Падрабязнае параўнанне пераваг і недахопаў спружынных ушчыльняльнікаў UPE і спружынных ушчыльняльнікаў PTFE

1. Параўнанне ўласцівасцей асноўных матэрыялаў

1.1 УПЭ (звышвысокамалекулярны поліэтылен)

• Шчыльнасць: 0,93–0,95 г/см³
• Доўгатэрміновая тэмпературная ўстойлівасць: ад -200°C да +80°C (кароткатэрміновы пік 100°C; пры вышэйшай тэмпературы размякчаецца і дэфармуецца)
• Каэфіцыент трэння: 0,1–0,2 (сухі стан, выдатная самазмазка)
• Зносаўстойлівасць: у 6–7 разоў вышэйшая за вугляродзістую сталь, у 5–10 разоў вышэйшая за чысты PTFE, што робіць яго першым сярод інжынерных пластмас.
• Хімічная стабільнасць: устойлівы да слабых кіслот, слабых асноў, раствораў соляў, большасці арганічных растваральнікаў і алеяў; неўстойлівы да канцэнтраванай азотнай кіслаты, канцэнтраванай сернай кіслаты або моцных акісляльнікаў (напрыклад, перманганата калію)
• Цвёрдасць: па Шору D 60–65, адносна мяккі, сярэдняя ўстойлівасць да паўзучасці

1.2 ПТФЭ (політэтрафторэтылен)

• Шчыльнасць: 2,1–2,2 г/см³ (прыблізна ў 2,3 разы большая, чым у UPE)
• Доўгатэрміновая тэмпературная ўстойлівасць: ад -200°C да +260°C (кароткатэрміновы пік 300°C, выдатная стабільнасць пры высокіх тэмпературах)
• Каэфіцыент трэння: 0,02–0,04 (сухі стан, самы нізкі сярод цвёрдых матэрыялаў)
• Зносаўстойлівасць: нізкая для чыстага PTFE; для паляпшэння патрабуецца запаўненне вугляродным/шкловалакном (пасля запаўнення толькі 1/2–1/5 ад UPE)
• Хімічная стабільнасць: устойлівы да моцных кіслот і шчолачаў пры pH 0–14, большасці арганічных растваральнікаў, алеяў і газаў; устойлівы толькі да расплаўленых шчолачных металаў і высокатэмпературнага газападобнага фтору.
• Цвёрдасць: па Шору D 50–55, адносна трывалая; супраціўленне паўзучасці значна паляпшаецца пасля запаўнення

2. Падрабязны аналіз пераваг і недахопаў спружынных ушчыльненняў UPE

Перавагі

1. Выдатная зносаўстойлівасць, надзвычай працяглы тэрмін службы ва ўмовах высокага зносу

   Зносаўстойлівасць UPE ў 5-10 разоў вышэйшая, чым у чыстага PTFE, і ў 6-7 разоў вышэйшая, чым у вугляродзістай сталі. Ва ўмовах высокага зносу, якія змяшчаюць цвёрдыя часціцы і шурпатыя кантактныя паверхні, такія як горназдабыўное абсталяванне, цэментавае абсталяванне і сістэмы транспарціроўкі вугалю, тэрмін службы спружынных ушчыльненняў UPE ў 3-8 разоў вышэйшы, чым у PTFE, што значна скарачае частату замены і час прастою абсталявання. Напрыклад, ушчыльненні UPE выдатна супрацьстаяць рэзкаму зносу ад часціц і абразіўнаму зносу для ўшчыльненняў штока поршня гідраўлічных цыліндраў (пыльнае асяроддзе), ушчыльненняў вала помпаў для сцёкавых вод і ўшчыльненняў клапанаў транспарціроўкі пяску.
2. Выдатная самазмазка, нізкі ўзровень трэння без «прыліпаючага слізгацення»

   З каэфіцыентам трэння 0,1–0,2, блізкім да напоўненага PTFE, UPE мае добрую самазмазку і невялікую розніцу паміж статычнымі і дынамічнымі каэфіцыентамі трэння, цалкам выключаючы «паўзучае» (прыліпанне-слізгаценне) падчас працы на нізкай хуткасці, забяспечваючы стабільную працу абсталявання і нізкае спажыванне энергіі. Ён падыходзіць для гідраўлічных зваротна-паступальных рухаў, нізкахуткасных ратацыйных ушчыльненняў і транспартавання дэталяў харчовага абсталявання, падтрымліваючы нізкае трэнне без дадатковай змазкі і пазбягаючы забруджвання змазкай.
3. Моцная ўстойлівасць да ўдараў і стомленасці, стабільная праца ў дынамічных умовах

