วิธีการเลือกวัสดุที่เหมาะสมสำหรับซีลเพลาเชิงกล

การเลือกวัสดุสำหรับซีลมีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากจะมีบทบาทในการกำหนดคุณภาพ อายุการใช้งาน และประสิทธิภาพของงาน รวมถึงลดปัญหาที่จะเกิดขึ้นในอนาคต ในที่นี้ เราจะมาดูว่าสภาพแวดล้อมจะส่งผลต่อการเลือกวัสดุสำหรับซีลอย่างไร ตลอดจนวัสดุที่ใช้กันทั่วไปและงานที่เหมาะสมที่สุดสำหรับแต่ละวัสดุ

ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม

สภาพแวดล้อมที่ซีลจะต้องเผชิญนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่งในการเลือกการออกแบบและวัสดุ วัสดุสำหรับซีลต้องมีคุณสมบัติหลักหลายประการที่เหมาะสมกับทุกสภาพแวดล้อม รวมถึงการสร้างพื้นผิวซีลที่มั่นคง สามารถนำความร้อนได้ ทนต่อสารเคมี และทนต่อการสึกหรอได้ดี

ในบางสภาพแวดล้อม คุณสมบัติเหล่านี้อาจจำเป็นต้องมีความแข็งแกร่งมากกว่าในสภาพแวดล้อมอื่นๆ คุณสมบัติของวัสดุอื่นๆ ที่ควรนำมาพิจารณาเมื่อคำนึงถึงสภาพแวดล้อม ได้แก่ ความแข็ง ความยืดหยุ่น การขยายตัวทางความร้อน การสึกหรอ และความทนทานต่อสารเคมี การคำนึงถึงสิ่งเหล่านี้จะช่วยให้คุณค้นหาวัสดุที่เหมาะสมที่สุดสำหรับซีลของคุณได้

สภาพแวดล้อมยังเป็นปัจจัยที่กำหนดว่าควรให้ความสำคัญกับต้นทุนหรือคุณภาพของซีลมากกว่ากัน สำหรับสภาพแวดล้อมที่มีการเสียดสีและรุนแรง ซีลอาจมีราคาแพงกว่าเนื่องจากวัสดุที่ใช้ต้องมีความแข็งแรงเพียงพอที่จะทนต่อสภาวะเหล่านั้นได้

ในสภาพแวดล้อมเช่นนี้ การลงทุนซื้อซีลคุณภาพสูงจะคุ้มค่าในระยะยาว เพราะจะช่วยป้องกันการหยุดทำงาน การซ่อมแซม และการปรับปรุงหรือเปลี่ยนซีลที่มีค่าใช้จ่ายสูง ซึ่งอาจเกิดขึ้นได้จากการใช้ซีลคุณภาพต่ำ อย่างไรก็ตาม ในการใช้งานปั๊มที่มีของเหลวใสมากและมีคุณสมบัติหล่อลื่น อาจเลือกซื้อซีลราคาถูกกว่าเพื่อแลกกับตลับลูกปืนคุณภาพสูงกว่าได้

วัสดุปิดผนึกทั่วไป

คาร์บอน

คาร์บอนที่ใช้ในหน้าสัมผัสของซีลเป็นส่วนผสมของคาร์บอนอสัณฐานและกราไฟต์ โดยเปอร์เซ็นต์ของแต่ละชนิดจะเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติทางกายภาพของคาร์บอนเกรดสุดท้าย เป็นวัสดุเฉื่อยที่เสถียรและสามารถหล่อลื่นได้ด้วยตัวเอง

วัสดุนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะหนึ่งในสองด้านของหน้าสัมผัสในซีลเชิงกล และยังเป็นวัสดุที่นิยมใช้สำหรับซีลรอบวงแบบแบ่งส่วนและแหวนลูกสูบภายใต้สภาวะแห้งหรือมีสารหล่อลื่นในปริมาณน้อย ส่วนผสมของคาร์บอน/กราไฟต์นี้ยังสามารถผสมกับวัสดุอื่นๆ เพื่อให้ได้คุณสมบัติที่แตกต่างกัน เช่น ลดความพรุน ปรับปรุงประสิทธิภาพการสึกหรอ หรือเพิ่มความแข็งแรง

