วิธีการเลือกวัสดุที่เหมาะสมสำหรับซีลเพลากล

การเลือกวัสดุสำหรับซีลเป็นสิ่งสำคัญ เนื่องจากจะมีบทบาทในการกำหนดคุณภาพ อายุการใช้งาน และประสิทธิภาพของการใช้งาน และลดปัญหาในอนาคต ในที่นี้ เราจะมาดูกันว่าสภาพแวดล้อมจะส่งผลต่อการเลือกวัสดุซีลอย่างไร รวมถึงวัสดุทั่วไปบางส่วน และการใช้งานใดที่เหมาะสมที่สุด

ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม

สภาพแวดล้อมที่ซีลจะสัมผัสเป็นสิ่งสำคัญในการเลือกการออกแบบและวัสดุ มีคุณสมบัติหลักหลายประการที่วัสดุซีลที่จำเป็นสำหรับทุกสภาพแวดล้อม รวมถึงการสร้างหน้าซีลที่มั่นคง สามารถนำความร้อน ทนต่อสารเคมี และทนต่อการสึกหรอได้ดี

ในบางสภาพแวดล้อม คุณสมบัติเหล่านี้จะต้องแข็งแกร่งกว่าในสภาพแวดล้อมอื่น คุณสมบัติอื่นๆ ของวัสดุที่ควรคำนึงถึงเมื่อคำนึงถึงสภาพแวดล้อม ได้แก่ ความแข็ง ความแข็ง การขยายตัวทางความร้อน การสึกหรอ และความทนทานต่อสารเคมี การคำนึงถึงสิ่งเหล่านี้จะช่วยให้คุณค้นหาวัสดุที่เหมาะสำหรับซีลของคุณ

สภาพแวดล้อมยังสามารถกำหนดได้ว่าสามารถจัดลำดับความสำคัญของต้นทุนหรือคุณภาพของซีลได้หรือไม่ สำหรับสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อนและรุนแรง ซีลอาจมีราคาแพงกว่าเนื่องจากวัสดุจำเป็นต้องแข็งแรงพอที่จะทนต่อสภาวะเหล่านี้

สำหรับสภาพแวดล้อมดังกล่าว การใช้จ่ายเงินเพื่อซีลคุณภาพสูงจะตอบแทนตัวเองเมื่อเวลาผ่านไป เนื่องจากจะช่วยป้องกันการปิดระบบ การซ่อมแซม และการตกแต่งใหม่หรือการเปลี่ยนซีลที่มีค่าใช้จ่ายสูง ซึ่งส่งผลให้ซีลคุณภาพต่ำลง อย่างไรก็ตาม ในการใช้งานปั๊มด้วย ของเหลวที่สะอาดมากซึ่งมีคุณสมบัติในการหล่อลื่น สามารถซื้อซีลที่ราคาถูกกว่าได้เพื่อเลือกใช้ตลับลูกปืนคุณภาพสูงกว่า

วัสดุซีลทั่วไป

คาร์บอน

คาร์บอนที่ใช้ในหน้าซีลเป็นส่วนผสมของคาร์บอนอสัณฐานและกราไฟต์ โดยเปอร์เซ็นต์ของแต่ละรายการจะกำหนดคุณสมบัติทางกายภาพของเกรดสุดท้ายของคาร์บอน เป็นวัสดุเฉื่อยและเสถียรที่สามารถหล่อลื่นได้เอง

มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะหนึ่งในคู่ของปลายด้านในซีลเชิงกล และยังเป็นวัสดุยอดนิยมสำหรับซีลเส้นรอบวงแบบแบ่งส่วนและแหวนลูกสูบภายใต้การหล่อลื่นในปริมาณแห้งหรือเล็กน้อย ส่วนผสมคาร์บอน/กราไฟท์นี้สามารถนำไปชุบด้วยวัสดุอื่นๆ เพื่อให้มีลักษณะเฉพาะที่แตกต่างกัน เช่น ความพรุนลดลง ประสิทธิภาพการสึกหรอดีขึ้น หรือความแข็งแรงดีขึ้น

