Истинската граница в уплътнителната техника е основно границата на уплътнителните механизми. Еластомерните уплътнения основно разчитат на еластично възстановяване след компресия, за да генерират първоначалната сила на уплътняване, а средното налягане допълнително усилва контактното напрежение. След като компресията стане прекомерна и материалът загуби еластичната си памет, настъпва неуспешно уплътняване. За разлика от тях инженерните пластмаси като PTFE, UHMWPE и PEEK проявяват присъщо слабо еластично възстановяване, а PTFE по-специално показва ясно изразена студена течливост или пълзене. Следователно, тези материали не функционират чрез „пружиниране като гума“, а вместо това разчитат на геометричен дизайн, предварително натоварване, активиране на налягането, пружини или енергизиране на О-пръстените, за да поддържат ефективността на уплътняването. Това определя основната граница на не-еластомерните уплътнителни материали: ключовият въпрос не е колко здрав е материалът, а каква роля играе в системата-независимо дали осигурява еластична компенсация или дали изпълнява функции като ниско триене, устойчивост на износване, химическа устойчивост, устойчивост на екструзия или-носене на натоварване. Първото принадлежи към еластомерите, докато второто обяснява защо инженерните пластмаси навлизат в приложенията за уплътняване.
1. PTFE
PTFE не трябва да се разбира просто като „пластмаса от висок клас“, а по-скоро като материал, който едновременно изтласква три ключови граници: химическа устойчивост, температурна устойчивост и ниско триене. Според данните на AGC неговият типичен температурен диапазон на работа е приблизително от -180 градуса до +260 градуса и е химически инертен към почти всички среди. Данните на Parker показват, че PTFE показва коефициент на триене при сухо плъзгане спрямо стомана от около 0,10, което е значително по-ниско от UHMWPE при приблизително 0,25 и чистия PEEK при приблизително 0,35. Това означава, че PTFE фундаментално разширява горната граница на ефективността на уплътненията на базата на еластомер-при високи-температури, силно корозивни и динамични среди с ниско триене.
Неговите ограничения обаче са също толкова значими. Паркър отбелязва, че необработеният PTFE проявява ясно изразено пълзене при непрекъснато натоварване дори при стайна температура и няма почти никакво еластично възстановяване. Въпреки че триенето му е много ниско, устойчивостта му на износване е сравнително слаба. Това прави неподходящо PTFE да се третира като високо-температурна гума или като твърд заместител на еластомерни О-пръстени. Често срещана инженерна грешка е да се обърква ниското триене с възможността за надеждно еластично уплътняване. Следователно в практически приложения PTFE рядко се използва самостоятелно. Един подход е модифициране на пълнителя с помощта на материали като стъклени влакна, въглеродни влакна, графит или бронз за подобряване на устойчивостта на пълзене, устойчивостта на износване, якостта на натиск и способността за -екструзия. Друг подход е използването на задвижвани от енергия уплътняващи структури като пружинни-захранени уплътнения или еластомер-задвижвани конструкции, където пружините или О-пръстените компенсират контакта с ниско-налягане и дългосрочната-деформация.
От инженерна гледна точка, PTFE трябва да се разглежда като материал, който нарушава границите на съвместимост на медиите, температура и триене, а не такъв, който осигурява геометрична или еластична компенсация. Той е най-подходящ за условия, доминирани от висока температура, силно химическо излагане или динамично движение с ниско-триене, докато не е идеален, когато основното изискване е голямо съответствие на деформацията или дългосрочно-еластично възстановяване.
2. UHMWPE
UHMWPE представлява напълно различна материална граница в сравнение с PTFE. Като вземем за пример Ensinger PE1000, UHMWPE се характеризира с изключително висока якост на удар, отлична устойчивост на износване и абразия, силно поведение при плъзгане при износване и превъзходни характеристики при ниски-температури. Типичните свойства включват модул на опън от около 700 MPa, граница на провлачване от приблизително 19 MPa и температурен диапазон на работа от около -260 градуса до +80 градуса.
Материалната му природа не е на високо{0}}температурно-устойчива пластмаса, а по-скоро на износоустойчив-и удар-инженерен полимер. Според Паркър, UHMWPE е сред най-здравите и най-устойчиви-на износване материали, но има по-ограничена температурна и химическа устойчивост в сравнение с PTFE и е по-подходящ за възвратно-постъпателни или много бавно плъзгащи се приложения, с по-висок коефициент на триене от PTFE. Trelleborg позиционира UHMWPE основно като материал за водещи пръстени и износващи се пръстени в хидравлични цилиндри, където той абсорбира странични натоварвания, направлява бутала или пръти и предотвратява контакта -с-метал.
С други думи, UHMWPE е оптимизиран за устойчивост на износване, насочване, издръжливост при ниски-температури и бавно плъзгане, вместо да се конкурира с PTFE при високи-температури или химически агресивни среди. Често срещано недоразумение е UHMWPE да се третира като алтернатива с ниска цена-на PTFE, докато в действителност техните роли се различават фундаментално: PTFE е проектиран за изключителна химическа устойчивост, висока температура и ултра-ниско триене, докато UHMWPE е проектиран за устойчивост на износване, устойчивост на удар и издръжливост при ниски-температури.