ซีลคาร์บอนที่เคลือบด้วยเรซินเทอร์โมเซตเป็นซีลเชิงกลที่พบได้บ่อยที่สุด โดยคาร์บอนที่เคลือบด้วยเรซินส่วนใหญ่สามารถใช้งานได้ในสารเคมีหลากหลายชนิด ตั้งแต่ด่างเข้มข้นไปจนถึงกรดเข้มข้น นอกจากนี้ยังมีคุณสมบัติการเสียดทานที่ดีและค่าโมดูลัสที่เพียงพอเพื่อช่วยควบคุมการบิดเบี้ยวจากแรงดัน วัสดุนี้เหมาะสำหรับการใช้งานทั่วไปที่อุณหภูมิสูงถึง 260°C (500°F) ในน้ำ สารหล่อเย็น เชื้อเพลิง น้ำมัน สารละลายเคมีเบา และการใช้งานในอุตสาหกรรมอาหารและยา

ซีลคาร์บอนที่ผสมแอนติโมนีได้รับการพิสูจน์แล้วว่าประสบความสำเร็จเช่นกัน เนื่องจากความแข็งแรงและค่าโมดูลัสของแอนติโมนี ทำให้เหมาะสำหรับงานที่มีแรงดันสูงเมื่อต้องการวัสดุที่แข็งแรงและทนทานกว่า ซีลเหล่านี้ยังทนต่อการเกิดฟองอากาศได้ดีกว่าในงานที่มีของเหลวที่มีความหนืดสูงหรือไฮโดรคาร์บอนเบา ทำให้เป็นเกรดมาตรฐานสำหรับงานโรงกลั่นหลายแห่ง

นอกจากนี้ คาร์บอนยังสามารถเคลือบด้วยสารก่อฟิล์ม เช่น ฟลูออไรด์ สำหรับการใช้งานแบบแห้ง การใช้งานในอุณหภูมิต่ำมาก และการใช้งานในสุญญากาศ หรือสารยับยั้งการเกิดออกซิเดชัน เช่น ฟอสเฟต สำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูง ความเร็วสูง และการใช้งานในกังหันที่ความเร็วสูงสุด 800 ฟุต/วินาที และอุณหภูมิประมาณ 537 องศาเซลเซียส (1,000 องศาฟาเรนไฮต์)

เซรามิก

เซรามิกเป็นวัสดุอนินทรีย์ที่ไม่ใช่โลหะ ผลิตจากสารประกอบธรรมชาติหรือสังเคราะห์ โดยส่วนใหญ่มักเป็นอะลูมินาออกไซด์หรืออะลูมินา มีจุดหลอมเหลวสูง ความแข็งสูง ทนต่อการสึกหรอและการเกิดออกซิเดชันสูง จึงมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น เครื่องจักรกล เคมีภัณฑ์ ปิโตรเลียม ยา และยานยนต์

นอกจากนี้ อลูมินายังมีคุณสมบัติทางไดอิเล็กทริกที่ดีเยี่ยม และนิยมใช้เป็นฉนวนไฟฟ้า ชิ้นส่วนที่ทนต่อการสึกหรอ วัสดุขัดเงา และชิ้นส่วนที่ทนต่ออุณหภูมิสูง ในสภาพที่มีความบริสุทธิ์สูง อลูมินามีความทนทานต่อสารเคมีได้ดีเยี่ยมต่อของเหลวในกระบวนการผลิตส่วนใหญ่ ยกเว้นกรดแก่บางชนิด ทำให้ถูกนำไปใช้ในงานซีลเชิงกลหลายประเภท อย่างไรก็ตาม อลูมินาสามารถแตกหักได้ง่ายภายใต้การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลัน ซึ่งจำกัดการใช้งานในบางแอปพลิเคชันที่อาจเป็นปัญหาได้

ซิลิคอนคาร์ไบด์

ซิลิคอนคาร์ไบด์ผลิตขึ้นโดยการหลอมซิลิกาและโค้ก มีคุณสมบัติทางเคมีคล้ายกับเซรามิก แต่มีคุณสมบัติในการหล่อลื่นที่ดีกว่าและมีความแข็งกว่า ทำให้เป็นวัสดุที่ทนทานและเหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

นอกจากนี้ยังสามารถขัดและขัดเงาซ้ำได้ ทำให้สามารถซ่อมแซมซีลได้หลายครั้งตลอดอายุการใช้งาน โดยทั่วไปแล้วจะใช้ในงานเชิงกลมากกว่า เช่น ในซีลเชิงกล เนื่องจากมีคุณสมบัติทนต่อการกัดกร่อนทางเคมีได้ดี มีความแข็งแรงสูง ความแข็งสูง ทนต่อการสึกหรอได้ดี มีค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำ และทนต่ออุณหภูมิสูง

