고속 회전 밀봉재의 재료 비교

고속 회전 밀봉재의 재료 비교
본 논문에서는 수십 년간 축적된 씰 선정, 마찰 시험 및 맞춤형 씰 개발 분야의 현장 경험을 바탕으로 고속 회전 씰에 사용되는 재료들을 비교 분석합니다. 재료 특성, 씰 설계, 샤프트 표면 마감 및 윤활이 고속 회전 시 성능에 미치는 영향을 설명하고, 재료 선택(PTFE, 충전 PTFE, NBR, FKM, 실리콘, EPDM, FFKM), PV 한계 해석, 열 및 마모 관리 설계, 검증 시험 계획 수립에 필요한 실질적인 지침을 제공합니다. 검증을 위해 SKF, ISO 및 재료 기술 참고 자료 등 권위 있는 자료 링크를 곳곳에 첨부했습니다.

회전식 밀봉 응용 분야의 주요 성능 동인

속도, PV 및 마찰: 씰의 성능을 제한하는 진정한 요인은 무엇일까요?

회전 밀봉 문제를 평가할 때 제가 가장 먼저 확인하는 수치는 축 표면 속도(m/s), 예상 차압, 온도, 그리고 유체막 또는 윤활유의 존재 여부입니다. 엔지니어들이 흔히 사용하는 약어는 PV 한계인데, 이는 압력(P)과 슬라이딩 속도(V)의 곱으로, 접촉 밀봉에 가해지는 열적 및 마모 응력을 근사적으로 나타냅니다. 엘라스토머 및 PTFE 기반 밀봉의 경우, PV 거동은 재료 한계를 판단하는 실질적인 지표가 됩니다. 마찰학 개념에 대한 참고 자료는 다음을 참조하십시오.마찰학(위키백과).

표면 조도, 런아웃 및 미세 공동 현상

샤프트 표면 조도(Ra, Rz)와 기하학적 런아웃은 씰이 얇은 윤활막 위에서 작동하는지 또는 경계 윤활 방식으로 작동하는지를 결정합니다. 제 경험상 고속 회전 씰은 제어된 표면 조도(재질에 따라 Ra 0.2~0.8µm)와 최소한의 편심이 필요합니다. 그렇지 않으면 국부적인 발열, 압출 및 마모 가속이 발생합니다. 샤프트 표면 사양에 대한 지침은 주요 씰 공급업체 및 베어링 공급업체에서 얻을 수 있습니다.에스케이에프.

윤활, 매체 및 온도 관리

씰이 오일, 그리스, 공정 유체 또는 건조한 대기와 접촉하는지에 따라 허용 가능한 재질이 크게 달라집니다. 경계 윤활 또는 혼합 윤활을 제공하는 액체는 허용 속도 제한을 높이고, 건식 작동에는 충진 PTFE 또는 특수 코팅과 같은 저마찰 재질이 필요합니다. 하우징으로의 열전도 및 오일 냉각 가능 여부 또한 중요합니다. ISO 표준 및 업계 데이터시트는 일반적인 엘라스토머에 대한 온도 범위를 명시하고 있습니다.ISO표준 맥락에서.

재료별 비교

재료를 비교하는 방법

저는 일반적인 작동 속도 범위, 연속 온도 한계, 마찰 계수(정성적 평가), 내마모성, 화학적 호환성 및 일반적인 적용 분야를 기준으로 재료를 평가합니다. 아래 표는 실질적인 지침을 요약한 것이며, 값은 공급업체 데이터, 기술 문헌 및 현장 테스트 경험을 바탕으로 도출된 일반적인 범위입니다. 자세한 고분자 화학 정보는 다음을 참조하십시오.PTFE,NBR,FKM및 일반적인 자료 참조.

