วิธีการเลือกวัสดุที่เหมาะสมสำหรับซีลเพลาเชิงกล

การเลือกวัสดุสำหรับซีลของคุณเป็นสิ่งสำคัญ เพราะจะมีบทบาทในการกำหนดคุณภาพ อายุการใช้งาน และประสิทธิภาพของการใช้งาน รวมถึงการลดปัญหาในอนาคต ในบทความนี้ เราจะมาดูกันว่าสภาพแวดล้อมจะส่งผลต่อการเลือกใช้วัสดุซีลอย่างไร รวมถึงวัสดุที่นิยมใช้กันมากที่สุด และการใช้งานที่เหมาะสมที่สุด

ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม

สภาพแวดล้อมที่ซีลจะต้องเผชิญเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในการเลือกรูปแบบและวัสดุ มีคุณสมบัติสำคัญหลายประการที่วัสดุซีลจำเป็นต้องมีสำหรับทุกสภาพแวดล้อม ซึ่งรวมถึงการสร้างพื้นผิวซีลที่มั่นคง สามารถนำความร้อนได้ ทนทานต่อสารเคมี และทนต่อการสึกหรอได้ดี

ในบางสภาพแวดล้อม คุณสมบัติเหล่านี้จะต้องแข็งแกร่งกว่าสภาพแวดล้อมอื่นๆ คุณสมบัติอื่นๆ ของวัสดุที่ควรพิจารณาเมื่อพิจารณาสภาพแวดล้อม ได้แก่ ความแข็ง ความแข็งตัว การขยายตัวเนื่องจากความร้อน การสึกหรอ และความทนทานต่อสารเคมี การคำนึงถึงสิ่งเหล่านี้จะช่วยให้คุณเลือกวัสดุที่เหมาะสมที่สุดสำหรับซีลของคุณได้

สภาพแวดล้อมยังเป็นตัวกำหนดว่าควรให้ความสำคัญกับต้นทุนหรือคุณภาพของซีลหรือไม่ สำหรับสภาพแวดล้อมที่มีการเสียดสีและรุนแรง ซีลอาจมีราคาแพงกว่า เนื่องจากวัสดุต้องมีความแข็งแรงเพียงพอที่จะทนต่อสภาวะเหล่านี้

สำหรับสภาพแวดล้อมดังกล่าว การใช้จ่ายเงินเพื่อซื้อซีลคุณภาพสูงจะคุ้มค่าในระยะยาว เพราะจะช่วยป้องกันค่าใช้จ่ายในการปิดระบบ ซ่อมแซม และปรับปรุงใหม่ หรือเปลี่ยนซีลที่เกิดจากการเลือกใช้ซีลคุณภาพต่ำกว่า อย่างไรก็ตาม ในการใช้งานปั๊มที่มีของเหลวสะอาดมากและมีคุณสมบัติในการหล่อลื่น สามารถซื้อซีลราคาถูกกว่าได้ และเลือกตลับลูกปืนคุณภาพสูงกว่า

วัสดุซีลทั่วไป

คาร์บอน

คาร์บอนที่ใช้ในซีลผิวหน้าเป็นส่วนผสมของคาร์บอนอสัณฐานและกราไฟต์ โดยเปอร์เซ็นต์ของแต่ละคาร์บอนจะเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติทางกายภาพของคาร์บอนเกรดสุดท้าย คาร์บอนเป็นวัสดุเฉื่อย เสถียร และสามารถหล่อลื่นตัวเองได้

มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะหนึ่งในคู่หน้าปลายของซีลเชิงกล และยังเป็นวัสดุยอดนิยมสำหรับซีลแบบวงกลมและแหวนลูกสูบแบบแบ่งส่วนภายใต้การหล่อลื่นแบบแห้งหรือปริมาณเล็กน้อย ส่วนผสมของคาร์บอน/กราไฟต์นี้ยังสามารถนำไปชุบด้วยวัสดุอื่นๆ เพื่อให้ได้คุณสมบัติที่แตกต่างกัน เช่น ลดรูพรุน เพิ่มประสิทธิภาพการสึกหรอ หรือเพิ่มความแข็งแรง

