Forstå grensen for ikke-elastomerforseglingsmaterialer

Den virkelige grensen innen tetningsteknikk er faktisk grensen for tetningsmekanismer. Den initiale tetningskraften til elastomere tetninger er for det meste avhengig av den elastiske gjenvinningen etter kompresjon, og middeltrykket vil øke kontaktspenningen ytterligere. Hvis kompresjonssettet blir for stort og materialet mister sin elastiske hukommelse, vil forseglingen svikte. Derimot har tekniske polymerer som PTFE, UHMWPE og PEEK fundamentalt lav elastisk gjenvinning og spesielt PTFE viser betydelig kaldflyt eller krypning. Så disse materialene fungerer ikke ved å "klikke tilbake som gummi", men på geometrisk design, forspenning, trykkaktivering, fjærer eller O--ringenergi for tetningsytelse. Dette definerer kjernegrensen til ikke--elastomerte tetningsmaterialer: Nøkkelspørsmålet er ikke hvor sterkt materialet er, men hvilken rolle det spiller i systemet - om det gir elastisk kompensasjon, eller om det gir funksjoner som lav friksjon, slitestyrke, kjemisk motstand, ekstruderingsmotstand eller belastning-. Førstnevnte er i elastomerer og sistnevnte er grunnen til at ingeniørplast finner veien inn i tetningsapplikasjoner.

1. PTFE PTFE bør ikke betraktes som bare en "high-plast", men som et stoff som samtidig flytter tre viktige grenser: kjemisk motstand, temperaturbestandighet og lav friksjon. AGC-studier viser at den har et normalt driftstemperaturområde på rundt -180 grader til +260 grader og er kjemisk inert mot praktisk talt alle medier. Tørrglidefriksjonskoeffisienten til PTFE på stål er omtrent 0,10 i henhold til Parker-data, som er mye lavere enn UHMWPE (~0,25) og virgin PEEK (~0,35). Dette betyr at PTFE effektivt flytter toppytelsesgrensen for elastomere-baserte tetninger i høye temperaturer, sterkt korrosive og dynamiske situasjoner med lav friksjon.

Men dens mangler er like betydelige. Parker sier virgin PTFE har mye kryp ved romtemperatur med konstant belastning og har i hovedsak ingen elastisk gjenoppretting. Friksjonen er svært lav, men slitestyrken er ganske dårlig. Det er derfor ikke riktig å betrakte PTFE som høytemperaturgummi eller som en hard ekvivalent av elastomere O-ringer. En typisk teknisk feil er å blande redusert friksjon med kapasiteten til å gi en stabil elastisk tetning. Derfor brukes PTFE sjelden alene i virkelige applikasjoner. En måte er å skifte fyllstoff ved å bruke materialer som glassfiber, karbonfiber, grafitt eller bronse for å forbedre krypemotstanden, slitestyrken, trykkstyrken og anti-ekstruderingsevnen. En annen metode er bruk av energiserte tetningsstrukturer som fjær-energiserte tetninger eller elastomer-energiserte design, der fjærer eller O-ringer kompenserer for lav-trykkkontakt og lang-deformasjon.

Fra et ingeniørmessig synspunkt bør PTFE betraktes som et materiale som bryter grensene for mediekompatibilitet, temperatur og friksjon, og ikke som et materiale som gir geometrisk eller elastisk kompensasjon. Den er best egnet for situasjoner med høy temperatur, aggressiv kjemisk eksponering eller dynamisk bevegelse med liten friksjon. Det er imidlertid ikke det beste alternativet hvis hovedkravet er stor deformasjonsoverholdelse eller langsiktig elastisk utvinning.

2. UHMW-PE
UHMWPE representerer en helt distinkt materialgrense sammenlignet med PTFE. For eksempel har Ensinger PE1000 en svært høy slagfasthet, god slitestyrke og slitestyrke, kraftig glidende slitasjeoppførsel og overlegen lavtemperaturytelse. Typiske parametere er en strekkmodul på omtrent 700 MPa, en flytegrense på omtrent 19 MPa og en driftstemperatur på rundt -260 grader til +80 grader .

Det er ikke en høytemperaturbestandig plast i sin materielle natur, men en slitesterk og slagfast teknisk polymer. Parker uttaler at "UHMWPE er et av de tøffeste og mest slitesterke materialene, men har en mer begrenset temperatur- og kjemisk motstand enn PTFE og er mer egnet for frem- og tilbakegående eller svært sakte glidende applikasjoner med en høyere friksjonskoeffisient enn PTFE. Trelleborgs viktigste UHMWPE-tilbud er som et materiale for føringsringer og slitesteringer i hydrauliske sylinderringer, der den absorberer hydrauliske sylinderringer, eller slitasjeringer. stenger og eliminerer metall-til-metallkontakt.

Med andre ord, UHMWPE er designet for å være slitesterk, veiledning, seighet ved lav temperatur og langsom glidende bevegelse, for ikke å konkurrere med PTFE i høye temperaturer eller kjemisk tøffe omgivelser. UHMWPE er ofte tenkt på som en billig erstatning for PTFE, men deres roller er faktisk fundamentalt forskjellige. PTFE er designet for ekstrem kjemisk motstand, høy temperatur og ultra-lav friksjon, mens UHMWPE er designet for slitestyrke, slagfasthet og seighet ved lav temperatur.

