ღრმა ზღვის ნავთობისა და გაზის საბადოებში აფეთქების საწინააღმდეგო მოწყობილობების, თვითმფრინავის ძრავის საწვავის მარეგულირებელი სარქველებისა და ხელოვნური გულის სარქველების ძირითად მართვის ერთეულებში, პოლიეთერეთერკეტონის (PEEK) დამზადებული ზუსტი სარქვლის ფირფიტა ტრადიციული ლითონებისა და ჩვეულებრივი პლასტმასის შეზღუდვებს რევოლუციური მუშაობით არღვევს. სპეციალური საინჟინრო პლასტმასის მწვერვალის სახით, PEEK სარქვლის ფირფიტებმა ხელახლა განსაზღვრა სითხის მართვის კომპონენტების საიმედოობის სტანდარტები ტემპერატურის, წნევისა და გარემოს სამმაგი ექსტრემალური გამოწვევის პირობებში. ეს სტატია ღრმად აანალიზებს ამ მაღალი კლასის სარქვლის ფირფიტის ტექნიკურ კოდს მასალათმცოდნეობის, წარმოების პროცესის, გამოყენების სცენარებისა და ტექნოლოგიური საზღვრების ასპექტებიდან.
1. PEEK-ის მოლეკულური გენები და შესრულების უპირატესობები
1. მოლეკულური სტრუქტურული მახასიათებლები
PEEK (პოლიეთერეთერკეტონი) შედგება ბენზოლის რგოლების, ეთერული ბმებისა და კეტონური ჯგუფების მონაცვლეობითი მონაცვლეობისგან. მისი მოლეკულური ჯაჭვის სიმტკიცე და კრისტალურობა (30%~35%) მას უნიკალურ თვისებებს ანიჭებს:
არომატული რგოლის ხისტი ჩონჩხი: უზრუნველყოფს ულტრამაღალ მექანიკურ სიმტკიცეს (დაჭიმვის სიმტკიცე >100 მპა);
ეთერული ბმის მოქნილი სექცია: უზრუნველყოფს დაბალტემპერატურულ სიმტკიცეს (-60℃ დარტყმითი სიმტკიცის შენარჩუნების მაჩვენებელი >80%);
კეტონის სტაბილურობა: მდგრადია ქიმიური ეროზიისა და თერმული დეგრადაციის მიმართ (მინის გარდამავალი ტემპერატურა 143℃, დნობის წერტილი 343℃).
2. ექსტრემალური შესრულების პარამეტრები
PEEK-ის შედარება (ლითონი/ჩვეულებრივი პლასტმასი)
უწყვეტი გამოყენების ტემპერატურა 260℃ (მოკლევადიანი ტემპერატურის წინააღმდეგობა 316℃) უჟანგავი ფოლადი: 600℃/PTFE: 260℃
დაჭიმვის სიმტკიცე 100~140 მპა ალუმინის შენადნობი: 200~500 მპა
ქიმიური მდგრადობა: კონცენტრირებული გოგირდმჟავას (95%), NaOH (50%) მიმართ მდგრადი. 316L უჟანგავი ფოლადი მიდრეკილია Cl⁻-თან შეხებისას ორმოების წარმოქმნისკენ.
ხახუნის კოეფიციენტი 0.3~0.4 (მშრალი ხახუნი) PTFE: 0.05~0.1
სიმკვრივე 1.32 გ/სმ³ ალუმინი: 2.7 გ/სმ³/ფოლადი: 7.8 გ/სმ³
ძირითადი უპირატესობები:
მსუბუქი ლითონის ჩანაცვლება: 60%-ით მსუბუქია, ვიდრე უჟანგავი ფოლადის სარქვლის დისკები, რაც ამცირებს ინერციულ ძალას;
კოროზიისადმი მდგრადი და მოვლა-პატრონობის გარეშე: თავიდან აიცილეთ ელექტროქიმიური კოროზიის და ლითონის სარქვლის დისკების საფარის ცვენის რისკები;
ზუსტი ჩამოსხმის შესაძლებლობა: 0.1 მმ ულტრა თხელი სარქვლის დისკების დამუშავება შესაძლებელია ±0.01 მმ ტოლერანტობით.
2. PEEK სარქვლის დისკების ოთხი ძირითადი გამოყენების სცენარი
1. ნავთობისა და გაზის ენერგეტიკული საბადო
ღრმა ზღვის აფეთქების საწინააღმდეგო სარქვლის დისკები:
უძლებს 150 მპა წყლის წნევას და H₂S კოროზიას (კონცენტრაცია >1000 ppm), 10 წელზე მეტი ხნის მომსახურების ხანგრძლივობით;
შემთხვევა: ნორვეგიაში, Equinor Company-ის ლოფოტენის ნავთობის საბადო, ლითონის სარქვლის დისკების შეცვლის შემდეგ, მოვლა-პატრონობის ხარჯები 70%-ით შემცირდა.