ซีลคาร์บอนชุบเรซินเทอร์โมเซ็ตเป็นที่นิยมใช้มากที่สุดสำหรับซีลเชิงกล โดยคาร์บอนชุบเรซินส่วนใหญ่สามารถใช้งานได้กับสารเคมีหลากหลายชนิด ตั้งแต่เบสแก่ไปจนถึงกรดแก่ นอกจากนี้ยังมีคุณสมบัติการเสียดสีที่ดีและโมดูลัสที่เพียงพอเพื่อช่วยควบคุมการบิดตัวของแรงดัน วัสดุนี้เหมาะสำหรับการใช้งานทั่วไปที่อุณหภูมิ 260°C (500°F) ในน้ำ สารหล่อเย็น เชื้อเพลิง น้ำมัน สารเคมีเบา และการใช้งานด้านอาหารและยา

ซีลคาร์บอนชุบแอนติโมนีก็ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าประสบความสำเร็จ เนื่องจากความแข็งแรงและโมดูลัสของแอนติโมนี ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานแรงดันสูงเมื่อต้องการวัสดุที่แข็งแรงและแข็งกว่า ซีลเหล่านี้ยังทนทานต่อการพองตัวในการใช้งานกับของเหลวที่มีความหนืดสูงหรือไฮโดรคาร์บอนเบา ทำให้เป็นเกรดมาตรฐานสำหรับการใช้งานในโรงกลั่นหลายแห่ง

นอกจากนี้ คาร์บอนยังสามารถชุบด้วยสารก่อฟิล์ม เช่น ฟลูออไรด์ สำหรับการทำงานแบบแห้ง การแช่แข็ง และการใช้งานในสุญญากาศ หรือสารยับยั้งออกซิเดชัน เช่น ฟอสเฟต สำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูง ความเร็วสูง และกังหันที่ความเร็ว 800 ฟุตต่อวินาที และประมาณ 537°C (1,000°F)

เซรามิก

เซรามิกเป็นวัสดุอโลหะอนินทรีย์ที่ผลิตจากสารประกอบธรรมชาติหรือสารประกอบสังเคราะห์ ซึ่งส่วนใหญ่มักเป็นอะลูมินาออกไซด์หรืออะลูมินา เซรามิกมีจุดหลอมเหลวสูง ความแข็งสูง ทนทานต่อการสึกหรอ และทนต่อการเกิดออกซิเดชัน จึงนิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น เครื่องจักร เคมีภัณฑ์ ปิโตรเลียม ยา และยานยนต์

นอกจากนี้ยังมีคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม และนิยมนำมาใช้เป็นฉนวนไฟฟ้า ส่วนประกอบที่ทนทานต่อการสึกหรอ วัสดุเจียร และส่วนประกอบที่ทนอุณหภูมิสูง อะลูมินาที่มีความบริสุทธิ์สูงจะมีความทนทานต่อสารเคมีของไหลในกระบวนการส่วนใหญ่ได้ดีเยี่ยม ยกเว้นกรดแก่บางชนิด จึงถูกนำไปใช้ในงานซีลเชิงกลหลายประเภท อย่างไรก็ตาม อะลูมินาสามารถแตกหักได้ง่ายภายใต้สภาวะช็อกจากความร้อน ซึ่งเป็นข้อจำกัดในการใช้งานบางประเภทที่อาจเกิดปัญหานี้ได้

ซิลิกอนคาร์ไบด์

ซิลิคอนคาร์ไบด์ผลิตขึ้นโดยการหลอมซิลิกาและโค้กเข้าด้วยกัน มีคุณสมบัติทางเคมีคล้ายกับเซรามิก แต่มีคุณสมบัติหล่อลื่นที่ดีกว่าและมีความแข็งกว่า จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

นอกจากนี้ยังสามารถขัดและเคลือบซ้ำได้ เพื่อให้สามารถซ่อมแซมซีลได้หลายครั้งตลอดอายุการใช้งาน โดยทั่วไปแล้วซีลชนิดนี้จะถูกนำไปใช้งานทางกลมากกว่า เช่น ในซีลเชิงกล เนื่องจากมีความทนทานต่อการกัดกร่อนทางเคมีที่ดี มีความแข็งแรงสูง ความแข็งสูง ทนทานต่อการสึกหรอได้ดี มีค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำ และทนต่ออุณหภูมิสูง

