Elastomer Olmayan{0}Sızdırmazlık Malzemelerinin Sınırını Anlamak

Sızdırmazlık mühendisliğindeki gerçek sınır aslında sızdırmazlık mekanizmalarının sınırıdır. Elastomerik contaların başlangıç ​​sızdırmazlık kuvveti çoğunlukla sıkıştırma sonrası elastik toparlanmaya bağlıdır ve orta basınç, temas gerilimini daha da artıracaktır. Sıkıştırma ayarı çok fazla olursa ve malzeme elastik hafızasını kaybederse conta arızalanır. Bunun aksine, PTFE, UHMWPE ve PEEK gibi teknik polimerler temelde düşük elastik geri kazanıma sahiptir ve özellikle PTFE önemli ölçüde soğuk akış veya sürünme gösterir. Dolayısıyla bu malzemeler "kauçuk gibi geri çekilerek" değil, geometrik tasarım, ön yükleme, basınç aktivasyonu, yaylar veya sızdırmazlık performansı için O-halka enerjilendirmesi ile çalışır. Bu, elastomer olmayan sızdırmazlık malzemelerinin çekirdek sınırını tanımlar: Anahtar soru, malzemenin ne kadar güçlü olduğu değil, sistem içinde nasıl bir rol oynadığıdır - elastik dengeleme sağlayıp sağlamadığı veya düşük sürtünme, aşınma direnci, kimyasal direnç, ekstrüzyon direnci veya yük-taşıma gibi işlevler sağlayıp sağlamadığıdır. Birincisi elastomerlerdedir ve ikincisi mühendislik plastiklerinin sızdırmazlık uygulamalarında yolunu bulmasının nedenidir.

1. PTFE PTFE yalnızca "yüksek-bir plastik" olarak değil, aynı anda üç önemli sınırı zorlayan bir madde olarak düşünülmelidir: kimyasal direnç, sıcaklık direnci ve düşük sürtünme. AGC çalışmaları, bunun yaklaşık -180 derece ila +260 derece arasında normal bir servis sıcaklığı aralığına sahip olduğunu ve neredeyse tüm ortamlara karşı kimyasal olarak etkisiz olduğunu göstermektedir. Parker verilerine göre PTFE'nin çelik üzerindeki kuru kayma sürtünme katsayısı yaklaşık 0,10'dur; bu, UHMWPE (~0,25) ve işlenmemiş PEEK'ten (~0,35) çok daha düşüktür. Bu, PTFE'nin yüksek sıcaklık, ciddi derecede korozif ve düşük sürtünmeli dinamik durumlarda elastomerik{11}}tabanlı contaların en üst performans sınırını etkili bir şekilde aştığı anlamına gelir.

Ancak eksiklikleri de bir o kadar önemli. Parker, işlenmemiş PTFE'nin sabit yükte oda sıcaklığında çok fazla sünme gösterdiğini ve aslında elastik bir toparlanmanın olmadığını söylüyor. Sürtünme çok düşüktür ancak aşınma direnci oldukça zayıftır. Bu nedenle PTFE'yi yüksek sıcaklığa dayanıklı bir kauçuk veya elastomerik O-halkaların sert bir eşdeğeri olarak düşünmek doğru değildir. Tipik bir mühendislik hatası, azaltılmış sürtünmeyi stabil bir elastik sızdırmazlık sağlama kapasitesiyle birleştirmektir. Bu nedenle PTFE gerçek uygulamalarda nadiren tek başına kullanılır. Bunun bir yolu, sürünme direncini, aşınma direncini, basınç dayanımını ve -ekstrüzyona karşı koruma kapasitesini artırmak için cam elyafı, karbon elyafı, grafit veya bronz gibi malzemeler kullanarak dolgu maddesini değiştirmektir. Farklı bir yöntem ise yaylı-enerjili contalar veya elastomer-enerjili tasarımlar gibi enerjili sızdırmazlık yapılarının kullanılmasıdır; burada yaylar veya O-halkalar düşük-basınçlı teması ve uzun süreli deformasyonu telafi eder.

