วิธีการเลือกวัสดุที่เหมาะสมสำหรับซีลเพลาเชิงกล

การเลือกวัสดุสำหรับซีลของคุณนั้นมีความสำคัญ เนื่องจากจะมีผลต่อคุณภาพ อายุการใช้งาน และประสิทธิภาพของการใช้งาน รวมถึงลดปัญหาในอนาคต ในที่นี้ เราจะมาดูว่าสภาพแวดล้อมจะส่งผลต่อการเลือกวัสดุสำหรับซีลอย่างไร รวมถึงวัสดุทั่วไปบางชนิดและวัสดุเหล่านี้เหมาะกับการใช้งานประเภทใดมากที่สุด

ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม

สภาพแวดล้อมที่ซีลจะต้องเผชิญนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่งในการเลือกการออกแบบและวัสดุ วัสดุซีลจำเป็นต้องมีคุณสมบัติสำคัญหลายประการสำหรับสภาพแวดล้อมทุกประเภท เช่น การสร้างพื้นผิวซีลที่มั่นคง สามารถนำความร้อนได้ ทนทานต่อสารเคมี และทนต่อการสึกหรอได้ดี

ในบางสภาพแวดล้อม คุณสมบัติเหล่านี้จะต้องแข็งแกร่งกว่าในสภาพแวดล้อมอื่น คุณสมบัติอื่นๆ ของวัสดุที่ควรคำนึงถึงเมื่อพิจารณาสภาพแวดล้อม ได้แก่ ความแข็ง ความแข็ง การขยายตัวเนื่องจากความร้อน การสึกหรอ และความทนทานต่อสารเคมี การคำนึงถึงสิ่งเหล่านี้จะช่วยให้คุณค้นหาวัสดุที่เหมาะสำหรับซีลของคุณได้

สิ่งแวดล้อมยังสามารถกำหนดได้ด้วยว่าควรให้ความสำคัญกับต้นทุนหรือคุณภาพของซีลหรือไม่ สำหรับสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อนและรุนแรง ซีลอาจมีราคาแพงกว่าเนื่องจากวัสดุจะต้องแข็งแรงเพียงพอที่จะทนต่อสภาวะเหล่านี้

สำหรับสภาพแวดล้อมดังกล่าว การใช้จ่ายเงินเพื่อซื้อซีลคุณภาพสูงจะคุ้มค่าในระยะยาว เนื่องจากจะช่วยป้องกันการปิดระบบ การซ่อมแซม การปรับปรุง หรือการเปลี่ยนซีลที่มีต้นทุนสูง ซึ่งเกิดจากซีลคุณภาพต่ำกว่า อย่างไรก็ตาม ในการใช้งานปั๊มที่มีของเหลวสะอาดมากซึ่งมีคุณสมบัติในการหล่อลื่น สามารถซื้อซีลที่ถูกกว่าได้แทนตลับลูกปืนคุณภาพสูงกว่า

วัสดุซีลทั่วไป

คาร์บอน

คาร์บอนที่ใช้ในหน้าซีลเป็นส่วนผสมของคาร์บอนอสัณฐานและกราไฟต์ โดยเปอร์เซ็นต์ของแต่ละคาร์บอนจะกำหนดคุณสมบัติทางกายภาพของคาร์บอนเกรดสุดท้าย คาร์บอนเป็นวัสดุเฉื่อยที่เสถียรและสามารถหล่อลื่นตัวเองได้

มีการใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นหนึ่งในคู่หน้าปลายในซีลเชิงกล และยังเป็นวัสดุยอดนิยมสำหรับซีลวงกลมแบบแบ่งส่วนและแหวนลูกสูบภายใต้การหล่อลื่นแบบแห้งหรือปริมาณเล็กน้อย ส่วนผสมคาร์บอน/กราไฟต์นี้สามารถชุบด้วยวัสดุอื่นๆ เพื่อให้ได้คุณสมบัติที่แตกต่างกัน เช่น รูพรุนที่ลดลง ประสิทธิภาพการสึกหรอที่ดีขึ้น หรือความแข็งแรงที่เพิ่มขึ้น

