Tiivisteen materiaalin valinta on tärkeää, koska se vaikuttaa sovelluksen laatuun, käyttöikään ja suorituskykyyn sekä tulevaisuuden ongelmien vähentämiseen. Tässä tarkastelemme, miten ympäristö vaikuttaa tiivistemateriaalien valintaan, sekä joitakin yleisimpiä materiaaleja ja mihin sovelluksiin ne sopivat parhaiten.
Ympäristötekijät
Ympäristö, jolle tiiviste altistuu, on ratkaisevan tärkeä tiivisteen suunnittelua ja materiaalia valittaessa. Tiivistemateriaaleilla on oltava useita keskeisiä ominaisuuksia kaikissa ympäristöissä, mukaan lukien vakaan tiivistepinnan luominen, lämmönjohtavuus, kemikaalien kestävyys ja hyvä kulutuskestävyys.
Joissakin ympäristöissä näiden ominaisuuksien on oltava vahvempia kuin toisissa. Muita materiaaliominaisuuksia, jotka tulisi ottaa huomioon ympäristöä arvioitaessa, ovat kovuus, jäykkyys, lämpölaajeneminen, kuluminen ja kemiallinen kestävyys. Näiden mielessä pitäminen auttaa sinua löytämään ihanteellisen materiaalin tiivisteellesi.
Ympäristö voi myös ratkaista, voidaanko tiivisteen kustannuksia vai laatua priorisoida. Hankaavissa ja vaativissa ympäristöissä tiivisteet voivat olla kalliimpia, koska materiaalien on oltava riittävän vahvoja kestämään näitä olosuhteita.
Tällaisissa ympäristöissä laadukkaan tiivisteen hankinta maksaa itsensä takaisin ajan myötä, sillä se auttaa välttämään kalliita seisokkeja, korjauksia, tiivisteen kunnostusta tai vaihtoa, joita heikompilaatuinen tiiviste aiheuttaa. Pumppusovelluksissa, joissa käytetään erittäin puhdasta ja voiteluominaisuuksiltaan hyvää nestettä, voidaan kuitenkin ostaa halvempi tiiviste laadukkaampien laakereiden sijaan.
Yleiset tiivistemateriaalit
Hiili
Tiivistepinnoissa käytetty hiili on amorfisen hiilen ja grafiitin seos, ja molempien prosenttiosuudet määräävät lopullisen hiilen fysikaaliset ominaisuudet. Se on inertti, stabiili materiaali, joka voi olla itsevoitelevaa.
Sitä käytetään laajalti mekaanisten tiivisteiden päätypintojen parina, ja se on myös suosittu materiaali segmentoiduissa kehätiivisteissä ja männänrenkaissa kuivalla tai pienellä voitelumäärällä. Tätä hiili/grafiittiseosta voidaan kyllästää myös muilla materiaaleilla, mikä antaa sille erilaisia ominaisuuksia, kuten vähentynyt huokoisuus, parempi kulumiskestävyys tai parempi lujuus.
Lämpökovettuva hartsilla kyllästetty hiilitiiviste on yleisin mekaanisten tiivisteiden materiaali. Useimmat hartsilla kyllästetyt hiilet soveltuvat monenlaisille kemikaaleille vahvoista emäksistä vahvoihin happoihin. Niillä on myös hyvät kitkaominaisuudet ja riittävä moduuli paineen aiheuttamien vääristymien hallitsemiseksi. Tämä materiaali soveltuu yleiseen käyttöön 260 °C:n lämpötilaan asti vedessä, jäähdytysnesteissä, polttoaineissa, öljyissä, kevyissä kemiallisissa liuoksissa sekä elintarvike- ja lääketeollisuudessa.
Antimonilla kyllästetyt hiilitiivisteet ovat myös osoittautuneet onnistuneiksi antimonin lujuuden ja moduulin ansiosta, mikä tekee niistä hyviä korkeapainesovelluksissa, kun tarvitaan vahvempaa ja jäykempää materiaalia. Nämä tiivisteet ovat myös kestävämpiä kuplimista vastaan sovelluksissa, joissa käytetään korkean viskositeetin nesteitä tai kevyitä hiilivetyjä, mikä tekee niistä standardilaatuisia monissa jalostamosovelluksissa.