เมื่อใช้เป็นวัสดุสำหรับหน้าสัมผัสของซีลเชิงกล ซิลิคอนคาร์ไบด์จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพ ยืดอายุการใช้งานของซีล ลดต้นทุนการบำรุงรักษา และลดต้นทุนการดำเนินงานสำหรับอุปกรณ์หมุน เช่น กังหัน เครื่องอัดอากาศ และปั๊มแรงเหวี่ยง ซิลิคอนคาร์ไบด์อาจมีคุณสมบัติที่แตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับวิธีการผลิต ซิลิคอนคาร์ไบด์ที่เชื่อมด้วยปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นจากการเชื่อมอนุภาคซิลิคอนคาร์ไบด์เข้าด้วยกันในกระบวนการปฏิกิริยา

กระบวนการนี้ไม่ส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อคุณสมบัติทางกายภาพและความร้อนส่วนใหญ่ของวัสดุ อย่างไรก็ตาม มันจำกัดความทนทานต่อสารเคมีของวัสดุ สารเคมีที่เป็นปัญหามากที่สุดคือ สารกัดกร่อน (และสารเคมีที่มีค่า pH สูงอื่นๆ) และกรดแก่ ดังนั้น ซิลิคอนคาร์ไบด์ที่ยึดติดด้วยปฏิกิริยาจึงไม่ควรใช้ในงานเหล่านี้

ซิลิคอนคาร์ไบด์แบบเผาผนึกเองได้นั้น ผลิตโดยการเผาผนึกอนุภาคซิลิคอนคาร์ไบด์เข้าด้วยกันโดยตรง โดยใช้สารช่วยเผาผนึกที่ไม่ใช่สารประกอบออกไซด์ ในสภาพแวดล้อมเฉื่อยที่อุณหภูมิสูงกว่า 2,000 องศาเซลเซียส เนื่องจากไม่มีวัสดุรอง (เช่น ซิลิคอน) วัสดุที่เผาผนึกโดยตรงนี้จึงทนทานต่อสารเคมีได้เกือบทุกสภาวะของของเหลวและกระบวนการที่อาจพบได้ในปั๊มแรงเหวี่ยง

ทังสเตนคาร์ไบด์

ทังสเตนคาร์ไบด์เป็นวัสดุอเนกประสงค์สูงเช่นเดียวกับซิลิคอนคาร์ไบด์ แต่เหมาะสำหรับงานที่มีแรงดันสูงมากกว่า เนื่องจากมีความยืดหยุ่นสูงกว่า ทำให้สามารถโค้งงอได้เล็กน้อยและป้องกันการบิดเบี้ยวของพื้นผิว นอกจากนี้ยังสามารถขัดและขัดเงาซ้ำได้เช่นเดียวกับซิลิคอนคาร์ไบด์

โดยทั่วไปแล้วทังสเตนคาร์ไบด์มักผลิตในรูปของซีเมนต์คาร์ไบด์ ดังนั้นจึงไม่มีกระบวนการเชื่อมทังสเตนคาร์ไบด์เข้าด้วยกัน แต่จะมีการเติมโลหะชนิดที่สองเข้าไปเพื่อยึดหรือเชื่อมอนุภาคทังสเตนคาร์ไบด์เข้าด้วยกัน ทำให้ได้วัสดุที่มีคุณสมบัติรวมกันของทั้งทังสเตนคาร์ไบด์และโลหะที่ใช้เป็นตัวเชื่อม

คุณสมบัตินี้ถูกนำมาใช้ให้เกิดประโยชน์โดยให้ความแข็งแกร่งและความทนทานต่อแรงกระแทกที่มากกว่าทังสเตนคาร์ไบด์เพียงอย่างเดียว ข้อเสียอย่างหนึ่งของทังสเตนคาร์ไบด์ที่เชื่อมด้วยซีเมนต์คือความหนาแน่นสูง ในอดีตมีการใช้ทังสเตนคาร์ไบด์ที่เชื่อมด้วยโคบอลต์ แต่ได้ถูกแทนที่ด้วยทังสเตนคาร์ไบด์ที่เชื่อมด้วยนิกเกลมากขึ้นเรื่อย ๆ เนื่องจากขาดความเข้ากันได้ทางเคมีที่จำเป็นสำหรับอุตสาหกรรม

ทังสเตนคาร์ไบด์ที่ยึดด้วยนิกเกิลถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับพื้นผิวซีลที่ต้องการความแข็งแรงและความเหนียวสูง และมีความเข้ากันได้ทางเคมีที่ดี โดยทั่วไปแล้วจะถูกจำกัดด้วยปริมาณนิกเกิลอิสระ

