Руководство по материалам для скребковых уплотнений: ПТФЭ, полиуретан, резина.

Выбор правильного материала для скребкового уплотнения имеет решающее значение для надежности оборудования, контроля загрязнения и стоимости всего жизненного цикла. В этом руководстве сравниваются ПТФЭ, полиуретан (ПУ) и резина (эластомеры) для скребковых уплотнений, используемых на штоках, поршнях и корпусах. В нем объясняется поведение материалов при абразивном воздействии, воздействии химических веществ, температур и динамических условиях, приводится практическая матрица выбора и советы по тестированию/установке, а также приводятся практические рекомендации и возможности поставщиков для разработки индивидуальных решений по уплотнению.

Почему выбор материала имеет значение для уплотнений скребков?

Основные функции и причины отказов уплотнений скребков.

Скребковые уплотнения (пылезащитные кольца, скребки) предназначены для удаления загрязнений — грязи, воды, абразивных частиц — с штока или вала до того, как обнажатся уплотнения со стороны рабочей среды. Они уменьшают износ, связанный с попаданием жидкости, предотвращают загрязнение жидкости и повышают время безотказной работы системы. Распространенные причины отказов включают абразивный износ, резание твердыми частицами, химическое воздействие, остаточную деформацию и потерю эластичности, приводящую к утечкам или увеличению трения.

Ключевые параметры производительности, которые следует учитывать.

При выборе материала для скребкового уплотнения следует учитывать: износостойкость, эластичность/восстановительную способность, коэффициент трения (влияющий на усилие привода), остаточную деформацию при сжатии и ползучесть в течение длительного времени, химическую совместимость с технологическими жидкостями и загрязнениями, а также диапазон рабочих температур. Для принятия решения о готовности к эксплуатации следует сопоставить первоначальную стоимость с ожидаемым сроком службы и частотой технического обслуживания.

Покомпонентный анализ материалов: ПТФЭ, полиуретан, резина

ПТФЭ (политетрафторэтилен): низкое трение, высокая химическая стойкость.

ПТФЭ ценится за свою химическую инертность и чрезвычайно низкий коэффициент трения. Для скребковых уплотнений ПТФЭ и его наполненные варианты (углеродный, бронзовый, стеклонаполненный) используются при наличии химического воздействия или в очень широком диапазоне температур. ПТФЭ хорошо работает с агрессивными химическими веществами и в криогенных и высокотемпературных средах (эксплуатация до ~260°C; см.ПТФЭ — Википедия).

Ограничения: чистый ПТФЭ обладает низкой упругой восстанавливаемостью и склонностью к холодной деформации под статическими нагрузками, поэтому для динамических скребковых механизмов его часто используют в сложных геометрических формах или в качестве наполнителя. Наполнители повышают износостойкость и уменьшают ползучесть, но могут увеличивать трение и стоимость.

Полиуретан (ПУ): лучшая в своем классе износостойкость

Термопластичные или термореактивные полиуретаны широко используются для уплотнений скребков, где основной угрозой является механическое истирание от песка и частиц. Полиуретан обладает превосходной устойчивостью к разрыву и порезам, высокой несущей способностью и хорошей эластичностью, что помогает поддерживать контакт со штоком в различных условиях. Типичные диапазоны рабочих температур варьируются в зависимости от состава (обычно от -40°C до +80°C, а специальные марки имеют более высокие значения); см.Полиуретан — Википедия.

К ограничениям относятся уязвимость к воздействию определенных химических веществ (сильных окислителей, некоторых углеводородов или кетонов) и гидролизу для негидролизоустойчивых марок. Правильный выбор марки имеет важное значение во влажной или химически активной среде.

Резина (эластомеры): универсальный и экономичный материал.

Эластомеры, такие как нитриловый каучук (NBR), EPDM, FKM (Viton) и силикон, широко используются в скребковых уплотнениях. Они сочетают в себе хорошую эластичность, умеренную износостойкость и низкую стоимость. Нитриловый каучук (NBR) часто используется в маслоподшипниковых системах и обеспечивает приемлемый температурный диапазон и маслостойкость.Нитриловая резина — Википедия).

Ограничения: каждый эластомер имеет свой специфический химический и температурный диапазон. Например, EPDM отлично подходит для воды/пара, но плохо — для нефтяных масел; FKM устойчив к высоким температурам и многим маслам, но дорог. В условиях сильного абразивного воздействия резина может изнашиваться быстрее, чем полиуретан.

Сравнение производительности: данные и таблица выбора, представленные рядом.

В таблице ниже приведены основные практические различия в использовании скребковых уплотнений. Значения и качественные оценки типичны для распространенных коммерческих марок; точные свойства зависят от состава и наполнителей. Стандарты по размерам и испытаниям уплотнительных колец и уплотнений см. в руководстве ISO (например,Серия стандартов ISO 3601 для уплотнительных колец и эластомерных уплотнений).