표 참고 사항: 속도 범위는 실제 엔지니어링 지침이며 윤활, 씰 형상 및 샤프트 마감에 따라 크게 달라집니다. 폴리머 특성 기준선은 앞서 링크된 PTFE 및 엘라스토머 참조 자료와 공급업체 기술 데이터 시트(예:에스케이에프제품 설명서).

PTFE와 엘라스토머의 장단점 비교 (주목할 만한 점들)

많은 고속 회전 장치 설계에서 주요 선택 사항은 PTFE(또는 PTFE 충전재) 씰과 엘라스토머 립 씰 중 하나로 좁혀집니다. PTFE 기반 씰은 적절한 백업 링과 하우징을 사용하면 마찰이 가장 적고 최고 속도를 지원하지만, 정밀한 보어/샤프트가 필요하고 정렬 불량에 대한 허용 오차가 작습니다. 엘라스토머는 더 나은 밀봉 탄성, 쉬운 설치 및 저속에서의 동적 밀봉을 제공하지만, 일반적으로 마모가 빠르고 고속에서 마찰 손실이 더 큽니다. 저는 종종 하이브리드 솔루션을 권장합니다. 예를 들어 샤프트에 PTFE 슬라이딩 링과 엘라스토머 가압 장치를 사용하거나, PTFE 작동면과 엘라스토머 스프링을 갖춘 복합 씰을 사용하여 면하중을 가하는 방식입니다.

테스트, 선정 및 설계 고려 사항

제가 의존하는 실험실 테스트와 현장 검증

우수한 선정 과정에는 항상 실험실 수준의 PV 테스트, 마찰/마모 벤치 테스트, 그리고 이상적으로는 가속 현장 시험이 포함됩니다. 저는 테스트를 설계할 때 다음과 같은 테스트를 수행합니다. (1) 건식 및 윤활 조건에서의 PV 램프 테스트(파손까지), (2) 실제 밀봉 압력 조건에서의 온도 상승 테스트, (3) 팽창/호환성 확인을 위한 화학 물질 노출 테스트, (4) 축/런아웃 공차 스윕 테스트. 표준 테스트 방법 및 업계 지침은 공급업체 백서 및 표준화 기구를 통해 확인할 수 있습니다.ISO및 재료 제조업체의 시험 보고서.

정적 밀봉과 동적 밀봉 및 백업 링 사용

고속 회전 씰은 압출을 방지하고 압력 하에서 PTFE를 지지하기 위해 백업 링이 필요할 수 있습니다. 백업 링(대개 PTFE 블렌드 또는 경질 폴리머로 제작됨)은 립 씰이 압력 차이에 노출되는 곳에서 필수적입니다. 저는 항상 씰 압출 간극을 점검하고 압력과 온도가 재료 한계에 근접할 경우 압출 방지 링 설치를 고려합니다.

설치, 샤프트 표면 마감 및 하우징 공차

설치 절차는 매우 중요합니다. 씰 립에 작은 흠집이 생기거나 글랜드 폭이 부적절하면 수명이 급격히 단축됩니다. 저는 샤프트 경도(PTFE와 접촉하는 경우)가 35~45 HRC 이상이거나 그에 상응하는 표면 처리를 요구하며, 도면 주석에 마감 및 동심도 공차를 명시합니다. 기계식 씰 설치에 대한 자세한 내용은 제조업체의 기술 매뉴얼(예:에스케이에프).

폴리팩을 선택하는 이유 - 역량 및 솔루션 활용 사례

Polypac 개요 및 기술 자격

폴리팩은 유압 씰 및 오일 씰 전문 제조업체이자 공급업체로서, 씰 생산, 씰링 소재 개발, 그리고 특수 작업 조건에 맞는 맞춤형 씰링 솔루션을 제공합니다. 폴리팩의 맞춤형 고무 링 및 O링 공장은 10,000제곱미터가 넘는 부지에 8,000제곱미터 규모의 생산 시설을 갖추고 있으며, 업계 최고 수준의 생산 및 시험 설비를 보유하고 있습니다. 중국 최대 규모의 씰 생산 및 개발 기업 중 하나인 폴리팩은 국내외 유수의 대학 및 연구 기관과 오랜 기간 긴밀한 소통과 협력 관계를 유지하고 있습니다.

