În echipamentele industriale și sistemele de fluide, etanșarea eficientă este esențială pentru asigurarea integrității operaționale și prevenirea scurgerilor de mediu. Selectarea materialelor de etanșare, în special capacitatea lor de a rezista la presiunea internă, este un factor fundamental care determină succesul etanșării. Selecția incorectă poate duce la defectarea prematură a etanșării, scurgeri și potențiale pericole pentru siguranță. Acest ghid prezintă principalele materiale de etanșare recomandate pentru diferite intervale de presiune.
I. Aplicații la presiune joasă (0 – 5 MPa)
Scenarii comune: Sisteme pneumatice, sisteme hidraulice de joasă presiune, tratarea apei, utilaje pentru industria alimentară și a băuturilor, etanșări pentru tije alternative cu sarcină redusă.
Selecția materialelor:
1. Cauciuc nitrilic (NBR): Cea mai economică și versatilă alegere pentru aplicații de joasă presiune. Oferă o rezistență excelentă la uleiurile hidraulice pe bază de petrol, lubrifianți, combustibili și aer, oferind o valoare remarcabilă. Ideal pentru majoritatea utilizărilor hidraulice și pneumatice la presiune joasă.
2. Monomer de etilen propilen dienă (EPDM): Rezistență excelentă la apă fierbinte, abur, agent de răcire (glicol), cetone și acizi/baze slabe. Nu este potrivit pentru uleiuri minerale sau combustibili. Se utilizează în principal pentru etanșarea mediilor pe bază de apă și a fluidelor de transfer termic în sisteme de joasă presiune.
3. Poliuretan (PU/AU/EU): Caracterizat prin rezistență extremă la abraziune și rezistență mecanică ridicată. La presiune scăzută, rezistența sa superioară la extrudare și proprietățile de uzură îl fac o alegere excepțională pentru etanșările cu piston (de exemplu, etanșările pentru piston și tijă), depășind semnificativ cauciucul standard în ceea ce privește durata de viață.
Rezumat: Pentru aplicațiile cu presiune joasă, prioritizați compatibilitatea mediilor. NBR este opțiunea versatilă implicită, PU oferă o durată de viață îmbunătățită, iar EPDM este specializat pentru medii apoase și polare.
II. Aplicații la presiune medie (5 – 30 MPa)
Scenarii comune: Utilaje de construcții, mașini de turnare prin injecție, mașini-unelte, sisteme hidraulice de putere medie.
Selecția materialelor:
1. Poliuretan (PU): Alegerea predominantă pentru hidraulica de presiune medie. Rezistența mecanică ridicată, duritatea și rezistența excepțională la extrudare combat eficient deformarea indusă de presiune și extrudarea interstițiului, ceea ce îl face materialul preferat pentru etanșările pistoanelor și tijelor.
2. Cauciuc nitrilic (NBR): Compușii NBR ranforsați pot fi în continuare potriviți pentru aplicații în care presiunea rămâne sub 15-20 MPa și temperaturile sunt moderate, în special în aplicații de etanșare statică, cum ar fi inelele O. Cu toate acestea, rezistența sa la extrudare este considerabil mai mică decât cea a PU.
3. Fluoroelastomer (FKM/Viton®): Alegerea preferată atunci când mediul implică temperaturi ridicate, combustibili sau substanțe chimice agresive (de exemplu, fluide acide), chiar și în intervalul de presiune medie. FKM oferă o rezistență chimică superioară și performanță la temperaturi ridicate (până la 200°C+)
Rezumat: În scenariile de presiune medie, rezistența la extrudare este primordială. Poliuretanul (PU) este alegerea principală pentru etanșările dinamice, în timp ce fluoroelastomerul (FKM) este selectat pentru medii chimice solicitante și cu temperaturi ridicate.
III. Aplicații la presiune înaltă și ultra-înaltă (peste 30 MPa, până la 100 MPa+)
Scenarii comune: Cricuri hidraulice, pompe de ultra-înaltă presiune, tăiere cu jet de apă, echipamente pentru sonde de petrol și gaze, sisteme de testare a vaselor sub presiune.