Mühendislik açısından bakıldığında PTFE, geometrik veya elastik dengeleme sağlayan bir malzeme olarak değil, ortam uyumluluğu, sıcaklık ve sürtünme sınırlarını aşan bir malzeme olarak değerlendirilmelidir. Yüksek sıcaklık, agresif kimyasallara maruz kalma veya az sürtünmeli dinamik hareket durumlarına en uygunudur. Ancak, eğer ana gereksinim büyük deformasyon uyumu veya uzun süreli elastik toparlanma ise bu en iyi seçenek değildir.

2. UHMW-PE
UHMWPE, PTFE'ye kıyasla tamamen farklı bir malzeme sınırını temsil eder. Örneğin Ensinger PE1000 çok yüksek darbe dayanıklılığına, iyi aşınma ve aşınma direncine, güçlü kayma aşınma davranışına ve üstün düşük sıcaklık performansına sahiptir. Tipik parametreler, yaklaşık 700 MPa'lık bir gerilme modülü, kabaca 19 MPa'lık bir akma mukavemeti ve yaklaşık -260 derece ile +80 derece arası bir servis sıcaklığıdır.

Malzeme yapısı gereği yüksek ısıya dayanıklı bir plastik değil, aşınmaya dayanıklı ve darbelere dayanıklı bir teknik polimerdir. Parker şunu belirtmektedir: "UHMWPE, en sert ve aşınmaya en dayanıklı malzemelerden biridir, ancak PTFE'den daha sınırlı sıcaklık ve kimyasal dirence sahiptir ve PTFE'den daha yüksek sürtünme katsayısıyla ileri geri hareket eden veya çok yavaş kayma uygulamalarına daha uygundur. Trelleborg'un başlıca UHMWPE teklifi, yan yükleri emdiği, pistonları veya çubukları yönlendirdiği ve metali- metale- ortadan kaldırdığı hidrolik silindirlerdeki kılavuz halkaları ve aşınma halkaları için bir malzemedir. iletişime geçin.

Başka bir deyişle UHMWPE, yüksek sıcaklık veya kimyasal olarak sert ortamlarda PTFE ile rekabet etmeyecek şekilde aşınmaya dayanıklı, kılavuzluk, düşük sıcaklıkta dayanıklılık ve yavaş kayma hareketi sağlayacak şekilde tasarlanmıştır. UHMWPE'nin genellikle PTFE'nin ucuz bir alternatifi olduğu düşünülür, ancak aslında rolleri temelde farklıdır. PTFE kimyasallara karşı aşırı direnç, yüksek sıcaklık ve ultra-düşük sürtünme için tasarlanmıştır; UHMWPE ise aşınma direnci, darbe direnci ve düşük sıcaklıkta dayanıklılık için tasarlanmıştır.

3. PEEK PEEK sızdırmazlık sistemlerinde daha yapısal bir malzemedir. Victrex verileri, PEEK'in yüksek sıcaklık kapasitesine, kapsamlı kimyasal dirence, yüksek mekanik dayanıma, olağanüstü boyutsal kararlılığa, hidroliz direncine ve aşınma direncine sahip olduğunu söylüyor. Örneğin tipik 450G kalitesi yaklaşık 4,0 GPa'lık bir çekme modülüne, yaklaşık 98 MPa'lık bir çekme mukavemetine ve 260 dereceye kadar sürekli servis sıcaklıklarına sahiptir.

PEEK kesinlikle yumuşak-temaslı bir sızdırmazlık malzemesi değil, yüksek modüllü bir yapısal polimerdir. Çoğunlukla sızdırmazlık uygulamalarında destek halkaları,-ekstrüzyona karşı cihazlar, kılavuz elemanlar ve yük taşıyan yapısal bileşenler olarak kullanılır. Kılavuzluk ve aşınma uygulamaları için Trelleborg, PEEK'i yüksek modüllü mühendislik plastiği olarak sınıflandırır. PEEK yedek-halkaları, O-halkaların veya X-halkaların yüksek basınç altında çıkmasını önlemek için özel olarak geliştirilmiştir.

PEEK'in avantajı basınç dayanımı, boşluk kontrolü, yük taşıma kapasitesi ve boyut stabilitesi sınırlarını genişletmesidir. Ancak PEEK evrensel olarak uygulanabilir bir sızdırmazlık malzemesi değildir. Büyük deformasyon uyumu veya tolerans emme uygulamaları için ideal değildir ve PTFE'den daha yüksek bir sürtünme katsayısına sahiptir. Bu nedenle PEEK'in yapısal ve anti-ekstrüzyon malzemesi olarak değerlendirilmesi önerilir, ancak önemli bir sızdırmazlık elemanı olarak düşünülmemelidir.