Источники: описания материалов и их свойств из авторитетных источников, таких как...ПТФЭ — Википедия,Полиуретан — Википедия, иНитриловая резина — ВикипедияДля получения информации о размерах и стандартах испытаний обратитесь к документации ISO, например, к серии ISO 3601.ISO).

Как читать таблицы для принятия решений в реальных условиях

- Если преобладают химические воздействия и резкие перепады температур, выбирайте ПТФЭ (наполненный ПТФЭ для износостойких уплотнений скребков).
- Если основной проблемой является абразивное загрязнение грязью, песком или металлическими частицами, то полиуретан часто обеспечивает наилучший баланс между износостойкостью и эластичностью.
- Если приоритетными являются стоимость и общие эксплуатационные характеристики, а уровень загрязнения умеренный, может подойти эластомер (NBR или EPDM).

Рекомендации по конкретным приложениям, советы по тестированию и установке.

Скребковые уплотнения для гидравлических цилиндров (скребки/очистители штока)

Общепринятая передовая практика: используйте абразивный полиуретановый скребок или комбинированную систему очистки — основной полиуретановый скребок, за которым следует вторичная эластомерная кромка для обеспечения герметичного контакта. Для баллонов, подвергающихся воздействию агрессивных химических веществ или высоких температур (например, на морских платформах, при дозировании химических веществ), следует рассмотреть возможность использования скребков из ПТФЭ, чтобы избежать их деградации.

Вам следует провести тестирование и квалификацию.

Перед полномасштабным внедрением необходимо определить или провести следующие испытания: динамические испытания на износ с использованием репрезентативного абразива (для эластомеров полезны испытания на истирание по типу ASTM D4040), испытания на химическую выдержку в репрезентативных жидкостях (оценка набухания и изменения твердости) и испытания на циклическое изменение температуры. По возможности запросите у поставщика технические характеристики наполненных марок ПТФЭ и отчеты о результатах испытаний сторонних организаций. Для определения размеров и эксплуатационных характеристик обратитесь к стандартам, таким как серия ISO для эластомерных уплотнений и соответствующие методы испытаний ASTM.ISO).

Советы по установке и проектированию для продления срока службы скребка

• Обеспечьте правильную геометрию канавки и осевое предварительное натяжение, чтобы кромка скребка оставалась в контакте без чрезмерного сопротивления.
• Избегайте острых кромок на штоках — отполируйте поверхность до рекомендуемой чистоты (обычно Ra 0,2–0,8 мкм для многих уплотнений), чтобы уменьшить порезы/износ.
• Рассмотрите композитные конструкции: подложка из ПТФЭ с мягким уплотнительным краем или корпус из полиуретана со сменными износостойкими вставками.
• При выборе твердости по Шору для эластомеров/полиуретана необходимо учитывать баланс между износостойкостью (более твердый материал) и герметизирующим контактом (более мягкий материал). Типичная твердость полиуретанов для скребков составляет 70–95 по Шору А в зависимости от области применения.

Анализ затрат на протяжении всего жизненного цикла и рекомендации по закупкам

Сравнение первоначальных затрат и затрат на долгосрочное обслуживание.

Первоначальная стоимость материалов: ПТФЭ (самая высокая) > ПУ (средняя) > резина (самая низкая). Однако в условиях абразивного воздействия и длительных простоев более дорогостоящий скребок из ПУ или ПТФЭ часто снижает общую стоимость жизненного цикла благодаря значительно более длительным интервалам обслуживания и уменьшению повреждений вторичных уплотнений. При выборе материалов запрашивайте у поставщика данные о жизненном цикле или результаты полевых исследований.

Признаки качества, которые следует проверять у поставщика.

Запросите у потенциальных поставщиков: сертификаты на материалы (марка сырья и наполнителей), допуски на размеры, отчеты об измерениях твердости/дюрометра, а также данные лабораторных или полевых испытаний на износостойкость. Соответствие отраслевым стандартам и партнерство в области исследований и разработок с университетами или испытательными организациями являются убедительным показателем технических возможностей.

Пример формулировки технического задания для закупки

Пример: Поставка скребковых уплотнений для гидравлических цилиндров с диаметром штока 50 мм; материал: полиуретан (85 по Шору А) с гидролизоустойчивой формулой; ожидаемая рабочая температура от -20°C до +80°C; износостойкость ≥ X циклов согласно ASTM D5963 или эквивалентному стандарту; допуск по размерам ±0,1 мм. Метод испытаний следует адаптировать под отраслевой стандарт; поставщики должны подтвердить эквивалентность.

Polypac: технические возможности и ассортимент продукции.

Компания Polypac — производитель и поставщик гидравлических и маслосъемных уплотнений, специализирующийся на производстве уплотнений, разработке уплотнительных материалов и индивидуальных решениях для особых условий эксплуатации. Основанная в 2008 году, компания Polypac начала свою деятельность с производства наполненных PTFE-уплотнений, включая PTFE с бронзовым наполнителем, PTFE с углеродным наполнителем, PTFE с графитом, PTFE с наполнителем MoS₂ и PTFE со стекловолокном. Сегодня компания расширила свою линейку продукции, включив в нее уплотнительные кольца из NBR, FKM, силикона, EPDM и FFKM.