Hiiltä voidaan kyllästää myös kalvonmuodostajilla, kuten fluorideilla, kuivakäyntiä, kryogeenisiä aineita ja tyhjiösovelluksia varten, tai hapettumisenestoaineilla, kuten fosfaateilla, korkeita lämpötiloja, suuria nopeuksia ja turbiinisovelluksia varten jopa 800 jalkaa sekunnissa ja noin 537 °C:n lämpötilassa.
Keraaminen
Keraamit ovat epäorgaanisia ei-metallisia materiaaleja, jotka on valmistettu luonnollisista tai synteettisistä yhdisteistä, useimmiten alumiinioksidista tai alumiinioksidista. Niillä on korkea sulamispiste, korkea kovuus, korkea kulutuskestävyys ja hapettumisenkestävyys, joten niitä käytetään laajalti esimerkiksi kone-, kemian-, öljy-, lääke- ja autoteollisuudessa.
Sillä on myös erinomaiset dielektriset ominaisuudet ja sitä käytetään yleisesti sähköeristeissä, kulutusta kestävissä komponenteissa, hiontavälineissä ja korkean lämpötilan komponenteissa. Korkean puhtausasteen alumiinioksidilla on erinomainen kemiallinen kestävyys useimmille prosessinesteille lukuun ottamatta joitakin vahvoja happoja, minkä ansiosta sitä voidaan käyttää monissa mekaanisissa tiivistesovelluksissa. Alumiinioksidi voi kuitenkin murtua helposti lämpöshokin vaikutuksesta, mikä on rajoittanut sen käyttöä joissakin sovelluksissa, joissa tämä voi olla ongelma.
Piikarbidi valmistetaan sulattamalla piidioksidia ja koksia. Se on kemiallisesti samankaltainen kuin keraaminen, mutta sillä on paremmat voiteluominaisuudet ja se on kovempaa, mikä tekee siitä hyvän kulutusta kestävän ratkaisun vaativiin ympäristöihin.
Se voidaan myös hioa uudelleen ja kiillottaa, joten tiiviste voidaan kunnostaa useita kertoja sen käyttöiän aikana. Sitä käytetään yleensä mekaanisemmin, kuten mekaanisissa tiivisteissä sen hyvän kemiallisen korroosionkestävyyden, suuren lujuuden, suuren kovuuden, hyvän kulutuskestävyyden, pienen kitkakertoimen ja korkean lämpötilankestävyyden vuoksi.
Kun piikarbidia käytetään mekaanisissa tiivistepinnoissa, se parantaa suorituskykyä, pidentää tiivisteen käyttöikää, alentaa ylläpitokustannuksia ja alentaa käyttökustannuksia pyörivissä laitteissa, kuten turbiineissa, kompressoreissa ja keskipakopumpuissa. Piikarbidilla voi olla erilaisia ominaisuuksia riippuen siitä, miten se on valmistettu. Reaktiosidottu piikarbidi muodostuu sitomalla piikarbidihiukkasia toisiinsa reaktioprosessissa.
Tämä prosessi ei merkittävästi vaikuta materiaalin fysikaalisiin ja lämpöominaisuuksiin, mutta se rajoittaa materiaalin kemiallista kestävyyttä. Yleisimpiä ongelmakemikaaleja ovat emäkset (ja muut korkean pH:n kemikaalit) ja vahvat hapot, joten reaktiosidottua piikarbidia ei tule käyttää näissä sovelluksissa.
Itsesintrautunut piikarbidi valmistetaan sintraamalla piikarbidihiukkasia suoraan yhteen käyttämällä ei-oksidisia sintrausaineita inertissä ympäristössä yli 2 000 °C:n lämpötiloissa. Koska sekundäärimateriaalia (kuten piitä) ei ole, suoraan sintrattu materiaali on kemiallisesti kestävä lähes kaikille keskipakopumpussa todennäköisesti esiintyville nesteille ja prosessiolosuhteille.
Volframikarbidi on piikarbidin tavoin erittäin monipuolinen materiaali, mutta se sopii paremmin korkeapainesovelluksiin, koska sen suurempi elastisuus mahdollistaa sen pienen taipumisen ja estää pinnan vääristymisen. Kuten piikarbidi, se voidaan hioa uudelleen ja kiillottaa.
Volframikarbidit valmistetaan useimmiten kovametalleina, joten niitä ei yritetä sitoa itseensä. Sekundäärimetallia lisätään sitomaan tai sementoimaan volframikarbidihiukkaset yhteen, jolloin saadaan materiaali, jolla on sekä volframikarbidin että metallisen sideaineen yhdistetyt ominaisuudet.