ფიქლის გაზის მოტეხილობის ტუმბო:
ქვიშის ეროზიისადმი მდგრადი (ცვეთის სიჩქარე <0.01 გ/სთ), 70 მპა წნევის რყევებისადმი მდგრადი;
ზედაპირის ლაზერული მოპირკეთება ვოლფრამის კარბიდის საფარით (WC), სიმტკიცე გაზრდილია HV 1200-მდე.
2. აერონავტიკა და სამხედრო მრეწველობა
საავიაციო საწვავის მარეგულირებელი სარქველი:
ნაკადის კონტროლის სიზუსტის შენარჩუნება ±1%-ის ფარგლებში -55℃~150℃ ტემპერატურის მონაცვლეობით;
გაიარა MIL-STD-810G ვიბრაციის ტესტი (20~2000Hz, 50 გრამი).
რაკეტის საწვავის სარქველი:
მდგრადია თხევადი ჟანგბადის (-183℃) და ჰიდრაზინის საწვავის კოროზიის მიმართ;
გამა სხივების დასხივებისადმი მდგრადია (კუმულაციური დოზა >1000 კგ).
3. სამედიცინო აღჭურვილობა
ხელოვნური გულის სარქველი:
ბიოშეთავსებადობა (ISO 10993 სერტიფიკატი), მდგრადია ხანგრძლივი სისხლის დალექვის მიმართ;
ჰემოდინამიკური ოპტიმიზაციის დიზაინი ტურბულენტობისა და კოაგულაციის რისკების შესამცირებლად.
სამედიცინო სტერილიზაციის აღჭურვილობა:
მდგრადია 132℃ ორთქლის სტერილიზაციის მიმართ (>5000 ციკლი), არ უარესდება მუშაობის ხარისხი;
ზედაპირის ანტიბაქტერიული საფარი (ვერცხლის იონების დოპინგური ეფექტი), ანტიბაქტერიული მაჩვენებელი >99.9%.
4. მაღალი დონის სამრეწველო აღჭურვილობა
ზეკრიტიკული CO₂ ტურბინა:
სტაბილურად მუშაობს 31℃/7.38MPa კრიტიკულ წერტილთან ახლოს, <0.1%-იანი გაჟონვის სიჩქარით;
CO₂ ფაზის ცვლილებით გამოწვეული თერმული შოკისადმი მდგრადია (ტემპერატურის ცვლილების სიჩქარე >100℃/წმ).
ნახევარგამტარული ულტრასუფთა წყლის სარქველი:
ლითონის იონების ნალექი <0.1ppb (SEMI F57 სტანდარტი);
მაღალი სიხშირის გაღებითა და დახურვით გამოწვეული დაღლილობის უკმარისობისადმი მდგრადია (>1 მილიონი ციკლი).
III. წარმოების პროცესი და ტექნიკური გამოწვევები
1. ზუსტი ჩამოსხმის ტექნოლოგია
ინექციური ჩამოსხმა:
პროცესის პარამეტრები: დნობის ტემპერატურა 380~400℃, ყალიბის ტემპერატურა 160~180℃, შეკავების წნევა 120~150MPa;
სირთულე: კრისტალურობის კონტროლი სიმტკიცისა და სიმტკიცის დასაბალანსებლად (საჭიროა ყალიბის დინამიური ტემპერატურის კონტროლის ტექნოლოგია).
დამუშავება:
გამოიყენეთ PCD ინსტრუმენტი (ალმასის საფარი), სიჩქარე 3000~5000 ბრ/წთ, მიწოდება 0.05 მმ/ბრ/წთ;
ზედაპირის უხეშობა აღწევს Ra 0.2μm-ს (სარკისებრი კლასი).
2. არმატურის მოდიფიკაციის ტექნოლოგია
ბოჭკოვანი გამაგრება:
ნახშირბადის ბოჭკო (30%): დაჭიმვის სიმტკიცე გაიზარდა 300 მპა-მდე, სითბური დეფორმაციის ტემპერატურამ (HDT) მიაღწია 315℃-ს;
მინის ბოჭკო (30%): ღირებულება შემცირებულია 40%-ით, შესაფერისია სამოქალაქო გამოყენებისთვის.
ნანოკომპოზიტი:
გრაფენი (2%~5%): თბოგამტარობა გაიზარდა 1.5W/m·K-მდე, რაც ამცირებს თერმულ დაძაბულობას დეფორმაციაში;
სილიციუმის ნანოსფეროები (5%): ხახუნის კოეფიციენტი შემცირებულია 0.2-მდე, რაც ახანგრძლივებს ცვეთის ვადას.
