Разумевање граница не-заптивних материјала од еластомера

Права граница у инжењерству заптивки је заправо граница заптивних механизама. Почетна сила заптивања еластомерних заптивки углавном зависи од еластичног опоравка након компресије, а средњи притисак ће додатно повећати контактни напон. Ако скуп компресије постане превелик и материјал изгуби еластичну меморију, заптивач ће отказати. Насупрот томе, технички полимери као што су ПТФЕ, УХМВПЕ и ПЕЕК имају фундаментално низак еластични опоравак, а ПТФЕ посебно показује значајно хладно течење или пузање. Дакле, ови материјали не функционишу тако што се „шкљоцају као гума“, већ на геометријском дизајну, преднапрезању, активирању притиска, опругама или о-опрстеновима под напоном за перформансе заптивања. Ово дефинише основну границу не-материјала за заптивање од еластомера: кључно питање није колико је материјал јак, већ какву улогу игра у систему - да ли обезбеђује еластичну компензацију, или да ли обезбеђује функције као што су ниско трење, отпорност на хабање, хемијска отпорност, отпорност на екструзију или носивост-. Први је у еластомерима, а други је разлог зашто инжењерска пластика налази свој пут у апликацијама за заптивање.

1. ПТФЕ ПТФЕ не треба сматрати само „највишом- пластиком“, већ као супстанцом која истовремено помера три важне границе: хемијску отпорност, температурну отпорност и ниско трење. АГЦ студије показују да има нормалан опсег радне температуре од око -180 степени до +260 степени и да је хемијски инертан за практично све медије. Коефицијент сувог трења клизања ПТФЕ-а на челику је око 0,10 према Паркеровим подацима, што је много ниже од УХМВПЕ (~0,25) и чистог ПЕЕК-а (~0,35). То значи да ПТФЕ ефикасно помера највишу границу перформанси заптивки на бази еластомера{11}}у условима високе температуре, јако корозивних и ниског трења у динамичким ситуацијама.

Али његови недостаци су једнако значајни. Паркер каже да девичански ПТФЕ има пуно пузања на собној температури уз константно оптерећење и да у суштини нема еластичног опоравка. Трење је веома мало, али је отпорност на хабање прилично лоша. Стога није исправно сматрати ПТФЕ високотемпературном гумом или тврдим еквивалентом еластомерних О-прстенова. Типична инжењерска грешка је спајање смањеног трења са капацитетом да се обезбеди стабилно еластично заптивање. Због тога се ПТФЕ ретко користи сам у стварним применама. Један од начина је да се промени пунило коришћењем материјала као што су стаклена влакна, угљенична влакна, графит или бронза да би се побољшала отпорност на пузање, отпорност на хабање, чврстоћу на притисак и капацитет против-екструзије. Друга метода је употреба заптивних структура под напоном као што су заптивке-са опругом или дизајни са напоном од еластомера{10}, где опруге или О-прстенови компензују ниски{12}}контакт притиска и дуготрајну{13}}деформацију.

Са инжењерске тачке гледишта, ПТФЕ треба посматрати као материјал који крши границе компатибилности медија, температуре и трења, а не као материјал који обезбеђује геометријску или еластичну компензацију. Најприкладнији је за ситуације високе температуре, агресивног излагања хемикалијама или динамичког кретања са малим трењем. Међутим, то није најбоља опција ако је главни захтев велика усклађеност са деформацијама или дуготрајни еластични опоравак.

2. УХМВ{1}}ПЕ
УХМВПЕ представља потпуно различиту границу материјала у поређењу са ПТФЕ. На пример, Енсингер ПЕ1000 има веома високу отпорност на удар, добру отпорност на хабање и хабање, моћно клизно понашање и супериорне перформансе на ниским температурама. Типични параметри су затезни модул од приближно 700 МПа, граница течења од отприлике 19 МПа и радна температура од око -260 степени до +80 степени.

То није пластика отпорна на високе температуре у својој материјалној природи, већ технички полимер отпоран на хабање и ударце. Паркер наводи да је „УХМВПЕ један од најтврђих и најотпорнијих материјала на хабање, али има ограниченију температурну и хемијску отпорност од ПТФЕ-а и погоднији је за клизне или веома споре апликације са већим коефицијентом трења од ПТФЕ-а. Треллеборгова главна понуда УХМВПЕ-а је као материјал за прстенове за вођење и хидрирање у којима се носе и хабајући прстенови у апсорбује бочна оптерећења, води клипове или шипке и елиминише контакт-на-метал.

Другим речима, УХМВПЕ је дизајниран да буде отпоран на хабање, вођење, отпорност на ниске температуре и споро клизање, а не да се такмичи са ПТФЕ-ом на високим температурама или хемијски оштрим подешавањима. УХМВПЕ се често сматра јефтином заменом за ПТФЕ, али њихове улоге су у ствари суштински различите. ПТФЕ је дизајниран за екстремну хемијску отпорност, високу температуру и ултра-ниско трење, док је УХМВПЕ дизајниран за отпорност на хабање, отпорност на удар и отпорност на ниске температуре.