   Ушчыльняльнікі UPE захоўваюць высокую ўдарную глейкасць нават пры нізкіх тэмпературах (-200°C), вытрымліваюць зваротна-паступальныя ўдары, эксцэнтрычную вібрацыю вала і ваганні ціску без расколін або далікатнага разбурэння, а таксама забяспечваюць добрую дынамічную герметычнасць. У параўнанні з PTFE (высокая далікатнасць, нізкая ўдаратрываласць), спружынныя ўшчыльняльнікі UPE забяспечваюць больш высокую надзейнасць ва ўмовах вібрацыі і ўдараў.
4. Нетаксічны і чысты, падыходзіць для харчовай і фармацэўтычнай прамысловасці

   UPE не мае нулявога водапаглынання, нетоксичный і без паху, адпавядае сертыфікатам FDA 21 CFR Part 177 і USP Class VI, і не забруджвае асяроддзе. Ён можа непасрэдна кантактаваць з ежай, фармацэўтычнымі прэпаратамі і пітной вадой, што робіць яго пераважным выбарам для абсталявання для харчовай прамысловасці, фармацэўтычнага абсталявання, клапанаў для ачысткі вады і ўшчыльненняў крыягенных рэзервуараў для захоўвання звадкаванага прыроднага газу (СПГ).
5. Нізкая шчыльнасць, лёгкая вага і больш нізкі кошт

   Шчыльнасць UPE складае ўсяго 43% ад шчыльнасці PTFE, таму ўшчыльняльнікі такога ж памеру лягчэйшыя і лягчэйшыя ў мантажы. Кошты на сыравіну ніжэйшыя, чым у PTFE, а апрацоўка прасцейшая (даступная рэзка на станках з ЧПУ без спякання), што прыводзіць да зніжэння сабекошту масавай вытворчасці на 20–40% у параўнанні з ушчыльняльнікамі з спружыннага ўзбуджэння PTFE, пры гэтым забяспечваецца выдатная эканамічная эфектыўнасць.
6. Добрая воданепранікальнасць і стабільнасць у вільготным стане

   УПЭ не ўбірае вільгаць і не набракае, мае стабільныя памеры і характарыстыкі ў водных асяроддзях і вільготных умовах без размякчэння або дэфармацыі, што робіць яго ідэальным для водных гідраўлічных сістэм, абсталявання для ачысткі сцёкавых вод і герметызацыі марской вады.

Недахопы

1. Слабая тэмпературная ўстойлівасць, абмежаваная ўмовах высокіх тэмператур

   Тэмпература працяглага выкарыстання UPE складае ≤80°C, а кароткатэрміновая — 100°C. Пры перавышэнні гэтай тэмпературы ён хутка размякчаецца, пакрываецца цякучкай і пластычна дэфармуецца, што прыводзіць да разбурэння ўшчыльнення. Нельга выкарыстоўваць у высокатэмпературных асяроддзях, пары або гарачым алеі з тэмпературай вышэй за 100°C, такіх як высокатэмпературны гідраўлічны алей (120°C+), высокатэмпературныя хімічныя рэактары і паравыя клапаны.
2. Слабая ўстойлівасць да паўзучасці, схільнасць да дэфармацыі і ўцечкі пад высокім ціскам

   УПЭ адносна мяккі і схільны да паўзучасці (павольнай пластычнай дэфармацыі) пры працяглым высокім ціску (>20 МПа), што пагаршае прыляганне ўшчыльняльнай абзы і выклікае ўцечку. Яго супраціў экструзіі ніжэйшы, чым у запоўненага ПТФЭ ў дынамічных умовах высокага ціску, што патрабуе дадатковых апорных кольцаў і павялічвае складанасць канструкцыі.
3. Абмежаваная каразійная ўстойлівасць, не падыходзіць для высокаагрэсіўных асяроддзяў

   УПЭ неўстойлівы да канцэнтраванай азотнай кіслаты, канцэнтраванай сернай кіслаты, высокатэмпературных моцных шчолачаў або моцных акісляльнікаў (напрыклад, гіпахларыту натрыю, перманганата калію). Ён набракае, дэградуе і трэскаецца ў экстрэмальных кіслотна-шчолачных асяроддзях (pH <2 або pH >12) і моцных акісляльных асяроддзях, што прыводзіць да разбурэння ўшчыльнення. Яго хімічная сумяшчальнасць значна горшая, чым у ПТФЭ.
4. Слабая ўстойлівасць да надвор'я і ультрафіялетавага выпраменьвання, схільнасць да старэння пры працяглым выкарыстанні на адкрытым паветры

   Нягледзячы на ​​тое, што малекулярныя ланцугі UPE не маюць двайных сувязяў, працяглы ўздзеянне ультрафіялетавага выпраменьвання прыводзіць да дэградацыі, далікатнасці і зніжэння трываласці, што скарачае тэрмін службы. У адрозненне ад гэтага, PTFE устойлівы да ультрафіялетавага выпраменьвання і старэння і можа выкарыстоўвацца на вуліцы працяглы час практычна без дэградацыі.

