Výběr materiálu pro těsnění je důležitý, protože bude hrát roli při určování kvality, životnosti a výkonu aplikace a snižování problémů v budoucnu. Zde se podíváme na to, jak prostředí ovlivní výběr materiálu těsnění, a také na některé z nejběžnějších materiálů a pro které aplikace jsou nejvhodnější.
Faktory prostředí
Pro výběr konstrukce a materiálu je klíčové prostředí, kterému bude těsnění vystaveno. Existuje řada klíčových vlastností, které těsnicí materiály potřebují pro všechna prostředí, včetně vytvoření stabilní těsnicí plochy, která je schopna vést teplo, je chemicky odolná a má dobrou odolnost proti opotřebení.
V některých prostředích budou muset být tyto vlastnosti pevnější než v jiných. Mezi další vlastnosti materiálu, které je třeba vzít v úvahu při posuzování prostředí, patří tvrdost, tuhost, tepelná roztažnost, odolnost proti opotřebení a chemická odolnost. Jejich zohlednění vám pomůže najít ideální materiál pro vaše těsnění.
Prostředí může také určovat, zda lze upřednostnit cenu nebo kvalitu těsnění. V abrazivním a drsném prostředí mohou být těsnění dražší, protože materiály musí být dostatečně pevné, aby těmto podmínkám odolaly.
V takových prostředích se investice do vysoce kvalitního těsnění časem vyplatí, protože pomůže zabránit nákladným odstávkám, opravám a renovaci nebo výměně těsnění, které by těsnění nižší kvality vedlo. V aplikacích s čerpáním velmi čisté kapaliny s mazacími vlastnostmi by však bylo možné zakoupit levnější těsnění ve prospěch kvalitnějších ložisek.
Běžné těsnicí materiály
Uhlík
Uhlík používaný v těsnicích plochách je směsí amorfního uhlíku a grafitu, přičemž procentuální zastoupení každého z nich určuje fyzikální vlastnosti konečného druhu uhlíku. Jedná se o inertní, stabilní materiál, který může být samomazný.
Je široce používán jako jedna z dvojice čelních ploch v mechanických ucpávkách a je také oblíbeným materiálem pro segmentovaná obvodová těsnění a pístní kroužky za suchého nebo malého množství mazání. Tuto směs uhlíku a grafitu lze také impregnovat jinými materiály, aby se jí dodaly různé vlastnosti, jako je snížená pórovitost, lepší odolnost proti opotřebení nebo vyšší pevnost.
Těsnění z uhlíkové pryskyřicí impregnované termosetem je nejběžnějším typem mechanických těsnění. Většina uhlíkových pryskyřicí impregnovaných uhlíkových materiálů je schopna pracovat v široké škále chemikálií, od silných zásad až po silné kyseliny. Mají také dobré třecí vlastnosti a dostatečný modul pružnosti, který pomáhá kontrolovat tlakové deformace. Tento materiál je vhodný pro všeobecné použití do 260 °C (500 °F) ve vodě, chladicích kapalinách, palivech, olejích, lehkých chemických roztocích a v potravinářském a léčivém průmyslu.
Uhlíková těsnění impregnovaná antimonem se také osvědčila díky pevnosti a modulu antimonu, což je činí vhodnými pro aplikace s vysokým tlakem, kde je potřeba pevnější a tužší materiál. Tato těsnění jsou také odolnější vůči tvorbě puchýřů v aplikacích s kapalinami s vysokou viskozitou nebo lehkými uhlovodíky, což z nich činí standardní třídu pro mnoho rafinérských aplikací.
Uhlík lze také impregnovat filmotvornými látkami, jako jsou fluoridy, pro suchý chod, kryogenní a vakuové aplikace, nebo inhibitory oxidace, jako jsou fosfáty, pro vysokoteplotní, vysokorychlostní a turbínové aplikace do 800 stop/s a přibližně 537 °C (1 000 °F).
Keramický
Keramika je anorganický nekovový materiál vyrobený z přírodních nebo syntetických sloučenin, nejčastěji oxidu hlinitého nebo oxidu hlinitého. Má vysoký bod tání, vysokou tvrdost, vysokou odolnost proti opotřebení a oxidaci, takže se široce používá v průmyslových odvětvích, jako je strojírenství, chemický, ropný, farmaceutický a automobilový průmysl.
Má také vynikající dielektrické vlastnosti a běžně se používá pro elektrické izolátory, součásti odolné proti opotřebení, brusná média a součásti odolné vysokým teplotám. Ve vysoké čistotě má oxid hlinitý vynikající chemickou odolnost vůči většině procesních kapalin s výjimkou některých silných kyselin, což vede k jeho použití v mnoha aplikacích mechanických těsnění. Oxid hlinitý se však může snadno zlomit vlivem tepelného šoku, což omezuje jeho použití v některých aplikacích, kde by to mohlo být problém.
Karbid křemíku se vyrábí smícháním oxidu křemičitého a koksu. Chemicky je podobný keramice, ale má lepší mazací vlastnosti a je tvrdší, což z něj činí dobré odolné řešení pro náročné prostředí.
Lze jej také přebrousit a vyleštit, takže těsnění lze během jeho životnosti opakovaně renovovat. Obecně se používá spíše mechanicky, například v mechanických těsněních, pro svou dobrou chemickou odolnost proti korozi, vysokou pevnost, vysokou tvrdost, dobrou odolnost proti opotřebení, malý koeficient tření a odolnost vůči vysokým teplotám.
