Technické vlastnosti, úpravy procesu a příručka pro inženýrské aplikace PTFE těsnění

V moderním průmyslovém technologii řízení kapalin a těsnění vykazují tradiční pryžová a elastomerová těsnění stále více svá omezení v důsledku silné korozivní aktivity médií, drastických výkyvů teploty systému a převládajících provozních podmínek s vysokým tlakem.Těsnění z polytetrafluorethylenu (PTFE)– běžně označované jako „král plastů“ – se staly nepostradatelnými těsnicími prvky v petrochemickém průmyslu, výrobě polovodičů, zdravotnických prostředcích a vysoce přesných zařízeních díky své bezkonkurenční chemické inertnostem, extrémně širokému teplotnímu rozsahu a pozoruhodně nízkému koeficientu tření.

1. Základní výhody materiálu PTFE z hlediska výkonu

Schopnost těsnění z PTFE udržovat stabilní výkon za extrémních podmínek pramení především z jejich silnévazby C–Fv jejich molekulární struktuře:

• Extrémně široký teplotní rozsahFunguje stabilně od-200 °C až +260 °C, který umožňuje manipulaci jak s kryogenním kapalným dusíkem, tak s vysokoteplotní párou nebo termálním olejem.

• Výjimečná chemická stabilitaVykazuje úplnou chemickou inertnost vůči téměř všem silným kyselinám, zásadám, silným oxidačním činidlům a organickým rozpouštědlům, s výjimkou roztavených alkalických kovů a elementárního fluoru za vysoké teploty a tlaku.

• Samomazné s nízkým třenímVyznačuje se velmi nízkým dynamickým a statickým koeficientem tření (0,04–0,10), zajištění plynulého provozu za sucha nebo bez mazání a zabránění jevu zasekávání a skluzu.

• Odolnost proti povětrnostním vlivům a nízká nasákavostVykazuje vynikající odolnost vůči povětrnostním vlivům, záření a téměř nulovou absorpci vody, přičemž si zachovává své vlastnosti i při dlouhodobém skladování a provozu.

2. Omezení panenského PTFE a modifikačních technologií

Přestože panenský PTFE nabízí vynikající fyzikální a chemické vlastnosti, jeho vysoká tekutost za studena (creep), nízká odolnost proti opotřebení a nedostatečná pevnost v tahu omezují jeho přímé použití ve vysokotlakých nebo vysokorychlostních pístových aplikacích. Pro zlepšení jeho celkového mechanického výkonu,vyplněná modifikacese široce používá ve strojírenství:

3. Typické struktury PTFE těsnění a technické aplikace

Kombinací modifikačních technologií s přesným obráběním se PTFE těsnění vyvinula do několika klasických průmyslových strukturálních forem:

1. Těsnění s pružinovým pohonem (Omniseal / Variseal)

• Strukturální složeníSkládá se z vnějšího modifikovaného PTFE těsnicího pláště v kombinaci s vnitřní kovovou pružinou odolnou proti korozi (například pružiny ve tvaru V, U nebo C).

• Mechanismus dvojí ochrany:

  • Modifikovaný PTFE těsnicí plášťPřímo se dotýká těsnicího média a kovových spojovací části (hřídel/díra), čímž vytváří dynamický i statický kontaktní povrch s nízkým třením a odolností proti korozi.

  • Kovová pružinaInstaluje se uvnitř pláště a zajišťuje nepřetržité, trvalé předpětí pružiny, které účinně kompenzuje pokles těsnicí síly způsobený opotřebením, teplotními změnami nebo tečením PTFE za studena (creep).

• Princip fungováníPoužívá vnitřní pružinu pro počáteční předpětí v kombinaci s tlakem systémové kapaliny pro dosažení samotěsnění.

• AplikaceKryogenní ventily pro LNG, letecké hydraulické ventily, zařízení pro leptání polovodičů a další extrémní prostředí.

2. Kombinovaná těsnění (Glyd Rings / Stupňovitá těsnění)

• Strukturální prvkySkládá se z PTFE stupňovitého kroužku v kombinaci s pryžovým O-kroužkem, který zajišťuje elastické předpětí.

• Princip fungováníO-kroužek zajišťuje stabilní radiální pružnost, která přitlačuje těsnicí kroužek z PTFE k těsnicí ploše, čímž udržuje integritu těsnění za vysokého tlaku a zároveň využívá PTFE k minimalizaci vratného tření.

• AplikaceHlavní hydraulické válce pro bagry, upínací válce pro vstřikovací lisy a těsnění pístů/pístních tyčí hydraulických válců.

3. Těsnění z expandovaného PTFE (ePTFE)

• Strukturální prvkyVytvořeno specializovaným procesem natahování, který vytváří porézní síťovou strukturu z mikrovláken.

• Princip fungováníZachovává si plnou chemickou odolnost PTFE a zároveň získává vynikající flexibilitu a odolnost proti tečení, čímž se bezproblémově přizpůsobuje drsným nebo nerovným povrchům přírub.

• AplikaceTěsnění smaltovaných reaktorů, skleněných potrubních přírub a silných nádrží na kyseliny/alkálie.

4. Postupy návrhu, zpracování a instalace

• Přesné obráběníPTFE má nízkou tepelnou vodivost a vysoký koeficient tepelné roztažnosti. Během obrábění jsou nutné ostré řezné nástroje a účinná tepelná regulace, aby se zabránilo překročení mezí rozměrových tolerancí v důsledku lokálního přehřátí.

• Návrh drážek a zkoseníPři montáži PTFE těsnění musí být konec hřídele a vstup do drážky opatřenyZkosení náběhu 15°–30°s důkladně odstraněnými všemi otřepy, aby se zabránilo poškození těsnicích břitů z PTFE ostrými hranami.

• Specializované instalační nástrojePro kombinovaná těsnění z PTFE v uzavřených drážkách,specializované nástroje pro rozšiřování a změnu velikostimusí být použit během instalace. Po roztažení a usazení PTFE komponentu do drážky obnoví pouzdro pro úpravu velikosti své původní rozměry, aby se zachovalo požadované počáteční těsnicí napětí.

S vývojem nových materiálů a výrobních procesů se modifikovaná PTFE těsnění neustále uplatňují v aplikacích s vysokým tlakem, vysokou frekvencí, ultra nízkými teplotami a nulovou kontaminací a slouží jako nezbytné základní komponenty moderních špičkových zařízení.