3. ПЕЕК ПЕЕК је више структурални материјал у системима заптивања. Подаци Вицтрека говоре да ПЕЕК има висок температурни капацитет, велику хемијску отпорност, високу механичку чврстоћу, изузетну стабилност димензија, отпорност на хидролизу и отпорност на хабање. Типична класа 450Г, на пример, има модул затезања од отприлике 4,0 ГПа, затезну чврстоћу од око 98 МПа и сталне радне температуре до 260 степени.

ПЕЕК дефинитивно није мекани{0}}материјал за заптивање контаката, већ структурни полимер високог модула. Углавном се користи у апликацијама за заптивање као резервни-прстенови, уређаји против-ектрузије, елементи за вођење и носеће структурне компоненте. За примену у вођењу и хабању, Треллеборг класификује ПЕЕК као инжењерску пластику високог модула. ПЕЕК резервни-прстенови су посебно развијени да би се избегло истискивање О-прстенова или Кс-прстенова под високим притиском.

Предност ПЕЕК-а је у томе што проширује границе отпорности на притисак, контролу зазора, носивост и стабилност димензија. Али ПЕЕК није универзално применљив материјал за заптивање. Није идеалан за усаглашеност са великим деформацијама или апсорпцију са толеранцијом и има већи коефицијент трења од ПТФЕ. Стога се препоручује да се ПЕЕК сматра структуралним и анти-материјалом против екструзије, али не као кључним заптивним елементом.

4. ТПУ (ПУ)
Полиуретан се често назива ТПУ у апликацијама за заптивање и стандардни је материјал за хидрауличко динамичко заптивање. Паркер ТПУ је већ дуже време стандард у системима за напајање флуидом, нудећи изузетну отпорност на хабање, термичку стабилност, отпорност на хидролизу, перформансе компресијског скупа и еластични опоравак. Цовестро такође истиче његову велику отпорност на хабање, широк распон флексибилности, високу еластичност и добру отпорност на уља и одређене раствараче.

Ово ставља ТПУ у средњу позицију између еластомера и инжењерске пластике. Има одличну еластичност и значајно побољшава век хабања и механичку издржљивост, посебно за динамичке хидрауличке примене високог{1}}притиска. Али његова права снага је посебно у динамичком хидрауличном заптвању, а не у универзалној хемијској отпорности или статичким условима заптивања.

Једна од најчешћих заблуда је размишљање о ТПУ-у као о једном хомогеном материјалу, пошто његова хемијска отпорност у великој мери зависи од формулације, тврдоће, температуре, концентрације и периода излагања. Јаке киселине и алкалије ће напасти ТПУ, ароматични угљоводоници ће изазвати његово бубрење, кетони и естри ће изазвати значајно бубрење, а ДМФ, ДМСО, НМП и ТХФ су растварачи за ТПУ. Формулација такође има улогу у отпорности на температуру. Системи засновани на МДИ су обично на 100 степени док су системи засновани на ППДИ на око 135 степени. Дакле, ПУ није одређен једном константном границом, већ границама формулације зависних од система-.

5. Инжењерска граница између еластомера и инжењерске пластике
Основна баријера између инжењерске пластике и еластомера може се разумети на неколико начина. Еластомери су углавном одговорни за силу заптивања путем еластичног опоравка, док се инжењерске пластике као што су ПТФЕ, УХМВПЕ и ПЕЕК не ослањају на еластичну деформацију, већ померају границе перформанси са ниским трењем, отпорношћу на хабање, хемијском отпорношћу, отпорношћу на екструзију и стабилношћу димензија.

Њихове функционалне улоге су добро диференциране. ПТФЕ се углавном бави хемијским, температурним и ограничењима трења. УХМВПЕ се бави отпорношћу на хабање, вођењем, перформансама на ниским температурама и спором клизањем. ПЕЕК се користи за носивост, анти-екструзију и структурну стабилност високог притиска. ПУ је оптимизован за век хабања у динамичким хидрауличким условима. У пракси најбоља решења за заптивање често нису заменски, већ хибридни системи. На пример, О-прстен обезбеђује преднапрезање и почетну контактну силу, ПТФЕ навлака обезбеђује смањено трење и побољшану хемијску отпорност, а ПЕЕК или пуњени ПТФЕ бацк-прстен спречава екструзију под притиском.

Најчешћа инжењерска грешка је упоређивање материјала за различите методе заптивања. ПТФЕ није врхунска-гума, ПЕЕК није универзална пластика, УХМВПЕ није јефтин ПТФЕ, ПУ није само тврђи НБР. Једном када се препозна доминантни начин квара, материјална граница је очигледна.