ซีลคาร์บอนที่ชุบด้วยเรซินเทอร์โมเซ็ตเป็นวิธีที่ใช้กันทั่วไปสำหรับซีลเชิงกล โดยคาร์บอนที่ชุบด้วยเรซินส่วนใหญ่สามารถใช้งานกับสารเคมีได้หลากหลายตั้งแต่เบสแก่ไปจนถึงกรดแก่ นอกจากนี้ยังมีคุณสมบัติเสียดทานที่ดีและโมดูลัสที่เพียงพอเพื่อช่วยควบคุมการบิดเบือนแรงดัน วัสดุนี้เหมาะกับการใช้งานทั่วไปที่อุณหภูมิ 260°C (500°F) ในน้ำ สารหล่อเย็น เชื้อเพลิง น้ำมัน สารละลายเคมีเบา และการใช้งานด้านอาหารและยา

ซีลคาร์บอนที่ชุบพลวงยังได้รับการพิสูจน์แล้วว่าประสบความสำเร็จด้วยความแข็งแกร่งและโมดูลัสของพลวง ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานแรงดันสูงเมื่อจำเป็นต้องใช้วัสดุที่แข็งแรงและแข็งยิ่งขึ้น ซีลเหล่านี้ยังทนทานต่อการพองตัวในการใช้งานกับของเหลวที่มีความหนืดสูงหรือไฮโดรคาร์บอนเบา ทำให้เป็นเกรดมาตรฐานสำหรับการใช้งานในโรงกลั่นหลายแห่ง

คาร์บอนยังสามารถชุบด้วยตัวสร้างฟิล์ม เช่น ฟลูออไรด์สำหรับการทำงานแบบแห้ง ไครโอเจนิกส์ และการใช้งานแบบสุญญากาศ หรือสารยับยั้งการเกิดออกซิเดชัน เช่น ฟอสเฟต สำหรับอุณหภูมิสูง ความเร็วสูง และการใช้งานกังหันที่ความเร็ว 800 ฟุต/วินาที และประมาณ 537°C (1,000°F)

เซรามิค

เซรามิกเป็นวัสดุอนินทรีย์ที่ไม่ใช่โลหะที่ทำจากสารประกอบธรรมชาติหรือสารสังเคราะห์ โดยทั่วไปคืออลูมินาออกไซด์หรืออลูมินา มีจุดหลอมเหลวสูง ความแข็งสูง ทนต่อการสึกหรอและต้านทานออกซิเดชั่นสูง ดังนั้นจึงใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น เครื่องจักร เคมีภัณฑ์ ปิโตรเลียม ยา และรถยนต์

นอกจากนี้ยังมีคุณสมบัติเป็นฉนวนที่ดีเยี่ยม และมักใช้กับฉนวนไฟฟ้า ส่วนประกอบที่ทนทานต่อการสึกหรอ ตัวกลางการเจียร และส่วนประกอบที่มีอุณหภูมิสูง ในความบริสุทธิ์สูง อลูมินามีความทนทานต่อสารเคมีที่ดีเยี่ยมต่อของเหลวในกระบวนการส่วนใหญ่ ยกเว้นกรดแก่บางชนิด ส่งผลให้นำไปใช้ในการใช้งานซีลเชิงกลหลายประเภท อย่างไรก็ตาม อลูมินาสามารถแตกหักได้ง่ายภายใต้การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแบบฉับพลัน ซึ่งจำกัดการใช้งานในการใช้งานบางอย่างซึ่งอาจเป็นปัญหาได้

ซิลิคอนคาร์ไบด์

ซิลิคอนคาร์ไบด์ทำโดยการหลอมซิลิกาและโค้ก มีลักษณะทางเคมีคล้ายกับเซรามิก แต่มีคุณสมบัติการหล่อลื่นที่ดีกว่าและแข็งกว่า ทำให้เป็นสารละลายที่ทนทานได้ดีสำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

นอกจากนี้ยังสามารถขัดและขัดเงาซ้ำได้ เพื่อให้สามารถซ่อมแซมซีลใหม่ได้หลายครั้งตลอดอายุการใช้งาน โดยทั่วไปจะใช้ในทางกลมากกว่า เช่น ในซีลเชิงกลเพื่อให้ทนต่อการกัดกร่อนของสารเคมีได้ดี มีความแข็งแรงสูง ความแข็งสูง ทนต่อการสึกหรอได้ดี ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำ และทนต่ออุณหภูมิสูง