Selecția materialelor:
1. Poliuretan (PU): Poliuretanii special formulați și proiectați (de exemplu, poliuretanul turnat) rămân o opțiune viabilă pentru etanșările dinamice de înaltă presiune, dar necesită o formulare și un design precis al etanșării, adesea impunând utilizarea de inele de rezervă anti-extrudare.
2. Compozite din fibre de aramidă / Materiale plastice inginerești (PEEK, PTFE umplut): Acestea sunt materiale esențiale pentru aplicații la presiune ultra-înaltă. Nu sunt elastomeri, ci materiale plastice de înaltă performanță, cu rezistență mecanică și modul de elasticitate excepționale.
•PTFE umplut: Adăugarea de materiale de umplutură precum fibra de sticlă, cupru sau fibră de carbon la PTFE îmbunătățește drastic rezistența la compresiune și rezistența la extrudare. Se utilizează în mod obișnuit pentru inele de rezervă și inele de etanșare pentru a proteja etanșările primare de extrudare și deteriorare.
•PEEK: Oferă rezistență extrem de ridicată, rigiditate și rezistență la temperatură, utilizată pentru fabricarea inelelor de etanșare și a inelelor de susținere în medii cu presiune ultra-înaltă.
3. Garnituri metalice (cupru sau oțel inoxidabil): Sub presiune extremă (de exemplu, >70 MPa), temperatură ridicată sau presiune mare de șoc, elastomerii și materialele plastice își ating limitele. Inelele O metalice sau inelele C devin soluția supremă. Acestea etanșează prin deformare plastică, oferind o fiabilitate extremă, dar sunt de obicei de unică folosință și necesită o preîncărcare mare la instalare.
Rezumat: Pentru condiții de presiune ultra-înaltă, strategia se schimbă de la „etanșare elastică” la „izolare rigidă”. Materialele plastice inginerești de înaltă rezistență (PTFE armat, PEEK) și metalele sunt esențiale, cu designuri axate pe minimizarea deformării și a extrudării.
IV. Factori cheie suplimentari de selecție
Presiunea nu este singurul criteriu; selecția trebuie să implice o evaluare holistică:
• Temperatură: Intervalul de temperatură de funcționare al materialului trebuie să cuprindă complet temperatura sistemului. Căldura ridicată accelerează îmbătrânirea; temperaturile scăzute provoacă fragilizare.
• Compatibilitatea cu mediul: Aceasta este condiția principală. Materialul selectat nu trebuie să fie corodat, umflat sau degradat de mediul etanșat.
•Tip de mișcare: Etanșare statică, etanșare dinamică alternativă sau etanșare rotativă? Fiecare tip de mișcare impune cerințe diferite privind rezistența la uzură, generarea de căldură și conductivitatea termică.
• Compatibilitate hardware: Designul spațiului necesar pentru sistem, finisajul suprafeței și duritatea au un impact direct asupra rezistenței la extrudare și a ratei de uzură a unei garnituri.
Concluzie:
Selectarea materialelor de etanșare este o provocare în ingineria sistemelor, presiunea servind drept factor de diferențiere principal:
• Presiune scăzută: Concentrare pe medii. NBR/EPDM sunt pilonii principali.
• Presiune medie: Concentrați-vă pe rezistența la extrudare. PU/FKM sunt alegerile principale.
• Presiune înaltă: Concentrați-vă pe rezistență. Compozitele și metalele preiau controlul.
Principiul pragmatic de selecție este: respectând cerințele privind mediul și temperatura, alegeți materiale cu rezistență la extrudare și rezistență mecanică adecvate, în funcție de presiunea de lucru, și asigurați o proiectare adecvată a canelurii de etanșare și a jocului. Cel mai scump material nu este neapărat cel mai bun; alegerea optimă este cea mai potrivită condițiilor specifice de funcționare.
Data publicării: 23 august 2025