3. Падрабязны аналіз пераваг і недахопаў спружынных ушчыльненняў з ПТФЭ

Перавагі

1. Выключная хімічная інертнасць, універсальная адаптацыя да высокаагрэсіўных умоў

   Поўнасцю інкапсуляваны фторам малекулярны ланцуг і высокая энергія сувязі CF дазваляюць PTFE устойліва ставіцца да моцных кіслот, шчолачаў, большасці арганічных растваральнікаў, алеяў і газаў пры pH 0–14, у той час як ён устойлівы толькі да расплаўленых шчолачных металаў і высокатэмпературнага газападобнага фтору. Ён ідэальна падыходзіць для кіслотна-шчолачных помпаў, рэактараў, абсталявання для пестыцыдаў і фармацэўтыкі, гальванічнага абсталявання і клапанаў для агрэсіўных асяроддзяў, бо не мае альтэрнатывы ў высокаагрэсіўных умовах.
2. Звышшырокі дыяпазон тэмператур, стабільная праца пры экстрэмальна высокіх і нізкіх тэмпературах

   ПТФЭ вытрымлівае працяглыя тэмпературы ад -200°C да +260°C і кароткачасовыя пікі да 300°C, не даючы далікатнага разбурэння пры нізкіх тэмпературах і не размякчаючыся пры высокіх, захоўваючы стабільныя характарыстыкі герметызацыі. Ён ахоплівае экстрэмальныя тэмпературныя рэжымы, такія як крыягенныя (СПГ, вадкі кісларод), высокатэмпературная пара, гарачая нафта і высокатэмпературныя хімічныя асяроддзі, з тэмпературнай адаптацыяй, якая значна перавышае UPE.
3. Звышнізкі каэфіцыент трэння, пераважны для дынамічнага ўшчыльнення пры высокай хуткасці

   Каэфіцыент трэння чыстага PTFE складае 0,02–0,04, а пасля напаўнення вугляродным/шкловалакном — 0,05–0,1, што з'яўляецца самым нізкім сярод цвёрдых матэрыялаў, з мінімальнай розніцай статычнага і дынамічнага трэння і адсутнасцю перарывістага слізгацення. Ён падыходзіць для высакахуткасных поршнева-паступальных (≤15 м/с) і высакахуткасных ратацыйных ушчыльненняў, такіх як высакахуткасныя гідраўлічныя рухавікі, турбінныя помпы і ўшчыльненні вала ратацыйных прыбораў, бо мае нізкае супраціўленне трэнню, энергаспажыванне і знос.
4. Выдатная ўстойлівасць да паўзучасці, надзейнае ўшчыльненне пад высокім ціскам

   Напоўнены PTFE (20% вугляроднага валакна) мае дэфармацыю пры сцісканні <5%, высокую ўстойлівасць да паўзучасці і экструзіі, а таксама можа вытрымліваць высокі ціск да 45 МПа. Ушчыльняльная аблямоўка шчыльна прылягае пад высокім ціскам з нізкай хуткасцю ўцечкі (<1×10⁻⁶ Па·м³/с), падыходзіць для гідраўлічных сістэм высокага ціску, клапанаў высокага ціску і ўшчыльненняў сасудаў пад ціскам.
5. Моцная ўстойлівасць да старэння і надвор'я, не патрабуе доўгатэрміновага абслугоўвання

   ПТФЭ мае стабільныя малекулярныя ланцугі, не акісляецца, не раскладаецца, устойлівы да ультрафіялетавага выпраменьвання і радыяцыі, не губляючы сваіх характарыстык пры працяглым захоўванні (неабмежаваны тэрмін прыдатнасці) або выкарыстанні на адкрытым паветры. Ён не патрабуе частай замены і мае нізкія эксплуатацыйныя выдаткі.
6. Высокая неліпкасць, нізкая схільнасць да забруджвання і лёгкая чыстка

   ПТФЭ мае надзвычай нізкую павярхоўную энергію, не прыліпае да асяроддзяў, устойлівы да забруджванняў і адкладаў вугляроду, а таксама лёгка чысціцца. Ён падыходзіць для ўшчыльненняў для асяроддзяў, схільных да забруджванняў (напрыклад, сіропу, клеяў, солевых раствораў), скарачаючы час прастою з-за чысткі.