4.TPU (PU)
Poliüretan, sızdırmazlık uygulamalarında sıklıkla TPU olarak anılır ve hidrolik dinamik sızdırmazlıkta standart bir malzemedir. Parker TPU, olağanüstü aşınma direnci, termal kararlılık, hidroliz direnci, sıkıştırma seti performansı ve elastik geri kazanım sunarak uzun süredir akışkan güç sistemlerinde referans olmuştur. Covestro ayrıca aşınmaya karşı mükemmel direncine, geniş esneklik aralığına, yüksek elastikiyetine ve yağlara ve bazı solventlere karşı iyi direncine dikkat çekiyor.

Bu, TPU'yu elastomerler ve mühendislik plastikleri arasında orta konuma yerleştirir. Mükemmel esnekliğe sahiptir ve özellikle yüksek-basınçlı dinamik hidrolik uygulamalar için aşınma ömrünü ve mekanik dayanıklılığı büyük ölçüde artırır. Ancak gerçek gücü, evrensel kimyasal direnç veya statik sızdırmazlık koşullarında değil, özellikle dinamik hidrolik sızdırmazlıktadır.

En yaygın yanılgılardan biri, TPU'yu tek bir homojen malzeme olarak düşünmektir; çünkü kimyasal direnci büyük ölçüde formülasyona, sertliğe, sıcaklığa, konsantrasyona ve maruz kalma süresine bağlıdır. Güçlü asitler ve alkaliler TPU'ya saldırır, aromatik hidrokarbonlar şişmesine neden olur, ketonlar ve esterler önemli ölçüde şişmeye neden olur ve DMF, DMSO, NMP ve THF TPU için çözücülerdir. Formülasyonun aynı zamanda sıcaklık direncinde de rolü vardır. MDI tabanlı sistemler normalde 100 derece iken PPDI tabanlı sistemler 135 derece civarındadır. Dolayısıyla PU tek bir sabit sınırla değil, sisteme-bağlı formülasyon sınırlarıyla belirlenir.

5. Elastomerler ve mühendislik plastikleri arasındaki mühendislik sınırı
Mühendislik plastikleri ile elastomerler arasındaki temel bariyer birkaç şekilde anlaşılabilir. Elastomerler esas olarak elastik geri kazanım yoluyla sızdırmazlık kuvvetinden sorumludur; PTFE, UHMWPE ve PEEK gibi mühendislik plastikleri ise elastik deformasyona dayanmaz, ancak düşük sürtünme, aşınma direnci, kimyasal direnç, ekstrüzyon direnci ve boyutsal stabilite ile performans sınırlarını zorlar.

Fonksiyonel rolleri oldukça farklılaşmıştır. PTFE temel olarak kimyasal, sıcaklık ve sürtünme limitleriyle ilgilenir. UHMWPE aşınma direnci, kılavuzluk, düşük sıcaklık performansı ve yavaş kayma ile ilgilidir. PEEK yük taşıma,-ekstrüzyon önleme ve yüksek basınçlı yapısal stabilite için kullanılır. PU, dinamik hidrolik koşullar altında aşınma ömrü için optimize edilmiştir. Uygulamada en iyi sızdırmazlık çözümleri çoğunlukla yedek sistemler değil hibrit sistemlerdir. Örneğin, bir O-halkası ön yükleme ve ilk temas kuvvetini sağlar, bir PTFE manşon azaltılmış sürtünme ve geliştirilmiş kimyasal direnç sağlar ve bir PEEK veya doldurulmuş PTFE-yedek halkası basınç altında ekstrüzyonu engeller.

En yaygın mühendislik hatası, farklı sızdırmazlık yöntemleri için malzemeleri karşılaştırmaktır. PTFE üst düzey bir kauçuk- değildir, PEEK evrensel bir plastik değildir, UHMWPE ucuz bir PTFE değildir, PU yalnızca daha sert bir NBR değildir. Baskın hasar modu fark edildiğinde malzeme sınırı belirginleşir.