Izbira materiala za tesnilo je pomembna, saj bo vplivala na kakovost, življenjsko dobo in delovanje aplikacije ter zmanjšala težave v prihodnosti. Tukaj si bomo ogledali, kako okolje vpliva na izbiro materiala za tesnila, pa tudi nekatere najpogostejše materiale in za katere aplikacije so najbolj primerni.
Okoljski dejavniki
Okolje, ki mu bo tesnilo izpostavljeno, je ključnega pomena pri izbiri zasnove in materiala. Tesnilni materiali potrebujejo številne ključne lastnosti za vsa okolja, vključno z ustvarjanjem stabilne tesnilne površine, ki lahko prevaja toploto, je kemično odporen in ima dobro odpornost proti obrabi.
V nekaterih okoljih morajo biti te lastnosti močnejše kot v drugih. Druge lastnosti materiala, ki jih je treba upoštevati pri upoštevanju okolja, vključujejo trdoto, togost, toplotno raztezanje, obrabo in kemično odpornost. Upoštevanje teh lastnosti vam bo pomagalo najti idealen material za vaše tesnilo.
Okolje lahko določi tudi, ali je mogoče dati prednost stroškom ali kakovosti tesnila. Za abrazivna in zahtevna okolja so tesnila lahko dražja zaradi materialov, ki morajo biti dovolj močni, da prenesejo te pogoje.
V takšnih okoljih se bo denar za visokokakovostno tesnilo sčasoma povrnil, saj bo pomagal preprečiti drage zaustavitve, popravila in obnovo ali zamenjavo tesnila, ki bi jo povzročilo tesnilo nižje kakovosti. Vendar pa je pri črpanju zelo čiste tekočine z mazalnimi lastnostmi mogoče kupiti cenejše tesnilo v korist ležajev višje kakovosti.
Običajni materiali za tesnila
Ogljik
Ogljik, ki se uporablja v tesnilnih površinah, je mešanica amorfnega ogljika in grafita, pri čemer odstotki vsakega od njih določajo fizikalne lastnosti končne kakovosti ogljika. Je inerten, stabilen material, ki se lahko samomaže.
Široko se uporablja kot ena od čelnih ploskev v mehanskih tesnilih, poleg tega pa je priljubljen material za segmentna obodna tesnila in batne obročke pri suhem ali majhnem mazanju. To mešanico ogljika in grafita je mogoče impregnirati tudi z drugimi materiali, da se ji dodajo različne lastnosti, kot so zmanjšana poroznost, izboljšana odpornost proti obrabi ali izboljšana trdnost.
Tesnilo iz termoreaktivne smole, impregnirane s smolo, je najpogostejše za mehanska tesnila, pri čemer je večina s smolo impregniranega oglja sposobna delovati v širokem razponu kemikalij, od močnih baz do močnih kislin. Imajo tudi dobre lastnosti trenja in ustrezen modul, ki pomaga nadzorovati tlačne deformacije. Ta material je primeren za splošno uporabo do 260 °C (500 °F) v vodi, hladilnih tekočinah, gorivih, oljih, lahkih kemičnih raztopinah ter v živilski in farmacevtski industriji.
Tesnila iz ogljika, impregnirana z antimonom, so se izkazala za uspešna zaradi trdnosti in modula antimona, zaradi česar so primerna za visokotlačne aplikacije, kjer je potreben močnejši in togejši material. Ta tesnila so tudi bolj odporna na nastanek mehurjev pri aplikacijah z visoko viskoznimi tekočinami ali lahkimi ogljikovodiki, zaradi česar so standardni razred za številne rafinerijske aplikacije.
Ogljik je mogoče impregnirati tudi s tvorci filma, kot so fluoridi za suhi tek, kriogene in vakuumske aplikacije, ali z inhibitorji oksidacije, kot so fosfati, za visokotemperaturne, hitrohitrostne in turbinske aplikacije do 800 ft/s in okoli 537 °C (1000 °F).
Keramika
Keramika je anorganski nekovinski material, izdelan iz naravnih ali sintetičnih spojin, najpogosteje aluminijevega oksida ali aluminijevega oksida. Ima visoko tališče, visoko trdoto, visoko odpornost proti obrabi in oksidaciji, zato se pogosto uporablja v panogah, kot so strojništvo, kemikalije, nafta, farmacija in avtomobili.
Ima tudi odlične dielektrične lastnosti in se pogosto uporablja za električne izolatorje, komponente, odporne proti obrabi, brusilne medije in komponente, odporne proti visokim temperaturam. Pri visoki čistosti ima aluminijev oksid odlično kemično odpornost na večino procesnih tekočin, razen na nekatere močne kisline, zaradi česar se uporablja v številnih aplikacijah mehanskih tesnil. Vendar pa se aluminijev oksid lahko zlahka zlomi zaradi toplotnega šoka, kar omejuje njegovo uporabo v nekaterih aplikacijah, kjer bi to lahko bil problem.
Silicijev karbid se proizvaja s taljenjem silicijevega dioksida in koksa. Kemično je podoben keramiki, vendar ima boljše mazalne lastnosti in je trši, zaradi česar je dobra rešitev za uporabo v zahtevnih okoljih.
Prav tako ga je mogoče ponovno brusiti in polirati, tako da je mogoče tesnilo v življenjski dobi večkrat obnoviti. Na splošno se uporablja bolj mehansko, na primer v mehanskih tesnilih zaradi dobre kemične odpornosti proti koroziji, visoke trdnosti, visoke trdote, dobre odpornosti proti obrabi, majhnega koeficienta trenja in visoke temperaturne odpornosti.