จีเอฟพีทีเอฟ

GFPTFE มีความทนทานต่อสารเคมีได้ดี และการเพิ่มใยแก้วช่วยลดแรงเสียดทานของพื้นผิวการซีล เหมาะสำหรับงานที่ต้องการความสะอาดค่อนข้างต่ำ และมีราคาถูกกว่าวัสดุอื่นๆ นอกจากนี้ยังมีรุ่นย่อยต่างๆ เพื่อให้เหมาะสมกับความต้องการและสภาพแวดล้อมมากขึ้น ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวม

บูน่า

ยางบูน่า (หรือที่รู้จักกันในชื่อยางไนไตรล์) เป็นยางยืดหยุ่นราคาประหยัดสำหรับทำโอริง ซีลแลนท์ และผลิตภัณฑ์ขึ้นรูป เป็นที่รู้จักกันดีในด้านสมรรถนะเชิงกล และใช้งานได้ดีในงานที่เกี่ยวข้องกับน้ำมัน ปิโตรเคมี และเคมีภัณฑ์ นอกจากนี้ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในงานที่เกี่ยวข้องกับน้ำมันดิบ น้ำ แอลกอฮอล์ชนิดต่างๆ จาระบีซิลิโคน และของเหลวไฮดรอลิก เนื่องจากมีความแข็งไม่มากนัก

เนื่องจากบูน่าเป็นโคพอลิเมอร์ยางสังเคราะห์ จึงมีประสิทธิภาพดีในการใช้งานที่ต้องการการยึดเกาะกับโลหะและวัสดุที่ทนต่อการเสียดสี และคุณสมบัติทางเคมีนี้ยังทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานเป็นวัสดุยาแนวอีกด้วย นอกจากนี้ยังสามารถทนต่ออุณหภูมิต่ำได้ เนื่องจากได้รับการออกแบบให้ทนต่อกรดได้น้อยและทนต่อด่างอ่อนๆ

Buna มีข้อจำกัดในการใช้งานกับปัจจัยสุดขั้ว เช่น อุณหภูมิสูง สภาพอากาศ แสงแดด และไอน้ำ และไม่เหมาะสมกับสารฆ่าเชื้อแบบทำความสะอาดในที่ (CIP) ที่มีส่วนผสมของกรดและเปอร์ออกไซด์

อีพีดีเอ็ม

EPDM เป็นยางสังเคราะห์ที่นิยมใช้ในอุตสาหกรรมยานยนต์ การก่อสร้าง และงานทางกล สำหรับทำซีลและโอริง ท่อ และแหวนรอง มีราคาแพงกว่ายางบูน่า แต่สามารถทนต่ออุณหภูมิ สภาพอากาศ และคุณสมบัติทางกลต่างๆ ได้ดีกว่า เนื่องจากมีความแข็งแรงทนทานสูง ใช้งานได้หลากหลาย และเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับน้ำ คลอรีน สารฟอกขาว และวัสดุที่เป็นด่างอื่นๆ

เนื่องจากคุณสมบัติยืดหยุ่นและยึดเกาะได้ดี เมื่อยืดออกแล้ว EPDM จะกลับคืนสู่รูปทรงเดิมโดยไม่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ไม่แนะนำให้ใช้ EPDM ในงานที่เกี่ยวข้องกับน้ำมันปิโตรเลียม ของเหลว ไฮโดรคาร์บอนคลอรีน หรือตัวทำละลายไฮโดรคาร์บอน

ไวตัน

ไวตัน (Viton) เป็นผลิตภัณฑ์ยางไฮโดรคาร์บอนฟลูออริเนตที่มีอายุการใช้งานยาวนานและมีประสิทธิภาพสูง นิยมใช้ในโอริงและซีลเป็นส่วนใหญ่ มีราคาแพงกว่าวัสดุยางชนิดอื่น แต่เป็นตัวเลือกที่เหมาะสมที่สุดสำหรับงานซีลที่ต้องการความทนทานและประสิทธิภาพสูงที่สุด

เนื่องจากมีความทนทานต่อโอโซน การออกซิเดชัน และสภาพอากาศที่รุนแรง รวมถึงวัสดุต่างๆ เช่น ไฮโดรคาร์บอนอะลิฟาติกและอะโรมาติก ของเหลวที่มีฮาโลเจน และสารที่เป็นกรดเข้มข้น จึงจัดเป็นฟลูออโรอีลาสโตเมอร์ที่มีความทนทานสูงชนิดหนึ่ง

การเลือกวัสดุที่เหมาะสมสำหรับการปิดผนึกมีความสำคัญต่อความสำเร็จของงาน แม้ว่าวัสดุปิดผนึกหลายชนิดจะคล้ายคลึงกัน แต่แต่ละชนิดก็มีวัตถุประสงค์ที่หลากหลายเพื่อตอบสนองความต้องการเฉพาะด้านต่างๆ