เมื่อใช้กับใบหน้าซีลเชิงกล ซิลิคอนคาร์ไบด์ส่งผลให้ประสิทธิภาพดีขึ้น อายุการใช้งานของซีลเพิ่มขึ้น ค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาลดลง และค่าใช้จ่ายในการดำเนินการสำหรับอุปกรณ์หมุน เช่น กังหัน คอมเพรสเซอร์ และปั๊มแรงเหวี่ยงต่ำลง ซิลิคอนคาร์ไบด์สามารถมีคุณสมบัติที่แตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับวิธีการผลิต ซิลิกอนคาร์ไบด์ที่เกิดปฏิกิริยาพันธะเกิดขึ้นจากพันธะอนุภาคซิลิกอนคาร์ไบด์ซึ่งกันและกันในกระบวนการทำปฏิกิริยา

กระบวนการนี้ไม่ส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อคุณสมบัติทางกายภาพและทางความร้อนของวัสดุส่วนใหญ่ อย่างไรก็ตาม จะจำกัดความต้านทานต่อสารเคมีของวัสดุ สารเคมีที่พบบ่อยที่สุดที่เป็นปัญหาคือ สารกัดกร่อน (และสารเคมี pH สูงอื่นๆ) และกรดแก่ ดังนั้นจึงไม่ควรใช้ซิลิกอนคาร์ไบด์ที่เกิดปฏิกิริยากับปฏิกิริยากับการใช้งานเหล่านี้

ซิลิกอนคาร์ไบด์เผาตัวเองเกิดขึ้นจากการเผาอนุภาคซิลิกอนคาร์ไบด์เข้าด้วยกันโดยตรงโดยใช้ตัวช่วยเผาผนึกที่ไม่ใช่ออกไซด์ในสภาพแวดล้อมเฉื่อยที่อุณหภูมิมากกว่า 2,000°C เนื่องจากขาดวัสดุรอง (เช่น ซิลิคอน) วัสดุเผาผนึกโดยตรงจึงมีความทนทานต่อสารเคมีกับของไหลเกือบทุกชนิดและสภาวะกระบวนการที่อาจพบเห็นได้ในปั๊มแรงเหวี่ยง

ทังสเตนคาร์ไบด์

ทังสเตนคาร์ไบด์เป็นวัสดุอเนกประสงค์สูง เช่น ซิลิคอนคาร์ไบด์ แต่เหมาะกับการใช้งานที่มีแรงดันสูงมากกว่า เนื่องจากมีความยืดหยุ่นสูงกว่า ซึ่งช่วยให้งอได้เล็กน้อยมากและป้องกันการบิดเบี้ยวของใบหน้า เช่นเดียวกับซิลิคอนคาร์ไบด์ ก็สามารถขัดซ้ำและขัดเงาได้

ทังสเตนคาร์ไบด์มักถูกผลิตขึ้นเป็นซีเมนต์คาร์ไบด์ ดังนั้นจึงไม่มีความพยายามที่จะยึดเหนี่ยวทังสเตนคาร์ไบด์กับตัวมันเอง โลหะทุติยภูมิจะถูกเพิ่มเพื่อผูกหรือประสานอนุภาคทังสเตนคาร์ไบด์เข้าด้วยกัน ส่งผลให้วัสดุที่มีคุณสมบัติรวมกันของทั้งทังสเตนคาร์ไบด์และสารยึดเกาะโลหะ

สิ่งนี้ถูกนำมาใช้เพื่อข้อได้เปรียบโดยการให้ความเหนียวและแรงกระแทกมากกว่าทังสเตนคาร์ไบด์เพียงอย่างเดียว จุดอ่อนประการหนึ่งของทังสเตนคาร์ไบด์ซีเมนต์คือความหนาแน่นสูง ในอดีต มีการใช้ทังสเตนคาร์ไบด์ที่จับกับโคบอลต์ แต่ค่อยๆ ถูกแทนที่ด้วยทังสเตนคาร์ไบด์ที่จับกับนิกเกิล เนื่องจากขาดความเข้ากันได้ทางเคมีที่จำเป็นสำหรับอุตสาหกรรม

ทังสเตนคาร์ไบด์ที่ยึดกับนิกเกิลนั้นถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับผิวหน้าซีลที่ต้องการความแข็งแรงสูงและมีความเหนียวสูง และมีความเข้ากันได้ทางเคมีที่ดี โดยทั่วไปจะถูกจำกัดโดยนิกเกิลอิสระ

