Как выбрать материалы для вращающихся уплотнений (PTFE, NBR, FKM)

Как выбрать материалы для вращающихся уплотнений (PTFE, NBR, FKM)

Почему выбор материала важен для уплотнений Rotary Seals

Роторные уплотнения предотвращают попадание смазки внутрь вращающихся валов и муфт, а загрязнений – наружу. Выбор неправильного материала приводит к утечкам, ускоренному износу, увеличению затрат на техническое обслуживание или внезапному выходу из строя. В этом руководстве рассматриваются три широко используемых материала для роторных уплотнений: ПТФЭ, НБК (нитриловый каучук) и фторэластомер (FKM), а также объясняется, когда следует выбирать каждый из них для обеспечения надежной работы роторных уплотнений.

Ключевые факторы эффективности при выборе материалов вращающегося уплотнения

Прежде чем сравнивать материалы, определите эксплуатационные требования, которым будут подвергаться ваши вращающиеся уплотнения. Ключевые факторы включают:

• Диапазон температур (мин./макс. постоянный и прерывистый)
• Химическая совместимость (гидравлические жидкости, топливо, растворители, озон)
• Скорость поверхности и динамическое трение (ТСП — твердость поверхности и смазка)
• Абразивное загрязнение и износостойкость
• Риск давления и выдавливания
• Требования к твердости и эластичности для эффективной герметизации
• Монтажное пространство и геометрия пазов

Задокументируйте эти параметры, прежде чем обращаться к поставщику или заказывать индивидуальные роторные уплотнения. Это позволит вам сопоставлять свойства материала с реальными требованиями, а не гадать.

Обзор PTFE, NBR и FKM для роторных уплотнений

ПТФЭ (политетрафторэтилен)

ПТФЭ — это термопластик с низким коэффициентом трения, превосходной химической стойкостью и широким диапазоном рабочих температур. Варианты ПТФЭ с наполнителем (бронзонаполненный, углеродонаполненный, с наполнителем MoS2, стеклонаполненный) повышают износостойкость и прилегаемость к вращающимся деталям. ПТФЭ идеально подходит для случаев, когда важны низкое трение, низкий износ и широкая химическая совместимость, например, для высокоскоростных вращающихся уплотнений или для агрессивных жидкостей.

NBR (бутадиен-нитрильный каучук)

NBR (бутадиен-нитрильный каучук) — распространённый эластомер для уплотнений, обладающий хорошей стойкостью к нефтяным маслам и гидравлическим жидкостям, высокой эластичностью и экономичностью. NBR хорошо подходит для роторных уплотнений, работающих при умеренных температурах и давлении, но обладает ограниченной стойкостью к горячим маслам, озону и некоторым растворителям по сравнению с FKM. NBR часто используется для роторных уплотнений общего назначения, где основными требованиями являются стоимость и маслостойкость.

FKM (фторэластомер)

FKM обладает превосходной термо- и химической стойкостью по сравнению с NBR. Он устойчив ко многим гидравлическим жидкостям, топливу и агрессивным химическим веществам при повышенных температурах. FKM, как правило, обладает более высокой статической твёрдостью и меньшей эластичностью, чем NBR, поэтому подходит для высокотемпературных роторных узлов, где критична совместимость с жидкостями. FKM дороже, но часто необходим для долгосрочной надёжности в тяжёлых условиях.

Сравнительная таблица материалов: PTFE, NBR и FKM

В таблице ниже приведены типичные свойства и общие рекомендации по применению каждого материала. Диапазоны свойств могут варьироваться в зависимости от рецептуры и наполнителей — окончательные расчетные значения см. в технических характеристиках материалов.

Источники: Parker O-Ring Handbook; База данных материалов MatWeb; Руководства по уплотнениям SKF (см. список источников в конце).

Как выбрать: пошаговый процесс выбора вращающихся уплотнений

Используйте этот поток решений, чтобы сузить выбор материалов и сделать практичный и надежный выбор.

1. Определите рабочие температуры: если постоянные или пиковые температуры превышают 120 °C, NBR, скорее всего, не подойдет — рассмотрите FKM или PTFE.
2. Определите жидкости и химикаты: перечислите все жидкости, с которыми может контактировать уплотнитель (смазочные материалы, вода, растворители, топливо). Используйте таблицы совместимости, чтобы исключить несовместимые материалы.
3. Оцените пределы скорости вала и трения: при высоких скоростях поверхности или в случаях, когда важен низкий крутящий момент, ПТФЭ (с наполнителем) часто работает лучше всего.
4. Учитывайте износ и загрязнение: для абразивных сред могут потребоваться наполненные ПТФЭ или фторкаучук с защитными конструкциями (скребки, пылезащитные кольца).
5. Проверьте геометрию канавки и зазор экструзии: эластомеры типа NBR или FKM лучше переносят радиальное сжатие; PTFE часто требует использования пружинных усилителей или специальных профилей для поддержания контакта.
6. Оцените срок службы и стоимость: сопоставьте первоначальные затраты на материалы с затратами на простой и замену. Во многих случаях более дорогие материалы снижают общую стоимость жизненного цикла.
7. Прототип и испытания: Проведите стендовые и полевые испытания с ожидаемыми жидкостями, температурами и скоростями. Проверьте скорость утечки, износ и трение в репрезентативных условиях.