ซีลคาร์บอนที่ชุบด้วยเรซินเทอร์โมเซ็ตต์เป็นซีลเชิงกลที่นิยมใช้มากที่สุด โดยคาร์บอนที่ชุบด้วยเรซินส่วนใหญ่สามารถใช้งานได้กับสารเคมีหลากหลายชนิด ตั้งแต่เบสแก่ไปจนถึงกรดแก่ นอกจากนี้ คาร์บอนเหล่านี้ยังมีคุณสมบัติในการเสียดสีที่ดีและมีโมดูลัสที่เพียงพอเพื่อช่วยควบคุมการบิดเบือนของแรงดัน วัสดุนี้เหมาะสำหรับการใช้งานทั่วไปที่อุณหภูมิ 260°C (500°F) ในน้ำ สารหล่อเย็น เชื้อเพลิง น้ำมัน สารละลายเคมีเบา และการใช้งานด้านอาหารและยา

ซีลคาร์บอนที่ชุบแอนติโมนีได้รับการพิสูจน์แล้วว่าประสบความสำเร็จ เนื่องจากแอนติโมนีมีความแข็งแรงและโมดูลัสสูง จึงเหมาะสำหรับการใช้งานที่มีแรงดันสูงเมื่อจำเป็นต้องใช้วัสดุที่แข็งแรงและแข็งกว่า นอกจากนี้ ซีลเหล่านี้ยังทนทานต่อการพองตัวได้ดีกว่าในการใช้งานกับของเหลวที่มีความหนืดสูงหรือไฮโดรคาร์บอนเบา ทำให้เป็นเกรดมาตรฐานสำหรับการใช้งานในโรงกลั่นหลายๆ แห่ง

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

เซรามิค

เซรามิกเป็นวัสดุอโลหะอนินทรีย์ที่ทำมาจากสารประกอบธรรมชาติหรือสังเคราะห์ โดยส่วนใหญ่มักเป็นอะลูมินาออกไซด์หรืออะลูมินา เซรามิกมีจุดหลอมเหลวสูง มีความแข็งสูง ทนทานต่อการสึกหรอและทนต่อการเกิดออกซิเดชันสูง จึงใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น เครื่องจักร สารเคมี ปิโตรเลียม ยา และยานยนต์

นอกจากนี้ อะลูมินายังมีคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดีเยี่ยมและมักใช้เป็นฉนวนไฟฟ้า ส่วนประกอบที่ทนทานต่อการสึกหรอ วัสดุเจียร และส่วนประกอบที่ทนอุณหภูมิสูง เมื่อมีความบริสุทธิ์สูง อะลูมินาจะมีความต้านทานสารเคมีต่อของเหลวในกระบวนการส่วนใหญ่ได้ดีเยี่ยม ยกเว้นกรดเข้มข้นบางชนิด จึงทำให้อะลูมินาถูกนำไปใช้ในแอพพลิเคชั่นซีลเชิงกลหลายประเภท อย่างไรก็ตาม อะลูมินาสามารถแตกได้ง่ายภายใต้สภาวะช็อกจากความร้อน ซึ่งทำให้การใช้งานในบางแอพพลิเคชั่นที่อาจเกิดปัญหาได้มีข้อจำกัด

ซิลิกอนคาร์ไบด์

ซิลิกอนคาร์ไบด์ทำมาจากการผสมซิลิกาและโค้ก ซิลิกอนคาร์ไบด์มีองค์ประกอบทางเคมีคล้ายกับเซรามิก แต่มีคุณสมบัติในการหล่อลื่นที่ดีกว่าและแข็งกว่า ทำให้เป็นสารละลายที่ทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรงได้ดี

นอกจากนี้ยังสามารถขัดและเคลือบซ้ำได้ เพื่อให้ซีลสามารถซ่อมแซมได้หลายครั้งตลอดอายุการใช้งาน โดยทั่วไปแล้ว ซีลชนิดนี้ใช้ในเชิงกล เช่น ในซีลเชิงกล เนื่องจากมีความทนทานต่อการกัดกร่อนจากสารเคมีได้ดี มีความแข็งแรงสูง มีความแข็งสูง ทนต่อการสึกหรอได้ดี มีค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำ และทนต่ออุณหภูมิสูง

เมื่อนำมาใช้กับหน้าซีลเชิงกล ซิลิกอนคาร์ไบด์จะส่งผลให้ประสิทธิภาพการทำงานดีขึ้น อายุการใช้งานของซีลเพิ่มขึ้น ต้นทุนการบำรุงรักษาลดลง และต้นทุนการทำงานลดลงสำหรับอุปกรณ์หมุน เช่น กังหัน คอมเพรสเซอร์ และปั๊มหอยโข่ง ซิลิกอนคาร์ไบด์สามารถมีคุณสมบัติที่แตกต่างกันได้ ขึ้นอยู่กับวิธีการผลิต ซิลิกอนคาร์ไบด์ที่ยึดติดด้วยปฏิกิริยาเกิดขึ้นจากการเชื่อมอนุภาคซิลิกอนคาร์ไบด์เข้าด้วยกันในกระบวนการปฏิกิริยา