Ko se silicijev karbid uporablja za mehanska tesnila, izboljša delovanje, podaljša življenjsko dobo tesnila, zniža stroške vzdrževanja in zniža obratovalne stroške rotacijske opreme, kot so turbine, kompresorji in centrifugalne črpalke. Silicijev karbid ima lahko različne lastnosti, odvisno od načina izdelave. Reakcijsko vezan silicijev karbid nastane z vezavo delcev silicijevega karbida med seboj v reakcijskem procesu.
Ta postopek ne vpliva bistveno na večino fizikalnih in toplotnih lastnosti materiala, vendar omejuje njegovo kemično odpornost. Najpogostejše kemikalije, ki povzročajo težave, so kavstične snovi (in druge kemikalije z visokim pH) in močne kisline, zato se reakcijsko vezani silicijev karbid v teh aplikacijah ne sme uporabljati.
Samosintrani silicijev karbid se izdeluje s sintranjem delcev silicijevega karbida neposredno skupaj z uporabo neoksidnih sintralnih dodatkov v inertnem okolju pri temperaturah nad 2000 °C. Zaradi pomanjkanja sekundarnega materiala (kot je silicij) je neposredno sintran material kemično odporen na skoraj vse tekočine in procesne pogoje, ki se lahko pojavijo v centrifugalni črpalki.
Volframov karbid je zelo vsestranski material, podobno kot silicijev karbid, vendar je bolj primeren za uporabo pri visokem tlaku, saj ima večjo elastičnost, kar mu omogoča zelo rahlo upogibanje in preprečuje deformacijo površine. Tako kot silicijev karbid ga je mogoče ponovno brusiti in polirati.
Volframovi karbidi se najpogosteje proizvajajo kot cementirani karbidi, zato se volframov karbid ne poskuša vezati sam s seboj. Doda se sekundarna kovina, ki veže ali cementira delce volframovega karbida, kar ima za posledico material, ki ima kombinirane lastnosti volframovega karbida in kovinskega veziva.
To je bilo s pridom izkoriščeno za zagotavljanje večje žilavosti in udarne trdnosti kot pri uporabi samega volframovega karbida. Ena od slabosti cementiranega volframovega karbida je njegova visoka gostota. V preteklosti se je uporabljal volframov karbid, vezan na kobalt, vendar ga je postopoma nadomestil volframov karbid, vezan na nikelj, ker ni imel dovolj kemijske združljivosti, ki jo zahteva industrija.
Volframov karbid, vezan na nikelj, se pogosto uporablja za tesnilne površine, kjer so zaželene visoke trdnosti in žilavosti, poleg tega pa ima dobro kemično združljivost, ki jo običajno omejuje prosti nikelj.
GFPTFE
GFPTFE ima dobro kemično odpornost, dodano steklo pa zmanjšuje trenje tesnilnih površin. Idealen je za relativno čiste aplikacije in je cenejši od drugih materialov. Na voljo so podrazličice, ki tesnilo bolje prilagodijo zahtevam in okolju ter izboljšajo njegovo splošno delovanje.
Buna
Buna (znana tudi kot nitrilna guma) je stroškovno učinkovit elastomer za O-tesnila, tesnila in brizgane izdelke. Znana je po svojih mehanskih lastnostih in se dobro obnese v aplikacijah na osnovi nafte, petrokemičnih in kemičnih materialih. Zaradi svoje nefleksibilnosti se pogosto uporablja tudi za surovo nafto, vodo, različne alkohole, silikonske masti in hidravlične tekočine.
Ker je Buna sintetični kavčukov kopolimer, se dobro obnese v aplikacijah, ki zahtevajo oprijem kovin in material, odporen proti obrabi, zaradi svoje kemične osnove pa je idealen tudi za tesnilne mase. Poleg tega lahko prenese nizke temperature, saj je zasnovan s slabo odpornostjo na kisline in blage alkalije.
Buna je omejena pri uporabi z ekstremnimi dejavniki, kot so visoke temperature, vreme, sončna svetloba in odpornost na paro, in ni primerna za uporabo s čistilnimi sredstvi za čiščenje na mestu (CIP), ki vsebujejo kisline in perokside.
EPDM
EPDM je sintetični kavčuk, ki se pogosto uporablja v avtomobilski, gradbeni in strojni industriji za tesnila in O-tesnila, cevi in podložke. Je dražji od Bune, vendar zaradi svoje dolgotrajne visoke natezne trdnosti prenese različne toplotne, vremenske in mehanske lastnosti. Je vsestranski in idealen za uporabo v vodah, kloru, belilu in drugih alkalnih snoveh.
Zaradi svojih elastičnih in lepilnih lastnosti se EPDM po raztegovanju ne glede na temperaturo vrne v prvotno obliko. EPDM ni priporočljiv za uporabo v naftnih tekočinah, kloriranih ogljikovodikih ali ogljikovodikovih topilih.
Viton
Viton je dolgotrajen, visokozmogljiv, fluoriran ogljikovodikov gumijast izdelek, ki se najpogosteje uporablja v O-tesnilih in tesnilih. Je dražji od drugih gumijastih materialov, vendar je najprimernejša možnost za najzahtevnejše potrebe tesnjenja.
Odporen je na ozon, oksidacijo in ekstremne vremenske razmere, vključno z materiali, kot so alifatski in aromatski ogljikovodiki, halogenirane tekočine in močne kisline, zato je eden izmed bolj robustnih fluoroelastomerov.
Izbira pravega materiala za tesnjenje je pomembna za uspeh aplikacije. Čeprav so si številni tesnilni materiali podobni, vsak služi različnim namenom, da zadosti določenim potrebam.
Čas objave: 12. julij 2023