첨단 백업 링 소재: 극한 온도 환경을 위한 PTFE 이상의 소재

고압·고온(HPHT) 밀봉 분야에서,백업 링치명적인 실패를 막는 숨은 영웅은 바로 PTFE입니다. 순수 PTFE가 오랫동안 업계 표준이었지만, 석유 및 가스, 항공우주 분야의 현대 산업 응용 분야에서는 불소수지의 물리적 한계를 넘어서는 압력과 온도가 요구됩니다.폴리팩 산업기술 주식회사우리는 표준 재료가 실패하는 지점에서 크리프에 저항하도록 설계된 고탄성률 열가소성 수지로의 상당한 전환을 관찰했습니다.

이 가이드는 비교합니다PEEK와 PTFE 백업 링 비교또한 올바른 제품을 선택하는 데 필요한 엔지니어링 데이터를 설명합니다.HPHT 밀봉 솔루션2026년 이후를 위해.

백업 O링이란 무엇이며, 왜 중요한가요?

백업 링은 O링과 압출 틈새 사이에 설치되는 단단하고 밀봉 기능이 없는 링으로, 고압 하에서 부드러운 밀봉재가 틈새 공간으로 흘러들어가는 것을 방지합니다.

이는 기계적 장벽 역할을 합니다. 유체 밀봉을 제공하는 탄성 O링과는 달리, 백업 링의 유일한 목적은 압출 간극을 줄이는 것입니다. 이러한 지지대가 없으면 1,500 PSI 이상의 압력(경도에 따라 다름)을 받는 O링은 하드웨어 간극으로 소성 변형되어 "마찰" 또는 완전한 파열로 이어질 수 있습니다.

핵심 기능:

• 압출 방지:물리적으로 O링이 틈새로 들어가는 것을 막습니다.
• 압력 등급 확장:표준 O링이 5,000 PSI 이상의 압력에서 작동할 수 있도록 합니다.
• 형태 유지:압력 급증 시에도 씰의 형상을 유지합니다.

PTFE의 한계: 일반 소재가 극한의 고온에서 제 기능을 못하는 이유

일반적인 순수 PTFE는 높은 열팽창 계수와 결합된 "냉간 유동" 현상 때문에 극한 환경에서 제 기능을 하지 못합니다. 냉간 유동이란 하중을 받을 때 재료가 영구적으로 변형되는 현상입니다.

PTFE는 화학적으로 불활성이고 마찰이 적지만, 기계적 특성은 열에 의해 빠르게 저하됩니다. 따라서 엔지니어는 이 점을 면밀히 살펴봐야 합니다.PTFE 충전재의 특성섭씨 121도(화씨 250도) 이상의 환경을 설계할 때 주의해야 할 사항이 있습니다. Ossila의 재료 데이터에 따르면 PTFE의 인장 강도는 약 25~35MPa인 반면, PEEK와 같은 더 강한 소재는 90~100MPa까지 견딜 수 있습니다. 또한 PTFE의 열팽창은 비선형적이고 급격하여 링이 홈의 팽창 용량을 초과하여 팽창함으로써 결합이나 전단이 발생할 수 있습니다.

PTFE의 고장 모드:

1. 크리프(냉간 유동):지속적인 압력 하에서 PTFE는 녹는점 이하의 온도에서도 압출 틈새로 천천히 "스며들어갑니다."
2. 열팽창:PTFE는 강철보다 약 10배 더 많이 팽창하여 홈 충진율을 변화시킵니다.
3. 전단 파괴:동적인 환경에서는 부드러운 PTFE 소재가 떨어져 나가 유압유를 오염시킬 수 있습니다.

PTFE를 뛰어넘는 2026년 이후 응용 분야를 위한 최고의 첨단 소재

고온고압(HPHT) 응용 분야에서 엔지니어들은 우수한 압축 탄성률과 260°C(500°F) 이상의 열 안정성을 제공하는 PEEK 및 폴리이미드로 전환하고 있습니다.

심층 유정 시추나 항공우주 유압 장치의 강력한 압력을 견뎌내기 위해,고온 압출 방지 링그들의 엄격함을 유지해야 합니다.폴리팩당사는 표준 PTFE와 고성능 열가소성 수지 사이의 간극을 메우기 위해 청동 충전 PTFE 및 탄소 충전 PTFE를 포함한 다양한 충전재를 활용합니다.

1. PEEK(폴리에테르에테르케톤)

PEEK는 고압 압출 방지 소재의 표준으로 여겨집니다. 뛰어난 내화학성과 약 343°C의 융점을 자랑하며, 강성이 높고(쇼어 D 경도 85) PTFE보다 크리프 저항성이 훨씬 뛰어납니다.