Při použití pro mechanické ucpávky karbid křemíku vede ke zlepšení výkonu, prodloužení životnosti těsnění, nižším nákladům na údržbu a nižším provozním nákladům rotačních zařízení, jako jsou turbíny, kompresory a odstředivá čerpadla. Karbid křemíku může mít různé vlastnosti v závislosti na způsobu výroby. Reakční vazba karbidu křemíku vzniká vzájemným propojením částic karbidu křemíku v reakčním procesu.
Tento proces významně neovlivňuje většinu fyzikálních a tepelných vlastností materiálu, nicméně omezuje jeho chemickou odolnost. Nejčastějšími problematickými chemikáliemi jsou žíraviny (a další chemikálie s vysokým pH) a silné kyseliny, a proto by se reakční vazba karbidu křemíku neměla v těchto aplikacích používat.
Samospékaný karbid křemíku se vyrábí slinováním částic karbidu křemíku přímo dohromady za použití neoxidových slinovacích přísad v inertním prostředí při teplotách nad 2 000 °C. Vzhledem k absenci sekundárního materiálu (jako je křemík) je přímo slinutý materiál chemicky odolný vůči téměř všem kapalinám a procesním podmínkám, které se mohou vyskytovat v odstředivém čerpadle.
Karbid wolframu je vysoce všestranný materiál podobně jako karbid křemíku, ale je vhodnější pro aplikace s vysokým tlakem, protože má vyšší elasticitu, která mu umožňuje mírné ohýbání a zabraňuje deformaci čelní plochy. Stejně jako karbid křemíku jej lze přebrousit a leštit.
Karbidy wolframu se nejčastěji vyrábějí jako slinuté karbidy, takže se neprovádí pokus o vazbu karbidu wolframu na sebe. Přidává se sekundární kov, který spojuje nebo stmeluje částice karbidu wolframu dohromady, čímž vzniká materiál, který má kombinované vlastnosti karbidu wolframu i kovového pojiva.
Tohoto bylo s výhodou využito k zajištění větší houževnatosti a rázové pevnosti, než je možné dosáhnout pouze karbidem wolframu. Jednou ze slabin slinutého karbidu wolframu je jeho vysoká hustota. V minulosti se používal karbid wolframu vázaný kobaltem, který však byl postupně nahrazen karbidem wolframu vázaným niklem, protože neměl dostatečný rozsah chemické kompatibility potřebný pro průmysl.
Niklem vázaný karbid wolframu se široce používá pro těsnicí plochy, kde je požadována vysoká pevnost a houževnatost, a má dobrou chemickou kompatibilitu, která je obecně omezena volným niklem.
GFPTFE
GFPTFE má dobrou chemickou odolnost a přidané sklo snižuje tření těsnicích ploch. Je ideální pro relativně čisté aplikace a je levnější než jiné materiály. K dispozici jsou podvarianty, které lépe přizpůsobí těsnění požadavkům a prostředí, a tím zlepší jeho celkový výkon.
Buna
Buna (také známá jako nitrilová pryž) je cenově dostupný elastomer pro O-kroužky, tmely a lisované výrobky. Je dobře známá pro své mechanické vlastnosti a dobře se osvědčuje v aplikacích na bázi ropy, v petrochemickém a chemickém průmyslu. Díky své nepružnosti se také široce používá pro ropu, vodu, různé alkoholy, silikonová maziva a hydraulické kapaliny.
Protože Buna je kopolymer syntetického kaučuku, osvědčuje se v aplikacích vyžadujících přilnavost ke kovu a odolnost proti oděru. Toto chemické pozadí ho činí ideálním i pro tmely. Navíc odolává nízkým teplotám, protože je navržen se slabou odolností vůči kyselinám a mírným zásadám.
Buna je omezeně použitelná v aplikacích s extrémními faktory, jako jsou vysoké teploty, povětrnostní podmínky, sluneční záření a aplikace odolné proti páře, a není vhodná pro dezinfekční prostředky typu clean-in-place (CIP) obsahující kyseliny a peroxidy.
EPDM
EPDM je syntetický kaučuk běžně používaný v automobilovém průmyslu, stavebnictví a strojírenství pro těsnění a O-kroužky, trubky a podložky. Je dražší než Buna, ale díky své dlouhodobé vysoké pevnosti v tahu odolá řadě tepelných, povětrnostních a mechanických vlastností. Je všestranný a ideální pro aplikace s vodou, chlorem, bělidlem a dalšími alkalickými materiály.
Díky svým elastickým a adhezním vlastnostem se EPDM po natažení vrací do původního tvaru bez ohledu na teplotu. EPDM se nedoporučuje pro aplikace s ropnými oleji, kapalinami, chlorovanými uhlovodíky nebo uhlovodíkovými rozpouštědly.
Viton
Viton je odolný, vysoce výkonný, fluorovaný uhlovodíkový kaučukový produkt, který se nejčastěji používá v O-kroužcích a těsněních. Je dražší než jiné pryžové materiály, ale je preferovanou volbou pro nejnáročnější a nejnáročnější těsnicí potřeby.
Je odolný vůči ozonu, oxidaci a extrémním povětrnostním podmínkám, včetně materiálů, jako jsou alifatické a aromatické uhlovodíky, halogenované kapaliny a silné kyselé materiály, a je jedním z robustnějších fluoroelastomerů.
Výběr správného materiálu pro těsnění je důležitý pro úspěch aplikace. I když je mnoho těsnicích materiálů podobných, každý slouží k různým účelům, aby splnil specifické potřeby.
Čas zveřejnění: 12. července 2023