GFPTFE

GFPTFE มีความทนทานต่อสารเคมีได้ดี และกระจกที่เพิ่มเข้าไปจะช่วยลดแรงเสียดทานของหน้าซีล เหมาะสำหรับการใช้งานที่ค่อนข้างสะอาดและมีราคาถูกกว่าวัสดุอื่นๆ มีตัวแปรย่อยให้เลือกเพื่อให้จับคู่ซีลกับข้อกำหนดและสภาพแวดล้อมได้ดีขึ้น และปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวม

บูน่า

Buna (หรือที่รู้จักในชื่อยางไนไตรล์) เป็นอีลาสโตเมอร์ที่คุ้มค่าสำหรับโอริง สารผนึก และผลิตภัณฑ์ขึ้นรูป เป็นที่รู้จักกันดีในด้านสมรรถนะทางกลและทำงานได้ดีในการใช้งานที่ใช้น้ำมัน ปิโตรเคมี และเคมี นอกจากนี้ยังใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับน้ำมันดิบ น้ำ แอลกอฮอล์ จาระบีซิลิโคน และน้ำมันไฮดรอลิกต่างๆ เนื่องจากความไม่ยืดหยุ่น

เนื่องจาก Buna เป็นโคโพลีเมอร์ยางสังเคราะห์ จึงทำงานได้ดีในการใช้งานที่ต้องการการยึดเกาะของโลหะและวัสดุที่ทนต่อการเสียดสี และพื้นหลังทางเคมีนี้ยังทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานยาแนว นอกจากนี้ ยังสามารถทนต่ออุณหภูมิต่ำได้เนื่องจากได้รับการออกแบบให้มีความต้านทานต่อกรดและด่างอ่อนๆ ได้ดี

Buna มีข้อจำกัดในการใช้งานที่มีปัจจัยที่รุนแรง เช่น การใช้งานที่อุณหภูมิ สภาพอากาศ แสงแดด และไอน้ำสูง และไม่เหมาะกับสารฆ่าเชื้อแบบ clean-in-place (CIP) ที่มีกรดและเปอร์ออกไซด์

อีพีดีเอ็ม

EPDM เป็นยางสังเคราะห์ที่ใช้กันทั่วไปในยานยนต์ การก่อสร้าง และการใช้งานทางกลสำหรับซีลและโอริง ท่อ และแหวนรอง มีราคาแพงกว่า Buna แต่สามารถทนต่อคุณสมบัติทางความร้อน สภาพอากาศ และทางกลได้หลากหลาย เนื่องจากมีความต้านทานแรงดึงสูงยาวนาน ใช้งานได้อเนกประสงค์และเหมาะสำหรับการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับน้ำ คลอรีน สารฟอกขาว และวัสดุที่เป็นด่างอื่นๆ

เนื่องจากคุณสมบัติยืดหยุ่นและยึดเกาะ เมื่อยืดออก EPDM จึงคืนรูปทรงเดิมโดยไม่คำนึงถึงอุณหภูมิ ไม่แนะนำให้ใช้ EPDM กับน้ำมันปิโตรเลียม ของเหลว คลอรีนไฮโดรคาร์บอน หรือตัวทำละลายไฮโดรคาร์บอน

ไวตัน

Viton เป็นผลิตภัณฑ์ยางไฮโดรคาร์บอนที่มีฟลูออริเนต ประสิทธิภาพสูง มีอายุการใช้งานยาวนาน มักใช้ในโอริงและซีล มีราคาแพงกว่าวัสดุยางอื่นๆ แต่เป็นตัวเลือกที่ต้องการสำหรับความต้องการการปิดผนึกที่ท้าทายและต้องการความต้องการมากที่สุด

ทนต่อโอโซน ออกซิเดชัน และสภาพอากาศที่รุนแรง รวมถึงวัสดุต่างๆ เช่น อะลิฟาติกและอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน ของเหลวที่มีฮาโลเจน และวัสดุที่เป็นกรดแก่ เป็นหนึ่งในฟลูออโรอีลาสโตเมอร์ที่มีความทนทานมากกว่า

การเลือกวัสดุที่เหมาะสมสำหรับการปิดผนึกเป็นสิ่งสำคัญต่อความสำเร็จของการใช้งาน แม้ว่าวัสดุซีลหลายชนิดจะคล้ายกัน แต่แต่ละชนิดก็มีจุดประสงค์ที่หลากหลายเพื่อตอบสนองความต้องการเฉพาะใดๆ