Tätä on hyödynnetty tarjoamalla suurempi sitkeys ja iskulujuus kuin pelkällä volframikarbidilla. Yksi kovametallisen volframikarbidin heikkouksista on sen suuri tiheys. Aiemmin käytettiin kobolttisidottua volframikarbidia, mutta se on vähitellen korvattu nikkelisidotulla volframikarbidilla, koska sillä ei ole teollisuuden edellyttämää kemiallista yhteensopivuutta.
Nikkelisidottua volframikarbidia käytetään laajalti tiivistepinnoissa, joissa halutaan suurta lujuutta ja sitkeyttä, ja sillä on hyvä kemiallinen yhteensopivuus, jota yleensä rajoittaa vapaa nikkeli.
GFPTFE
GFPTFE:llä on hyvä kemikaalienkestävyys, ja lisätty lasi vähentää tiivistyspintojen kitkaa. Se sopii erinomaisesti suhteellisen puhtaisiin sovelluksiin ja on halvempi kuin muut materiaalit. Saatavilla on myös muunnelmia, jotka sopivat paremmin vaatimuksiin ja ympäristöön, mikä parantaa tiivisteen yleistä suorituskykyä.
Buna
Buna (tunnetaan myös nimellä nitriilikumi) on kustannustehokas elastomeeri O-renkaisiin, tiivisteisiin ja muovattuihin tuotteisiin. Se tunnetaan hyvin mekaanisista ominaisuuksistaan ja toimii hyvin öljypohjaisissa, petrokemian ja kemian sovelluksissa. Sitä käytetään myös laajalti raakaöljyn, veden, erilaisten alkoholien, silikonirasvojen ja hydraulinesteiden sovelluksissa joustamattomuutensa ansiosta.
Koska Buna on synteettinen kumi-kopolymeeri, se toimii hyvin sovelluksissa, jotka vaativat metallin tarttumista ja hankausta kestävää materiaalia, ja tämä kemiallinen tausta tekee siitä ihanteellisen myös tiivisteainesovelluksiin. Lisäksi se kestää alhaisia lämpötiloja, koska se on suunniteltu heikosti happoja ja mietoja emäksiä kestäväksi.
Buna soveltuu rajoitetusti äärimmäisiin olosuhteisiin, kuten korkeisiin lämpötiloihin, sääolosuhteisiin, auringonvaloon ja höyrynkesto-olosuhteisiin, eikä se sovellu happoja ja peroksideja sisältävien CIP-desinfiointiaineiden (clean-in-place) kanssa.
EPDM-muovi
EPDM on synteettinen kumi, jota käytetään yleisesti autoteollisuudessa, rakennusalalla ja mekaanisissa sovelluksissa tiivisteissä ja O-renkaissa, putkissa ja aluslevyissä. Se on kalliimpaa kuin Buna, mutta kestää erilaisia lämpö-, sää- ja mekaanisia ominaisuuksia pitkäkestoisen korkean vetolujuutensa ansiosta. Se on monipuolinen ja ihanteellinen sovelluksiin, joissa käsitellään vettä, klooria, valkaisuainetta ja muita emäksisiä aineita.
Elastisten ja tarttuvien ominaisuuksiensa ansiosta EPDM palautuu venytyksen jälkeen alkuperäiseen muotoonsa lämpötilasta riippumatta. EPDM:ää ei suositella käytettäväksi maaöljyn, nesteiden, kloorattujen hiilivetyjen tai hiilivetyliuottimien kanssa.
Viton
Viton on pitkäikäinen, tehokas, fluorattu hiilivetykumi, jota käytetään yleisimmin O-renkaissa ja tiivisteissä. Se on kalliimpaa kuin muut kumimateriaalit, mutta se on ensisijainen vaihtoehto haastavimpiin ja vaativimpiin tiivistystarpeisiin.
Se on yksi kestävimmistä fluoroelastomeerimateriaaleista ja kestää otsonia, hapettumista ja äärimmäisiä sääolosuhteita, mukaan lukien alifaattiset ja aromaattiset hiilivedyt, halogenoidut nesteet ja vahvat happomateriaalit.
Oikean tiivistemateriaalin valinta on tärkeää sovelluksen onnistumisen kannalta. Vaikka monet tiivistemateriaalit ovat samankaltaisia, jokaisella on useita käyttötarkoituksia tietyn tarpeen täyttämiseksi.
Julkaisun aika: 12.7.2023