กระบวนการนี้ไม่มีผลกระทบต่อคุณสมบัติทางกายภาพและทางความร้อนของวัสดุมากนัก อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้จำกัดความต้านทานต่อสารเคมีของวัสดุ สารเคมีที่มักก่อให้เกิดปัญหา ได้แก่ สารกัดกร่อน (และสารเคมีที่มีค่า pH สูงอื่นๆ) และกรดเข้มข้น ดังนั้นจึงไม่ควรใช้ซิลิกอนคาร์ไบด์ที่เชื่อมด้วยปฏิกิริยากับการใช้งานเหล่านี้

ซิลิกอนคาร์ไบด์ที่ผ่านการเผาผนึกด้วยตัวเองนั้นทำขึ้นโดยการเผาผนึกอนุภาคซิลิกอนคาร์ไบด์เข้าด้วยกันโดยตรงโดยใช้สารช่วยในการเผาผนึกที่ไม่ใช่ออกไซด์ในสภาพแวดล้อมเฉื่อยที่อุณหภูมิสูงกว่า 2,000°C เนื่องจากไม่มีวัสดุรอง (เช่น ซิลิกอน) วัสดุที่ผ่านการเผาผนึกโดยตรงจึงทนทานต่อสารเคมีต่อของเหลวและสภาวะของกระบวนการเกือบทุกประเภทที่อาจพบในปั๊มหอยโข่ง

ทังสเตนคาร์ไบด์

ทังสเตนคาร์ไบด์เป็นวัสดุที่มีความอเนกประสงค์สูงเช่นเดียวกับซิลิกอนคาร์ไบด์ แต่เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องรับแรงดันสูงมากกว่า เนื่องจากมีความยืดหยุ่นสูงกว่า ซึ่งทำให้สามารถงอได้เล็กน้อยและป้องกันการบิดเบี้ยวของหน้าวัสดุได้ เช่นเดียวกับซิลิกอนคาร์ไบด์ ทังสเตนคาร์ไบด์สามารถกลึงและขัดเงาใหม่ได้

ทังสเตนคาร์ไบด์ส่วนใหญ่มักผลิตขึ้นเป็นคาร์ไบด์ซีเมนต์ ดังนั้นจึงไม่มีความพยายามที่จะยึดทังสเตนคาร์ไบด์เข้ากับตัวมันเอง แต่จะเติมโลหะทุติยภูมิเข้าไปเพื่อยึดหรือเชื่อมอนุภาคทังสเตนคาร์ไบด์เข้าด้วยกัน ส่งผลให้ได้วัสดุที่มีคุณสมบัติร่วมกันของทังสเตนคาร์ไบด์และโลหะยึด

ข้อดีของทังสเตนคาร์ไบด์ซีเมนต์คือมีความแข็งแรงและทนต่อแรงกระแทกมากกว่าทังสเตนคาร์ไบด์ธรรมดาทั่วไป จุดอ่อนประการหนึ่งของทังสเตนคาร์ไบด์ซีเมนต์คือมีความหนาแน่นสูง ในอดีต ทังสเตนคาร์ไบด์ซีเมนต์ผสมโคบอลต์ถูกนำมาใช้ อย่างไรก็ตาม ทังสเตนคาร์ไบด์ซีเมนต์ผสมนิกเกิลถูกแทนที่ด้วยทังสเตนคาร์ไบด์ซีเมนต์ผสมนิกเกิล เนื่องจากทังสเตนคาร์ไบด์ซีเมนต์ผสมนิกเกิลมีคุณสมบัติทางเคมีที่ไม่เหมาะสมต่ออุตสาหกรรม

ทังสเตนคาร์ไบด์ที่ผูกด้วยนิกเกิลถูกใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับหน้าซีลที่ต้องการคุณสมบัติความแข็งแรงและความเหนียวสูง และยังมีความเข้ากันได้ทางเคมีที่ดี โดยทั่วไปจะจำกัดโดยนิกเกิลอิสระ

จีเอฟพีทีเอฟอี

GFPTFE ทนทานต่อสารเคมีได้ดี และกระจกที่เพิ่มเข้ามาช่วยลดแรงเสียดทานของหน้าซีล เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่ค่อนข้างสะอาดและมีราคาถูกกว่าวัสดุอื่นๆ มีรุ่นย่อยให้เลือกเพื่อให้ซีลเข้ากับข้อกำหนดและสภาพแวดล้อมได้ดีขึ้น ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวม

บูน่า

ยางบูน่า (เรียกอีกอย่างว่ายางไนไตรล์) เป็นยางอีลาสโตเมอร์ราคาประหยัดสำหรับโอริง วัสดุซีล และผลิตภัณฑ์ขึ้นรูป ยางบูน่าเป็นที่รู้จักกันดีในด้านประสิทธิภาพเชิงกลและใช้งานได้ดีกับงานที่ใช้น้ำมัน ปิโตรเคมี และเคมี นอกจากนี้ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในน้ำมันดิบ น้ำ แอลกอฮอล์ต่างๆ จารบีซิลิโคน และของเหลวไฮดรอลิก เนื่องจากยางบูน่าไม่ยืดหยุ่น

เนื่องจากบูน่าเป็นโคพอลิเมอร์ยางสังเคราะห์ จึงเหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องมีการยึดเกาะโลหะและวัสดุที่ทนทานต่อการสึกกร่อน นอกจากนี้ สารเคมีพื้นฐานดังกล่าวยังทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานกับวัสดุยาแนวอีกด้วย นอกจากนี้ ยังสามารถทนต่ออุณหภูมิต่ำได้เนื่องจากได้รับการออกแบบมาให้ทนต่อกรดและด่างอ่อนๆ ได้ไม่ดี

บูน่ามีข้อจำกัดในการใช้งานที่มีปัจจัยรุนแรง เช่น อุณหภูมิสูง สภาพอากาศ แสงแดด และการใช้งานที่ทนต่อไอน้ำ และไม่เหมาะกับสารฆ่าเชื้อแบบทำความสะอาดในสถานที่ (CIP) ที่ประกอบด้วยกรดและเปอร์ออกไซด์

อีพีดีเอ็ม

EPDM เป็นยางสังเคราะห์ที่ใช้กันทั่วไปในอุตสาหกรรมยานยนต์ การก่อสร้าง และงานเครื่องกลสำหรับซีล โอริง ท่อ และแหวนรอง EPDM มีราคาแพงกว่า Buna แต่สามารถทนต่อความร้อน สภาพอากาศ และคุณสมบัติเชิงกลต่างๆ ได้ เนื่องจากมีความแข็งแรงในการดึงสูงเป็นเวลานาน EPDM มีความยืดหยุ่นและเหมาะสำหรับการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับน้ำ คลอรีน สารฟอกขาว และวัสดุที่มีฤทธิ์เป็นด่างอื่นๆ

เนื่องจาก EPDM มีคุณสมบัติยืดหยุ่นและยึดเกาะได้ดี เมื่อยืดออกแล้ว จะกลับคืนสู่รูปร่างเดิมไม่ว่าจะอยู่ในอุณหภูมิใดก็ตาม EPDM ไม่แนะนำให้ใช้กับน้ำมันปิโตรเลียม ของเหลว ไฮโดรคาร์บอนคลอรีน หรือตัวทำละลายไฮโดรคาร์บอน

ไวตัน

Viton เป็นผลิตภัณฑ์ยางไฮโดรคาร์บอนฟลูออรีนที่ใช้งานได้ยาวนาน ประสิทธิภาพสูง นิยมใช้ทำโอริงและซีล Viton มีราคาแพงกว่าวัสดุยางอื่นๆ แต่เป็นตัวเลือกที่ต้องการสำหรับงานซีลที่ท้าทายและต้องการความแม่นยำสูงที่สุด

ทนทานต่อโอโซน ออกซิเดชัน และสภาพอากาศที่เลวร้าย รวมถึงวัสดุเช่นไฮโดรคาร์บอนอะลิฟาติกและอะโรมาติก ของเหลวฮาโลจิเนต และวัสดุที่เป็นกรดเข้มข้น จึงถือเป็นฟลูออโรอีลาสโตเมอร์ที่มีความทนทานมากที่สุดชนิดหนึ่ง

การเลือกวัสดุที่เหมาะสมสำหรับการปิดผนึกถือเป็นสิ่งสำคัญต่อความสำเร็จในการใช้งาน แม้ว่าวัสดุปิดผนึกหลายชนิดจะมีความคล้ายคลึงกัน แต่แต่ละชนิดก็มีวัตถุประสงค์การใช้งานที่แตกต่างกันเพื่อตอบสนองความต้องการเฉพาะ