• 가장 적합한 대상:압력 5,000 PSI 초과 및 온도 300°F 초과.
• 절충점:강성이 높아 닫힌 홈에 설치하기 어렵습니다.

2. 폴리이미드 (예: Vespel®)

폴리이미드는 극한 조건에만 사용됩니다. 아메리칸 플렉서블(American Flexible)에 따르면, 폴리이미드는 최대 260°C(500°F)의 연속 온도와 최대 900°F(900°F)의 순간 온도에도 견딜 수 있으며, 모든 폴리머 중에서 가장 높은 크리프 저항성을 제공합니다.

• 가장 적합한 대상:극한의 열 및 극저온 응용 분야.
• 절충점:높은 가격과 깨지기 쉬운 성질.

3. PTFE(유리/탄소/청동) 충전형

폴리팩당사는 이러한 혼합물을 전문적으로 다룹니다. PTFE에 유리 섬유나 청동과 같은 충전재를 첨가함으로써 압축 강도를 높이고 크리프 현상을 줄이는 동시에 기본 폴리머의 저마찰 특성도 일부 유지합니다.

• 가장 적합한 대상:PEEK 소재가 너무 비싸거나 너무 딱딱한 중간 압력 영역.

기하학적 구조 설계: 스카프, 나선형, 아니면 입체?

보강 링의 형상(솔리드, 스카프컷 또는 나선형)은 재료의 강성과 설치 방법에 따라 선택해야 합니다.

유연한 PTFE에서 단단한 PEEK로 재질이 바뀌면 피스톤이나 실린더 보어에 링을 늘려 끼울 수 있는 능력이 사라집니다. 단단한 PEEK 링은 손상 없이 표준 폐쇄형 홈에 설치할 수 없습니다.

형상 선택 가이드:

• 원재료 (가공되지 않은):최상의 압출 저항성을 제공합니다.해야 하다분할형 하드웨어(2피스 글랜드) 또는 개방형 홈과 함께 사용할 수 있습니다.
• 스카프 재단 (바이어스 재단):PEEK 소재의 업계 표준입니다. 한쪽 면에 비스듬한 각도(일반적으로 30° 또는 45°)로 절단하여 설치 시 링이 약간 벌어지도록 했습니다. 이 각도는 설치 후 틈새를 효과적으로 메워줍니다.
• 나선형(윤곽선형):일반적으로 PTFE와 함께 사용됩니다. 납작한 코일(2회 감은 형태)과 유사합니다. 큰 온도 변화를 보상하는 데 탁월하지만, 단단한 플라스틱으로 가공하기는 어렵습니다.

전문가 팁: 고압고온(HPHT) 시스템 고장 예방

씰 파손을 방지하려면 "E-갭"(압출 갭)을 정확하게 계산하여 최대 시스템 압력에서 재료의 허용 범위 내에 유지되도록 해야 합니다.

O링 압출 간극 계산이는 매우 중요합니다. E-갭은 단순히 정적 간극만을 의미하는 것이 아니라, 압력 하에서 실린더 벽이 늘어나는 정도와 하드웨어의 공차 누적까지 포함합니다. SKF에 따르면, 시스템 압력이 증가함에 따라 최대 허용 압출 갭은 감소합니다. 예를 들어, 5,000 PSI에서 PEEK 링은 0.005인치의 갭을 견딜 수 있지만, PTFE는 0.002인치에서 파손될 수 있습니다.

설치 모범 사례:

1. 표면 마감:PEEK와 같은 단단한 소재는 마모에 더욱 민감합니다. 마모를 방지하려면 금속 표면이 매끄러운지(8-16 RMS) 확인하십시오.
2. 위치 선정:백업 링은 항상 O링의 저압측에 설치하십시오. 양방향 압력의 경우 백업 링을 두 개(양쪽에 하나씩) 사용하십시오.
3. 열팽창:팽창률을 계산하십시오. 폴리이미드 링이 강철 글랜드보다 더 빨리 팽창하면 시스템이 고착될 수 있습니다.

결론 및 행동 촉구

산업 분야에서 깊이, 압력, 열의 한계를 뛰어넘는 상황에서 표준 PTFE 백업 링에만 의존하는 것은 위험 부담이 큽니다. PEEK 및 충전 열가소성 수지와 같은 첨단 소재로 전환하면 가장 가혹한 조건에서도 씰이 견딜 수 있어 값비싼 가동 중단을 방지할 수 있습니다. 10,000제곱미터가 넘는 생산 공간과 특수 테스트 장비를 갖춘 저희는폴리팩 산업기술 주식회사당사는 맞춤형 HPHT 밀봉 솔루션 엔지니어링 분야의 파트너입니다.

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