V průmyslových zařízeních a fluidních systémech je účinné těsnění zásadní pro zajištění provozní integrity a prevenci úniku médií. Výběr těsnicích materiálů, zejména jejich schopnost odolávat vnitřnímu tlaku, je základním faktorem určujícím úspěšnost těsnění. Nesprávný výběr může vést k předčasnému selhání těsnění, netěsnosti a potenciálním bezpečnostním rizikům. Tato příručka popisuje hlavní těsnicí materiály doporučené pro různé tlakové rozsahy.
I. Nízkotlaké aplikace (0–5 MPa)
Běžné scénáře: Pneumatické systémy, nízkotlaké hydraulické systémy, úprava vody, stroje na výrobu potravin a nápojů, těsnění pístnic s nízkým zatížením.
Výběr materiálu:
1. Nitrilový kaučuk (NBR): Nejúspornější a nejvšestrannější volba pro nízkotlaké aplikace. Nabízí vynikající odolnost vůči hydraulickým olejům, mazivům, palivům a vzduchu na bázi ropy, a proto přináší vynikající hodnotu. Ideální pro většinu nízkotlakých olejových hydraulických a pneumatických aplikací.
2. Monomer ethylenpropylendienu (EPDM): Vynikající odolnost vůči horké vodě, páře, chladicí kapalině (glykolu), ketonům a slabým kyselinám/zásadám. Není vhodný pro minerální oleje ani paliva. Používá se především k utěsnění médií na vodní bázi a teplonosných kapalin v nízkotlakých systémech.
3. Polyuretan (PU/AU/EU): Vyznačuje se extrémní odolností proti oděru a vysokou mechanickou pevností. Díky své vynikající odolnosti proti vytlačování a opotřebení při nízkém tlaku je výjimečnou volbou pro pístní těsnění (např. těsnění pístů a tyčí), kde výrazně překonává standardní pryž z hlediska životnosti.
Shrnutí: Pro nízkotlaké aplikace upřednostněte kompatibilitu s médii. NBR je výchozí všestrannou volbou, PU nabízí delší životnost a EPDM je specializovaný pro vodná a polární média.
II. Aplikace se středním tlakem (5–30 MPa)
Běžné scénáře: Stavební stroje, vstřikovací lisy, obráběcí stroje, hydraulické systémy středního výkonu.
Výběr materiálu:
1. Polyuretan (PU): Převládající volba pro středotlakou hydrauliku. Jeho vysoká mechanická pevnost, tvrdost a výjimečná odolnost proti protlačování účinně bojují proti deformaci vyvolané tlakem a protlačování v mezerách, což z něj činí preferovaný materiál pro těsnění pístů a pístnic.
2. Nitrilový kaučuk (NBR): Vyztužené směsi NBR mohou být stále vhodné pro aplikace, kde tlak zůstává pod 15–20 MPa a teploty jsou mírné, zejména v aplikacích statických těsnění, jako jsou O-kroužky. Jejich odolnost proti vytlačování je však podstatně nižší než u PU.
3. Fluoroelastomer (FKM/Viton®): Preferovaná volba, pokud se jedná o média s vysokými teplotami, palivy nebo agresivními chemikáliemi (např. kyselé kapaliny), a to i v rozsahu středního tlaku. FKM poskytuje vynikající chemickou odolnost a odolnost vůči vysokým teplotám (až 200 °C+).
Shrnutí: Ve středotlakých situacích je odolnost proti extruzi prvořadá. Polyuretan (PU) je primární volbou pro dynamická těsnění, zatímco fluoroelastomer (FKM) je vybrán pro náročná chemická prostředí a prostředí s vysokými teplotami.
III. Aplikace s vysokým a ultravysokým tlakem (nad 30 MPa, až 100 MPa+)
Běžné scénáře: Hydraulické zvedáky, ultravysokotlaká čerpadla, řezání vodním paprskem, zařízení pro ropné a plynové vrty, systémy pro testování tlakových nádob.
Výběr materiálu:
1. Polyuretan (PU): Speciálně formulované a konstruované polyuretany (např. litý polyuretan) zůstávají schůdnou možností pro vysokotlaká dynamická těsnění, ale vyžadují přesné složení a návrh těsnění, což často vyžaduje použití opěrných kroužků proti vytlačování.
2. Kompozity z aramidových vláknitých materiálů / technické plasty (PEEK, plněný PTFE): Jedná se o kritické materiály pro aplikace s ultravysokým tlakem. Nejedná se o elastomery, ale o vysoce výkonné plasty s výjimečnou mechanickou pevností a modulem.
•Plněný PTFE: Přidání plniv, jako jsou skleněná vlákna, měď nebo uhlíková vlákna, do PTFE drasticky zlepšuje jeho pevnost v tlaku a odolnost proti vytlačování. Běžně se používá pro záložní kroužky a těsnicí kroužky k ochraně primárních těsnění před vytlačováním a poškozením.
• PEEK: Nabízí extrémně vysokou pevnost, tuhost a teplotní odolnost, používá se k výrobě těsnicích kroužků a opěrných kroužků v prostředí s velmi vysokým tlakem.
3. Kovová těsnění (měď nebo nerezová ocel): Při extrémním tlaku (např. >70 MPa), vysoké teplotě nebo vysokém rázovém tlaku dosahují elastomery a plasty svých limitů. Kovové O-kroužky nebo C-kroužky se stávají dokonalým řešením. Těsní pomocí plastické deformace, což nabízí extrémní spolehlivost, ale obvykle jsou jednorázové a vyžadují vysoké předpětí při instalaci.
Shrnutí: Pro podmínky ultravysokého tlaku se strategie přesouvá od „elastického těsnění“ k „tuhému uzavření“. Nezbytné jsou vysoce pevné technické plasty (vyztužený PTFE, PEEK) a kovy, přičemž konstrukce se zaměřují na minimalizaci deformace a vytlačování.
IV. Klíčové další faktory výběru
Tlak není jediným kritériem; výběr musí zahrnovat komplexní posouzení:
• Teplota: Provozní teplotní rozsah materiálu musí plně odpovídat teplotě systému. Vysoké teploty urychlují stárnutí; nízké teploty způsobují křehnutí.
• Kompatibilita s médii: Toto je hlavní předpoklad. Zvolený materiál nesmí být korodovaný, nabobtnalý ani degradovaný utěsněným médiem.
• Typ pohybu: Statické těsnění, vratné dynamické těsnění nebo rotační těsnění? Každý typ pohybu klade jiné požadavky na odolnost proti opotřebení, tvorbu tepla a tepelnou vodivost.
• Kompatibilita hardwaru: Konstrukce systémové vůle, povrchová úprava a tvrdost přímo ovlivňují odolnost těsnění proti extruzi a míru opotřebení.
Závěr:
Výběr materiálů těsnění je výzvou v systémovém inženýrství, kde tlak slouží jako klíčový rozlišovací faktor:
• Nízký tlak: Zaměření na média. NBR/EPDM jsou hlavními materiály.
• Střední tlak: Zaměření na odolnost proti vytlačování. PU/FKM jsou hlavní volbou.
•Vysoký tlak: Zaměření na pevnost. Kompozity a kovy přebírají kontrolu.
Pragmatický princip výběru je: při splnění požadavků na médium a teplotu zvolit materiály s dostatečnou odolností proti vytlačování a mechanickou pevností na základě pracovního tlaku a zajistit správný návrh těsnicí drážky a vůle. Nejdražší materiál nemusí být nutně nejlepší; optimální volbou je ta, která nejlépe vyhovuje specifickým provozním podmínkám.
Čas zveřejnění: 23. srpna 2025