3. ВНИМАЙТЕ
PEEK заема по-структурна роля в уплътнителните системи. Според данните на Victrex PEEK предлага висока -температурна способност, широка химическа устойчивост, висока механична якост, отлична стабилност на размерите, устойчивост на хидролиза и устойчивост на износване. Например, стандартният клас 450G показва модул на опън от приблизително 4,0 GPa, якост на опън от около 98 MPa и непрекъснати работни температури до 260 градуса.
Това ясно показва, че PEEK не е мек-контактен уплътняващ материал, а високо-модулен структурен полимер. В приложенията за уплътняване се използва главно за опорни-пръстени, компоненти против-екструзия, направляващи елементи и-носещи товар структурни части. Trelleborg класифицира PEEK като инженерна пластмаса с висок-модул, използвана при приложения за насочване и износване, а опорните-пръстени, направени от PEEK, са специално проектирани да предотвратят екструдиране на О-пръстени или X-пръстени под високо налягане.
Стойността на PEEK се крие в разширяването на границите на устойчивост на натиск, контрол на луфтовете, товароносимост-капацитет и стабилност на размерите. PEEK обаче не е универсален уплътнителен материал. Не е подходящ за ситуации, изискващи голямо съответствие на деформацията или поглъщане на толеранс, а коефициентът му на триене е по-висок от този на PTFE. Следователно PEEK трябва да се разбира предимно като структурен и анти{4}}екструзионен материал, а не като основен уплътняващ елемент.
4. PU (TPU)
Полиуретанът, обикновено наричан TPU в приложенията за уплътняване, се счита широко за стандартен материал в хидравличното динамично уплътняване. Parker описва TPU като отдавна-утвърден еталон в системите за флуидна мощност поради отличната му устойчивост на износване, термична стабилност, устойчивост на хидролиза, производителност при компресиране и еластично възстановяване. Covestro също така подчертава своята висока устойчивост на абразия, широк диапазон на гъвкавост, висока еластичност и добра устойчивост на масла и определени разтворители.
Това поставя TPU в междинна позиция между еластомерите и инженерните пластмаси. Той запазва еластичността, като същевременно значително подобрява живота на износване и механичната издръжливост, което го прави особено ефективен при динамични хидравлични приложения с високо{1}}налягане. Истинската му сила обаче се крие по-скоро в динамичното хидравлично уплътняване, отколкото в универсалната химическа устойчивост или статични условия на уплътняване.
Основно недоразумение е третирането на TPU като единичен хомогенен материал, докато в действителност неговата химическа устойчивост зависи силно от формулировката, твърдостта, температурата, концентрацията и времето на излагане. Силните киселини и алкали могат да разграждат TPU, ароматните въглеводороди причиняват подуване, кетоните и естерите причиняват значително подуване, а разтворители като DMF, DMSO, NMP и THF могат да го разтворят. Температурната устойчивост също варира в зависимост от формулировката, като системите, базирани на MDI-, обикновено са около 100 градуса, а системите, базирани на PPDI-, достигат приблизително 135 градуса. Следователно PU не се определя от единична фиксирана граница, а от системно-зависими граници на формулировката.
5. Инженерна граница между еластомери и инженерни пластмаси
Когато инженерните пластмаси и еластомери се разглеждат заедно, фундаменталната граница може да бъде разбрана по няколко начина. Еластомерите са основно отговорни за генерирането на уплътнителна сила чрез еластично възстановяване, докато инженерните пластмаси като PTFE, UHMWPE и PEEK не разчитат на еластична деформация, а вместо това разширяват границите на производителност чрез ниско триене, устойчивост на износване, химическа устойчивост, устойчивост на екструзия и стабилност на размерите.
Техните функционални роли са ясно разграничени: PTFE се отнася предимно за химически, температурни и триещи граници; UHMWPE се фокусира върху устойчивостта на износване, насочването, ефективността при ниски-температури и бавното плъзгане; PEEK се използва за-носене, анти-екструзия и структурна стабилност при високо-налягане; и PU е оптимизиран за износване при динамични хидравлични условия. На практика най-добрите решения за уплътняване често не са заместители, а хибридни системи. Например О-пръстен може да осигури предварително натоварване и начална контактна сила, докато PTFE ръкав намалява триенето и подобрява химическата устойчивост, а PEEK или напълнен PTFE опорен-пръстен предотвратява екструдиране под налягане.
Най-често срещаната инженерна грешка е сравняването на материали в различни уплътнителни механизми. PTFE не е каучук от висок клас, PEEK не е универсална пластмаса, UHMWPE не е евтина версия на PTFE, а PU не е просто по-твърда версия на NBR. След като доминиращият режим на повреда бъде идентифициран правилно, границата на материала става ясна.