제품 범위 — 제가 폴리팩에 지정하는 사항

2008년에 설립된 폴리팩(Polypac)은 청동, 탄소, 흑연, MoS₂, 유리 섬유 등이 첨가된 PTFE 실런트를 제조하는 것으로 사업을 시작했습니다. 현재는 NBR, FKM, 실리콘, EPDM, FFKM 등 다양한 재질의 O링으로 제품군을 확장했습니다. 제가 프로젝트에서 주로 사용한 폴리팩 제품으로는 O링, 로드 씰, 피스톤 씰, 엔드 페이스 스프링 씰, 스크레이퍼 씰, 로터리 씰, 백업 링, 더스트 링 등이 있습니다.

경쟁 우위 요소 및 사용 사례

제 컨설팅 경험에 비추어 볼 때, 폴리팩(Polypac)을 차별화하는 요소는 다음과 같습니다. (1) 고속 회전 응용 분야에 필수적인 충진 PTFE 배합에 대한 초기부터 심도 있는 전문성, (2) 특정 매체 및 PV 조건에 맞춘 맞춤형 화합물을 개발할 수 있는 자체 소재 개발 능력, (3) 맞춤형 프로토타입 제작 및 스케일업을 가능하게 하는 상당한 생산/시험 역량. 저는 최적화된 충진 PTFE 작동면과 탄성체 2차 씰이 필요한 응용 분야나 고온 화학 저항성 때문에 표준 엘라스토머를 사용할 수 없는 경우에 폴리팩과 협력하는 경우가 많습니다. 폴리팩은 연구 기관과의 협력을 통해 기성품 부품에 의존하는 대신 검증된 솔루션을 공동 개발할 수 있습니다.

제가 고객들과 함께 사용하는 실용적인 선택 체크리스트

1단계 — 운영 범위 정의

• 축 표면 속도(m/s), 차압 및 온도 범위를 기록하십시오.
• 유체/매체를 확인하고 윤활이 지속적으로 이루어지는지 여부를 판단하십시오.

2단계 — 후보 자료 선택

• 윤활을 통한 고속 회전의 경우: 마찰이 적은 PTFE 재질의 제품부터 시작하십시오.
• 온도/화학적 조건이 엘라스토머에 유리하다면, 더 높은 유리전이 온도(T)와 내화학성을 위해 FKM 또는 FFKM을 고려하십시오.

3단계 — PV 및 호환성 테스트를 통해 검증

• 대표적인 주거 환경에서 PV 출력 증가율, 마찰 및 온도 상승 테스트를 실행하십시오.
• 설치 허용 오차 및 축 표면 마감을 확인하고, 압력이나 압출 위험이 있는 경우 백업 링을 포함하십시오.

자주 묻는 질문

Q1: PTFE 회전식 씰의 최대 표면 속도는 얼마입니까?

A1: 실제로, 충전재가 포함된 PTFE 씰은 적절한 윤활과 지지/백업 링이 있는 경우 최대 약 20~30m/s의 표면 속도를 처리할 수 있습니다. 충전재가 없는 순수 PTFE는 마모 수명이 더 짧을 수 있습니다. 정확한 한계는 압력(PV), 윤활 및 샤프트 표면 마감에 따라 달라지므로 설계 여유를 위해 공급업체의 압력(PV) 데이터를 참조해야 합니다. PTFE 물성치를 참조하십시오.PTFE (위키백과).

Q2: 회전식 씰에 PTFE 대신 FKM을 선택해야 하는 경우는 언제입니까?