3. PEEK PEEK er et mer strukturelt materiale i tetningssystemer. Victrex-data sier at PEEK har høy temperaturkapasitet, omfattende kjemisk motstand, høy mekanisk styrke, enestående dimensjonsstabilitet, hydrolysemotstand og slitestyrke. Den typiske 450G-klassen, for eksempel, har en strekkmodul på omtrent 4,0 GPa, en strekkstyrke på omtrent 98 MPa og kontinuerlige driftstemperaturer opp til 260 grader.

PEEK er definitivt ikke et mykt-kontaktforseglingsmateriale, men en strukturell polymer med høy modul. Den brukes for det meste i forseglingsapplikasjoner som-støtteringer, anti-ekstruderingsenheter, styreelementer og bærende strukturelle komponenter. For veiledning og slitasjeapplikasjoner klassifiserer Trelleborg PEEK som en ingeniørplast med høy modul. PEEK-støtte-ringer er spesielt utviklet for å unngå ekstrudering av O-ringer eller X-ringer under høyt trykk.

Fordelen med PEEK er at den utvider grensene for trykkmotstand, spaltekontroll, bæreevne og dimensjonsstabilitet. Men PEEK er ikke et universelt anvendbart tetningsmateriale. Den er ikke ideell for store deformasjonsoverholdelse eller toleranseabsorpsjonsapplikasjoner og har en større friksjonskoeffisient enn PTFE. Det anbefales derfor å vurdere PEEK som et strukturelt og anti-ekstruderingsmateriale, men ikke som et sentralt tetningselement.

4. TPU (PU)
Polyuretan omtales ofte som TPU i tetningsapplikasjoner og er et standardmateriale i hydraulisk dynamisk tetting. Parker TPU har vært målestokken i væskekraftsystemer i lang tid, og tilbyr eksepsjonell slitestyrke, termisk stabilitet, hydrolysemotstand, kompresjonssettytelse og elastisk gjenvinning. Covestro bemerker også sin store slitestyrke, brede fleksibilitetsområde, høye elastisitet og gode motstand mot oljer og visse løsemidler.

Dette setter TPU i en midtposisjon mellom elastomerer og ingeniørplast. Den har utmerket elastisitet og forbedrer slitetiden og den mekaniske holdbarheten betraktelig, spesielt for dynamiske hydrauliske applikasjoner med høyt-trykk. Men dens virkelige styrke er spesifikt i dynamisk hydraulisk tetning, ikke i universell kjemisk motstand eller statiske tetningsforhold.

En av de vanligste misforståelsene er å tenke på en TPU som et enkelt homogent materiale, siden dets kjemiske motstand er svært avhengig av formuleringen, hardheten, temperaturen, konsentrasjonen og eksponeringsperioden. Sterke syrer og alkalier vil angripe TPU, aromatiske hydrokarboner vil få det til å svelle, ketoner og estere vil forårsake betydelig svelling, og DMF, DMSO, NMP og THF er løsemidler for TPU. Formuleringen har også en rolle i temperaturbestandighet. MDI-baserte systemer er normalt på 100 grader mens PPDI-baserte systemer er på rundt 135 grader. Derfor er PU ikke bestemt av én konstant grense, men av systemavhengige formuleringsgrenser.

5. Teknisk grense mellom elastomerer og ingeniørplast
Den underliggende barrieren mellom ingeniørplast og elastomerer kan forstås på noen få måter. Elastomerer er hovedsakelig ansvarlige for tetningskraften via elastisk gjenvinning, mens ingeniørplast som PTFE, UHMWPE og PEEK ikke er avhengig av elastisk deformasjon, men presser ytelsesgrensene med lav friksjon, slitestyrke, kjemisk motstand, ekstruderingsmotstand og dimensjonsstabilitet.

Deres funksjonelle roller er godt differensiert. PTFE omhandler hovedsakelig kjemiske, temperatur- og friksjonsgrenser. UHMWPE er opptatt av slitestyrke, veiledning, lavtemperaturytelse og langsom glidning. PEEK brukes til lastbæring, anti-ekstrudering og høytrykks strukturell stabilitet. PU er optimert for slitelevetid under dynamiske hydrauliske forhold. I praksis er de beste tetningsløsningene ofte ikke erstatning, men hybridsystemer. For eksempel gir en O--ring forhåndsbelastning og innledende kontaktkraft, en PTFE-hylse gir redusert friksjon og forbedret kjemisk motstand, og en PEEK- eller fylt PTFE-back-ring hemmer ekstrudering under trykk.

Den vanligste tekniske feilen er å sammenligne materialer for forskjellige tetningsmetoder. PTFE er ikke en høy-gummi, PEEK er ikke en universell plast, UHMWPE er ikke en billig PTFE, PU er ikke bare en hardere NBR. Når den dominerende feilmodusen er gjenkjent, er den materielle grensen tydelig.