Недахопы

1. Нізкая зносаўстойлівасць чыстага PTFE, кароткі тэрмін службы ва ўмовах высокага зносу

   Чысты PTFE мае слабую зносаўстойлівасць і дрэнную ўстойлівасць да абразіўнага зносу і парэзаў, лёгка зношваецца і драпаецца ў асяроддзях з цвёрдымі часціцамі і шурпатымі паверхнямі, што прыводзіць да хуткага разбурэння ўшчыльнення. Напаўненне вугляродным/шкловалакном паляпшае зносаўстойлівасць, але ўсё яшчэ дасягае толькі 1/5–1/2 ад UPE, пры значна карацейшым тэрміне службы, чым UPE, ва ўмовах высокага зносу.
2. Слабая ўдаратрываласць, адносна далікатны

   ПТФЭ (асабліва чыстага гатунку) далікатны, мае дрэнную ўстойлівасць да ўдараў і вібрацыі, схільны да расколін і сколаў пад уздзеяннем ударных нагрузак, эксцэнтрычнай вібрацыі вала і моцных ваганняў ціску, з меншай дынамічнай надзейнасцю ўшчыльнення, чым у UPE.
3. Высокая шчыльнасць, вялікая вага і высокі кошт

   ПТФЭ мае шчыльнасць 2,1–2,2 г/см³, што робіць ушчыльняльнікі такога ж памеру ў 2,3 разы цяжэйшымі за UPE і менш зручнымі ў мантажы. Кошт сыравіны высокі, а апрацоўка патрабуе спякання пад ціскам (чысты гатунак) або дакладнай рэзкі (напоўнены гатунак) са складанымі працэсамі. Выдаткі на масавую вытворчасць у 1,5–2 разы вышэйшыя, чым у выпадку ўшчыльняльнікаў з спружынным уцяпленнем UPE, што стварае высокі парог цаны.
4. Высокая чысціня, але рызыка забруджвання некаторымі напаўняльнікамі

   Чысты PTFE адпавядае патрабаванням FDA, але PTFE, напоўнены вугляродным/шкловалакном, можа губляць дробныя часцінкі напаўняльніка пасля зносу ў харчовай і фармацэўтычнай прамысловасці, што стварае рызыку забруджвання асяроддзя. Для харчовай і фармацэўтычнай прамысловасці пераважней выкарыстоўваць чысты PTFE або UPE.

4. Зводная табліца асноўных адрозненняў паміж спружыннымі ўшчыльняльнікамі UPE і PTFE

5. Рэкамендацыі па выбары ўмоў працы

1. Пераважныя сцэнарыі для спружынных ушчыльненняў UPE
   • Умовы высокага зносу: цвёрдыя часціцы, пыл, шурпатыя кантактныя паверхні (здабыча карысных выкапняў, цэмент, вугаль, пясок);
   • Харчовыя/фармацэўтычныя/чыстыя прымянення: непасрэдны кантакт з ежай, фармацэўтычнымі прэпаратамі, пітной вадой, які патрабуе нетаксічнай чысціні;
   • Нізкатэмпературныя (≤80°C) умовы без карозіі: вадзяная гідраўліка, ачыстка сцёкавых вод, крыягенныя рэзервуары для звадкаванага прыроднага газу, агульныя гідраўлічныя сістэмы;
   • Эканамічна выгадныя і эканамічна эфектыўныя ўмовы сярэдняга і нізкага ціску.
2. Пераважныя сцэнарыі для ўшчыльняльнікаў з PTFE-пружын пад напругай
   • Моцнаагрэсіўныя ўмовы: кіслоты, шчолачы, арганічныя растваральнікі, агрэсіўныя газы (хімічнае, гальванічнае, пестыцыднае абсталяванне);
   • Высокатэмпературныя (>100°C) або крыягенныя (-200°C) умовы: высокатэмпературная пара, гарачая нафта, звадкаваны прыродны газ, вадкі кісларод;
   • Высокі ціск (>20 МПа), дынамічныя ўмовы высокай хуткасці (>5 м/с): гідраўлічныя сістэмы высокага ціску, высакахуткасныя ўшчыльненні вала, дакладныя прыборы;
   • Доўгатэрміновыя ўмовы на адкрытым паветры, якія не патрабуюць абслугоўвання, устойлівыя да старэння.

6. Заключэнне