Завод и производственные возможности: Завод Polypac по производству резиновых и уплотнительных колец занимает площадь более 10 000 квадратных метров, из которых 8 000 квадратных метров отведены под производственные площади. Производственное и испытательное оборудование является одним из самых передовых в отрасли. Будучи одной из крупнейших компаний в Китае, специализирующихся на производстве и разработке уплотнительных изделий, Polypac поддерживает долгосрочное сотрудничество с университетами и научно-исследовательскими институтами как внутри страны, так и за рубежом.

Конкурентные преимущества и отличительные особенности:

• Исследования и разработки материалов: опыт работы с наполненными составами на основе ПТФЭ, обеспечивающими баланс между износостойкостью и ползучестью.
• Крупномасштабное производство с использованием современных методов контроля: воспроизводимый контроль допусков и отслеживаемость материалов.
• Индивидуальные решения: оптимизация геометрии и состава уплотнений скребков для работы в условиях сильного абразивного износа, воздействия химических веществ или экстремальных температур.

Основные виды уплотнений для скребков: уплотнительные кольца, уплотнения штока, поршневые уплотнения, торцевые пружинные уплотнения, скребковые уплотнения, вращающиеся уплотнения, опорные кольца, пылезащитные кольца. Для проектов, требующих специальных данных об износе или материалов, изготовленных по индивидуальному заказу, Polypac может предоставить протоколы испытаний, образцы и организовать совместную разработку.

FAQ — Часто задаваемые вопросы

1. Какой материал лучше всего подходит для уплотнений скребков в пыльном гидравлическом оборудовании, используемом на открытом воздухе?

Полиуретан часто является лучшим выбором благодаря превосходной износостойкости и устойчивости к разрывам в сочетании с хорошей эластичностью. При воздействии химических веществ или очень резких перепадах температур следует рассмотреть вариант с наполнителем из ПТФЭ или композитную конструкцию (ПУ + эластомер) в зависимости от приоритетов.

2. Могут ли скребковые уплотнения из ПТФЭ заменить эластомерные уплотнители в гидравлических цилиндрах?

Да, в областях применения, где преобладает воздействие химических веществ или высоких температур, где эластомеры могут деградировать. Однако чистый ПТФЭ обладает низкой эластичностью; для поддержания эффективности протирки/контакта рекомендуется использовать наполненный ПТФЭ или специально разработанные профили.

3. Как проверить пригодность уплотнителя для скребка перед установкой?

Проведите испытания на истирание с использованием типичных загрязнений, испытания на химическую обработку в средах, с которыми будет контактировать уплотнение, и испытания на температурные циклы. Запросите технические характеристики материалов, графики износа, полученные в лабораторных условиях, и, по возможности, образцы для полевых испытаний для подтверждения работоспособности.

4. Какая обработка/чистота поверхности штока рекомендуется для скребковых уплотнений?

Гладкая, неповрежденная поверхность снижает износ. Для многих скребковых уплотнений допустимая шероховатость штока Ra составляет 0,2–0,8 мкм; необходимо исключить острые кромки и заусенцы. Твердое хромирование или азотирование повышают износостойкость штоков в абразивных средах.

5. Как часто следует осматривать или заменять уплотнения скребков?

Частота осмотра зависит от режима работы и уровня загрязнения. При интенсивной эксплуатации с абразивными материалами осмотр следует проводить при каждом плановом техническом обслуживании (например, ежемесячно или ежеквартально). Замену следует производить при обнаружении видимого износа кромок, трещин или потери функции очистки. Идеальным вариантом является график профилактического технического обслуживания, основанный на данных об эксплуатации.

6. Существуют ли конструкции скребков из композитных материалов, сочетающие в себе преимущества разных материалов?

Да. В типичных композитных конструкциях используется жесткая или малоползучая подложка (наполненный ПТФЭ) с более мягким эластомерным или полиуретановым бортиком для сочетания химической стойкости с хорошим герметизирующим контактом и износостойкостью. Такие конструкции распространены в специализированных гидравлических системах.

Контакты/Запрос: Для подбора материалов по индивидуальному заказу, получения данных испытаний, образцов или заказа скребковых уплотнений, свяжитесь с технической командой продаж Polypac, чтобы обсудить условия вашего применения (диапазон температур, загрязнения, среда, геометрия штока и ожидаемый срок службы). Ознакомьтесь с подробным описанием продукции и запросите ценовое предложение на уплотнительные кольца, штоковые уплотнения, поршневые уплотнения, торцевые пружинные уплотнения, скребковые уплотнения, вращающиеся уплотнения, опорные кольца и пылезащитные кольца.

Дополнительная литература и стандарты: свойства ПТФЭ (ВикипедияОбзор полиуретана (Википедия), нитриловая резина (Википедия), и стандарты уплотнений ISO (например,ISO 3601).