3. ზედაპირის ფუნქციონალიზაცია
პლაზმური შესხურება:
Al₂O₃-TiO₂ საფარის დაფენით, მაღალ ტემპერატურაზე დაჟანგვისადმი მდგრადობა 5-ჯერ გაიზარდა;
იონური იმპლანტაცია:
აზოტის იონის იმპლანტაციის ზედაპირი, მიკროსიმაგრე გაზრდილი HV 400-მდე;
ქიმიური მოპირკეთება:
უელექტრო ნიკელ-PTFE კომპოზიტური ფენა, ცვეთამედეგი და თვითშეზეთვის თვისებებით.
IV. ტექნიკური შეფერხებები და ინოვაციური მიმართულებები
1. მიმდინარე გამოწვევები
მაღალი ტემპერატურის ცოცვა: 260°C-ზე მაღალი ტემპერატურის ხანგრძლივი გამოყენებისას დეფორმაცია 0.5%-დან 1%-მდე ცოცვამდე იზრდება;
მაღალი ღირებულება: ნედლეულის ფასი დაახლოებით 600~800 ₾/კგ-ია, რაც ზღუდავს სამოქალაქო პოპულარიზაციას;
რთული შეკავშირება: დაბალი ზედაპირული ენერგია (44 მნ/მ), საჭიროა პლაზმური აქტივაციის დამუშავება.
2. სასაზღვრო გარღვევის გზა
3D ბეჭდვის ტექნოლოგია:
ლაზერული სინთეზირება (SLS) პირდაპირ აწარმოებს რთული ნაკადის არხის ინტეგრირებულ სარქვლის ფირფიტებს, რათა შეამციროს აწყობის გაჟონვის წერტილები;
შემთხვევა: GE Additive-ის მიერ შემუშავებული PEEK ფხვნილისებრი საბეჭდი სარქვლის ფირფიტები <0.5%-იანი ფორიანობით.
მოლეკულური სტრუქტურის ოპტიმიზაცია:
ბიფენილის სტრუქტურის (PEEK-PEDEK კოპოლიმერის) შემოღებით, მინის გადასვლის ტემპერატურა იზრდება 160℃-მდე;
ინტელექტუალური კომპოზიტური მასალები:
ნახშირბადის ნანომილაკების სენსორული ქსელის ჩასმა სარქვლის ფირფიტის დაძაბულობის განაწილებისა და ბზარის წარმოქმნის რეალურ დროში მონიტორინგისთვის.
V. შერჩევისა და მოვლა-პატრონობის სახელმძღვანელო
1. ძირითადი შერჩევის პარამეტრები
ტემპერატურა-წნევის კონვერტი: დაადასტურეთ, აღემატება თუ არა პიკური ტემპერატურა და წნევა PEEK-ის ტოლერანტობის ზღვარს;
თავსებადობა გარემოსთან: მოერიდეთ კონტაქტს კონცენტრირებულ აზოტმჟავასთან, კონცენტრირებულ გოგირდმჟავასთან (>50%) და გამდნარ ტუტე ლითონებთან;
დინამიური სიხშირე: მაღალი სიხშირის მოძრაობის სცენებისთვის (>10 ჰც) უპირატესობა ენიჭება ნახშირბადის ბოჭკოვანი გამაგრების მოდელებს.
2. ინსტალაციისა და მოვლა-პატრონობის სპეციფიკაციები
წინასწარი დატვირთვის კონტროლი: ჭანჭიკების ბრუნვის მომენტის შეცდომა <±5% (ციფრული ბრუნვის მომენტის გასაღების გამოყენებით);
შეზეთვის სტრატეგია: გამოიყენეთ პერფტორპოლიეთერის (PFPE) ცხიმი ხახუნის ენერგიის მოხმარების 30%-ით შესამცირებლად;
სიცოცხლის ხანგრძლივობის მონიტორინგი: ზედაპირის სიმტკიცის ტესტი ყოველ 5000 საათში (საჭიროა შეცვლა, თუ ვარდნა >10%-ია).
დასკვნა: ლაბორატორიიდან სამრეწველო ობიექტზე გადასვლა
PEEK სარქვლის დისკები, „ფოლადის პლასტმასის ჩანაცვლების“ რევოლუციური ფუნქციით, აგრძელებს მასალების ლიმიტების გადალახვას მაღალი დონის სფეროებში, როგორიცაა ენერგეტიკა, ავიაცია და სამედიცინო მკურნალობა. 3D ბეჭდვის ტექნოლოგიისა და ნანომოდიფიკაციის ღრმა ინტეგრაციის წყალობით, მომავლის PEEK სარქვლის დისკებს ექნებათ ზუსტი სტრუქტურა, ინტელექტუალური აღქმა და ულტრახანგრძლივი სიცოცხლის ხანგრძლივობა, რაც გახდება სითხის კონტროლის საბოლოო გადაწყვეტა ექსტრემალურ სამუშაო პირობებში.
გამოქვეყნების დრო: 2025 წლის 11 მარტი