เมื่อนำมาใช้กับหน้าซีลเชิงกล ซิลิคอนคาร์ไบด์จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพ ยืดอายุการใช้งานของซีล ลดต้นทุนการบำรุงรักษา และลดต้นทุนการดำเนินงานสำหรับอุปกรณ์หมุน เช่น กังหัน คอมเพรสเซอร์ และปั๊มหอยโข่ง ซิลิคอนคาร์ไบด์มีคุณสมบัติแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับวิธีการผลิต ซิลิคอนคาร์ไบด์ที่ยึดติดด้วยปฏิกิริยาเกิดขึ้นจากการนำอนุภาคซิลิคอนคาร์ไบด์มายึดติดกันในกระบวนการทำปฏิกิริยา

กระบวนการนี้ไม่ส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อคุณสมบัติทางกายภาพและทางความร้อนส่วนใหญ่ของวัสดุ อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้จำกัดความต้านทานต่อสารเคมีของวัสดุ สารเคมีที่เป็นปัญหาที่พบบ่อยที่สุด ได้แก่ สารกัดกร่อน (และสารเคมีที่มีค่า pH สูงอื่นๆ) และกรดแก่ ดังนั้นจึงไม่ควรใช้ซิลิคอนคาร์ไบด์ที่ยึดติดด้วยปฏิกิริยากับการใช้งานเหล่านี้

ซิลิคอนคาร์ไบด์ที่ผ่านการเผาผนึกด้วยตนเอง (self-sintered silicon carbide) ผลิตโดยการนำอนุภาคซิลิคอนคาร์ไบด์มาเผาผนึกเข้าด้วยกันโดยตรง โดยใช้สารช่วยเผาผนึกแบบไม่เป็นออกไซด์ในสภาพแวดล้อมเฉื่อยที่อุณหภูมิสูงกว่า 2,000°C เนื่องจากไม่มีวัสดุรอง (เช่น ซิลิคอน) วัสดุที่ผ่านการเผาผนึกโดยตรงนี้จึงทนทานต่อสารเคมีในสภาพของเหลวและกระบวนการแทบทุกประเภทที่อาจพบได้ในปั๊มแรงเหวี่ยง

ทังสเตนคาร์ไบด์

ทังสเตนคาร์ไบด์เป็นวัสดุอเนกประสงค์เช่นเดียวกับซิลิกอนคาร์ไบด์ แต่เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องรับแรงดันสูงมากกว่า เนื่องจากมีความยืดหยุ่นสูงกว่า จึงสามารถโค้งงอได้เล็กน้อยและป้องกันการบิดเบี้ยวของผิวหน้า เช่นเดียวกับซิลิกอนคาร์ไบด์ ทังสเตนคาร์ไบด์สามารถนำไปลับคมและขัดเงาได้

ทังสเตนคาร์ไบด์มักถูกผลิตขึ้นเป็นคาร์ไบด์ซีเมนต์ ดังนั้นจึงไม่มีความพยายามในการยึดติดทังสเตนคาร์ไบด์เข้ากับตัวมันเอง มีการเติมโลหะทุติยภูมิเข้าไปเพื่อยึดหรือประสานอนุภาคทังสเตนคาร์ไบด์เข้าด้วยกัน ส่งผลให้ได้วัสดุที่มีคุณสมบัติผสมผสานระหว่างทังสเตนคาร์ไบด์และโลหะยึดติด

ข้อดีของทังสเตนคาร์ไบด์แบบซีเมนต์คือมีความหนาแน่นสูง ในอดีตมีการใช้ทังสเตนคาร์ไบด์แบบผสมโคบอลต์ อย่างไรก็ตาม ทังสเตนคาร์ไบด์แบบผสมนิกเกิลถูกแทนที่ด้วยทังสเตนคาร์ไบด์แบบผสมนิกเกิล เนื่องจากทังสเตนคาร์ไบด์แบบผสมนิกเกิลมีความเข้ากันได้ทางเคมีน้อยกว่าทังสเตนคาร์ไบด์แบบผสมนิกเกิล ซึ่งจำเป็นต่ออุตสาหกรรม

ทังสเตนคาร์ไบด์ที่ผูกกับนิกเกิลถูกใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับหน้าซีลที่ต้องการคุณสมบัติความแข็งแรงและความเหนียวสูง และยังมีความเข้ากันได้ทางเคมีที่ดี โดยทั่วไปจะจำกัดโดยนิกเกิลอิสระ

จีเอฟพีทีเอฟอี

GFPTFE ทนทานต่อสารเคมีได้ดี และกระจกที่เพิ่มเข้ามาช่วยลดแรงเสียดทานของผิวซีล เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่ค่อนข้างสะอาดและมีราคาถูกกว่าวัสดุอื่นๆ มีรุ่นย่อยให้เลือกเพื่อให้ซีลเข้ากับข้อกำหนดและสภาพแวดล้อมได้ดีขึ้น ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวม

