διαλύτες για το TPU. Η σύνθεση έχει επίσης ρόλο στην αντοχή στη θερμοκρασία. Τα συστήματα που βασίζονται σε MDI είναι συνήθως σε 100 μοίρες ενώ τα συστήματα που βασίζονται σε PPDI είναι περίπου 135 μοίρες. Ως εκ τούτου, η PU δεν καθορίζεται από ένα σταθερό όριο, αλλά από τα εξαρτώμενα{{6} όρια τυποποίησης του συστήματος.

5. Τεχνικό όριο μεταξύ ελαστομερών και πλαστικών μηχανικής
Το υποκείμενο εμπόδιο μεταξύ πλαστικών μηχανικής και ελαστομερών μπορεί να γίνει κατανοητό με μερικούς τρόπους. Τα ελαστομερή είναι κυρίως υπεύθυνα για τη δύναμη στεγανοποίησης μέσω ελαστικής ανάκτησης, ενώ τα πλαστικά μηχανικής όπως τα PTFE, UHMWPE και PEEK δεν βασίζονται στην ελαστική παραμόρφωση, αλλά ωθούν τα όρια απόδοσης με χαμηλή τριβή, αντοχή στη φθορά, χημική αντίσταση, αντίσταση εξώθησης και σταθερότητα διαστάσεων.

Οι λειτουργικοί τους ρόλοι είναι καλά διαφοροποιημένοι. Το PTFE ασχολείται κυρίως με χημικά, όρια θερμοκρασίας και τριβής. Το UHMWPE ασχολείται με την αντοχή στη φθορά, την καθοδήγηση, την απόδοση σε χαμηλή θερμοκρασία και την αργή ολίσθηση. Το PEEK χρησιμοποιείται για αντοχή φορτίου, αντι-διέλαση και δομική σταθερότητα υψηλής πίεσης. Το PU είναι βελτιστοποιημένο για διάρκεια ζωής υπό δυναμικές υδραυλικές συνθήκες. Στην πράξη, οι καλύτερες λύσεις στεγανοποίησης συχνά δεν είναι ανταλλακτικά αλλά υβριδικά συστήματα. Για παράδειγμα, ένας δακτύλιος O- παρέχει προφόρτιση και αρχική δύναμη επαφής, ένα χιτώνιο PTFE παρέχει μειωμένη τριβή και βελτιωμένη χημική αντίσταση και ένας δακτύλιος PEEK ή γεμάτος PTFE-επάνω αναστέλλει την εξώθηση υπό πίεση.

Το πιο συνηθισμένο λάθος μηχανικής είναι η σύγκριση υλικών για διαφορετικές μεθόδους στεγανοποίησης. Το PTFE δεν είναι λάστιχο υψηλής ποιότητας, το PEEK δεν είναι πλαστικό γενικής χρήσης, το UHMWPE δεν είναι φθηνό PTFE, το PU δεν είναι απλώς ένα πιο σκληρό NBR. Μόλις αναγνωριστεί ο κυρίαρχος τρόπος αστοχίας, το όριο υλικού είναι εμφανές.