A2: 고온 및 탄화수소 저항성과 함께 탄성 중합체 밀봉(유연성, 간단한 립 밀봉)이 필요하지만 속도가 중간 정도(일반적으로 ≤10m/s)여야 하는 경우 FKM을 선택하십시오. 마찰을 최소화하고 최고 속도가 요구되는 경우에는 PTFE 또는 충전 PTFE가 일반적으로 더 적합합니다.

Q3: PTFE 충진 씰은 마모성 유체와 호환됩니까?

A3: 청동, 탄소, 유리, MoS₂ 등의 충전재가 포함된 PTFE 화합물은 순수 PTFE에 비해 내마모성이 향상되지만, 마모성 입자는 여전히 마모를 가속화합니다. 마모성 환경에서는 여과, 마모 방지 라이너 또는 경화 처리된 샤프트 표면을 권장하며, 대표적인 오염 수준에서 벤치 마모 시험을 통해 유효성을 검증해야 합니다.

Q4: 샤프트 표면 마감은 얼마나 중요한가요?

A4: 매우 중요합니다. PTFE 슬라이딩 표면의 경우, 재질 및 윤활유 종류에 따라 Ra 값이 0.2~0.8µm 사이인 연마/호닝 마감을 일반적으로 권장합니다. 표면이 너무 거칠면 마모가 증가하고, 너무 매끄러우면(거울처럼) 윤활유 유지력이 떨어질 수 있습니다. 마감은 항상 재료 공급업체의 권장 사항에 맞춰야 합니다.

Q5: 씰 공급업체에 어떤 테스트를 요청해야 하나요?

A5: PV 테스트 데이터, 마찰(토크) 대 속도 곡선, 작동 압력에서의 온도 상승, 화학적 호환성/팽창 데이터 및 가속 수명 테스트 결과를 요청하십시오. 안전이 중요한 용도의 경우, 대표적인 설비에서 제3자 또는 입회인이 참여한 테스트 결과를 요구하십시오.

Q6: 엘라스토머 재질의 회전식 씰을 PTFE 재질로 개조할 수 있습니까?

A6: 경우에 따라 그렇지만, 차이점을 고려해야 합니다. PTFE는 더 정밀한 글랜드가 필요하고, 백업 링이 필요할 수 있으며, 샤프트 표면/경도가 적합해야 합니다. 열팽창을 평가하고 하우징이 필요한 지지력을 제공할 수 있는지 확인하십시오.

고속 회전 씰 사양에 도움이 필요하시면 재료 선정, PV 테스트 계획 및 상세 도면 작성에 도움을 드릴 수 있습니다. 맞춤형 제조 및 고급 충진 PTFE 컴파운드 관련 문의는 Polypac에 연락하시는 것을 추천합니다. Polypac은 시제품 제작부터 대량 생산까지 풍부한 경험과 생산 능력을 보유하고 있습니다. O링, 로드 씰, 피스톤 씰, 엔드 페이스 스프링 씰, 스크레이퍼 씰, 회전 씰, 백업 링, 더스트 링 등 다양한 제품 라인을 살펴보시고 귀사의 용도에 맞는 테스트 샘플을 요청해 보십시오.

문의하기 / 견적 요청
재료 선택에 도움이 필요하시거나 검증을 위한 샘플/시험 장치가 필요하시면 당사 기술팀에 문의하시거나 Polypac 제품 정보 및 맞춤 개발 지원을 요청하십시오. 속도, 압력, 온도 및 매체 정보를 제공해 주시면 PV 테스트 계획 및 재료 후보 목록을 준비해 드리겠습니다.

참고 자료 및 추가 읽을거리:
- 마찰학 개요:https://en.wikipedia.org/wiki/Tribology
- 폴리테트라플루오로에틸렌의 특성:https://en.wikipedia.org/wiki/Polytetrafluoroethylene
- 니트릴 고무 및 불소엘라스토머 참고 자료:NBR,FKM
- 산업별 제품 및 적용 지침:에스케이에프
- 표준화 기구:ISO