บูน่า

ยางบูนา (หรือที่รู้จักกันในชื่อยางไนไตรล์) เป็นยางอีลาสโตเมอร์ที่คุ้มค่าสำหรับโอริง สารผนึก และผลิตภัณฑ์ขึ้นรูป บูนาเป็นที่รู้จักกันดีในด้านประสิทธิภาพเชิงกลและใช้งานได้ดีกับงานที่ใช้น้ำมัน ปิโตรเคมี และเคมี นอกจากนี้ยังใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับน้ำมันดิบ น้ำ แอลกอฮอล์ชนิดต่างๆ จาระบีซิลิโคน และน้ำมันไฮดรอลิก เนื่องจากความยืดหยุ่นของบูนา

เนื่องจากบูน่าเป็นโคพอลิเมอร์ยางสังเคราะห์ จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่ต้องการการยึดเกาะโลหะและวัสดุที่ทนทานต่อการเสียดสี และคุณสมบัติทางเคมีพื้นฐานนี้ยังทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้ในงานซีลแลนท์ นอกจากนี้ บูน่ายังสามารถทนต่ออุณหภูมิต่ำได้ เนื่องจากได้รับการออกแบบมาให้ทนต่อกรดและด่างอ่อนๆ ได้ไม่ดี

บูน่ามีข้อจำกัดในการใช้งานที่มีปัจจัยรุนแรง เช่น อุณหภูมิสูง สภาพอากาศ แสงแดด และการใช้งานที่ทนต่อไอน้ำ และไม่เหมาะกับสารฆ่าเชื้อแบบทำความสะอาดในสถานที่ (CIP) ที่ประกอบด้วยกรดและเปอร์ออกไซด์

อีพีดีเอ็ม

EPDM เป็นยางสังเคราะห์ที่นิยมใช้ในอุตสาหกรรมยานยนต์ การก่อสร้าง และเครื่องจักรกลสำหรับซีล โอริง ท่อ และแหวนรอง EPDM มีราคาแพงกว่า Buna แต่สามารถทนต่อความร้อน สภาพอากาศ และคุณสมบัติเชิงกลได้หลากหลาย เนื่องจากมีความแข็งแรงดึงสูง ใช้งานได้หลากหลายและเหมาะสำหรับการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับน้ำ คลอรีน สารฟอกขาว และวัสดุที่มีฤทธิ์เป็นด่างอื่นๆ

เนื่องจากคุณสมบัติยืดหยุ่นและยึดเกาะที่ดี เมื่อถูกยืด EPDM จะกลับคืนสู่รูปทรงเดิมไม่ว่าจะอยู่ในอุณหภูมิใดก็ตาม EPDM ไม่แนะนำให้ใช้กับน้ำมันปิโตรเลียม ของเหลว ไฮโดรคาร์บอนคลอรีน หรือตัวทำละลายไฮโดรคาร์บอน

ไวตัน

Viton เป็นผลิตภัณฑ์ยางไฮโดรคาร์บอนฟลูออรีนประสิทธิภาพสูง ทนทาน ใช้งานยาวนาน นิยมใช้ในการผลิตโอริงและซีล Viton มีราคาแพงกว่าวัสดุยางอื่นๆ แต่เป็นตัวเลือกที่เหมาะสมที่สุดสำหรับงานซีลที่ท้าทายและต้องการความแม่นยำสูง

ทนทานต่อโอโซน ออกซิเดชัน และสภาพอากาศที่รุนแรง รวมถึงวัสดุต่างๆ เช่น ไฮโดรคาร์บอนอะลิฟาติกและอะโรมาติก ของเหลวฮาโลเจน และวัสดุที่เป็นกรดเข้มข้น ถือเป็นฟลูออโรอีลาสโตเมอร์ที่มีความทนทานสูงชนิดหนึ่ง

การเลือกวัสดุที่เหมาะสมสำหรับการซีลเป็นสิ่งสำคัญต่อความสำเร็จในการใช้งาน แม้ว่าวัสดุซีลหลายชนิดจะมีความคล้ายคลึงกัน แต่แต่ละชนิดก็มีวัตถุประสงค์การใช้งานที่แตกต่างกันเพื่อตอบสนองความต้องการเฉพาะ