Конструктивные особенности каждого материала в роторных уплотнениях

Руководство по ПТФЭ

- Используйте наполненный ПТФЭ для уплотнений ротора для повышения износостойкости и теплопроводности. Распространенными вариантами являются ПТФЭ с бронзовым и углеродным наполнителями.
- Поскольку ПТФЭ имеет низкую эластичность, используйте пружинные конструкции или вторичные эластомерные активаторы для поддержания уплотнительного контакта при любых допусках.
- Убедитесь, что качество обработки поверхности вала и его твердость соответствуют друг другу. ПТФЭ лучше всего работает на шлифованных, закаленных валах с соответствующей смазкой.

Руководство, специфичное для NBR

- Выберите правильную твердость (по Шору А) для баланса между предварительным натягом уплотнения и износом; типичные вращающиеся уплотнения NBR имеют твердость 70±5 по Шору А, но она может варьироваться.
- NBR выигрывает от адекватной смазки; работа всухую увеличивает трение и износ.
- Избегайте использования NBR, если предполагается воздействие высокотемпературных масел, горячих дымовых газов или сильных растворителей.

Руководство по FKM

- Выбирайте марки FKM, разработанные для вашей рабочей жидкости, — фторэластомеры значительно различаются по профилям химической стойкости.
- Обратите внимание на гибкость при низких температурах; некоторые составы FKM затвердевают при низких температурах и могут давать течь при запуске.
- Более высокая цена FKM оправдана для роторных уплотнений, работающих в условиях высоких температур и химических воздействий, где долговечность имеет решающее значение.

Тестирование и валидация: гарантия того, что материал работает в реальных условиях

Лабораторные испытания должны моделировать температурные циклы, скорость вала, воздействие жидкости, давление и загрязнение. Типичные испытания включают:

• Испытание на впитывание жидкости и набухание для количественной оценки изменения размеров
• Динамические испытания на герметичность под воздействием температуры и давления
• Измерение трения и крутящего момента на рабочих скоростях
• Испытание на износ с использованием репрезентативных загрязняющих веществ

Используйте результаты этих испытаний для уточнения марки материала и геометрии уплотнения. Производители, имеющие собственное испытательное оборудование, ускоряют этот процесс и снижают риск повторного ремонта.

Компромисс между стоимостью и жизненным циклом для роторных уплотнений

Стоимость материалов — лишь один из компонентов общей стоимости владения. Учитывайте:

• Затраты на замену или техническое обслуживание из-за простоя
• Последствия отказа (экология, безопасность, повреждение оборудования)
• Совместимость с интервалами технического обслуживания и стратегиями поставок запасных частей от производителей оригинального оборудования

В критически важных приложениях увеличение расходов на FKM или наполненный PTFE для предотвращения непредвиденных отказов часто снижает общую стоимость владения.

Как Polypac поддерживает выбор и поставку вращающихся уплотнений

Polypac — это научно-техническийгидравлическое уплотнениепроизводитель и поставщик масляных уплотнений, специализирующийся на производстве уплотнений, разработке уплотнительных материалов и изготовлении по индивидуальному заказугерметизирующие решенияДля особых условий эксплуатации. Компания Polypac, основанная в 2008 году, начинала свою деятельность с производства уплотнений из наполненного ПТФЭ, включая ПТФЭ с бронзовым наполнителем, ПТФЭ с углеродным наполнителем, ПТФЭ с графитовым наполнителем, ПТФЭ с наполнителем MoS2 и ПТФЭ со стеклонаполнителем. Сегодня мы расширили ассортимент продукции, включив в него уплотнительные кольца из различных материалов, таких как бутадиен-нитрильный каучук (NBR), фторкаучук (FKM), силикон, EPDM и перфторкаучук (FFKM).

Завод Polypac по производству резиновых колец и уплотнительных колец на заказ занимает площадь более 10 000 квадратных метров, из которых производственные площади составляют 8000 квадратных метров. Наше производственное и испытательное оборудование – одно из самых передовых в отрасли. Будучи одной из крупнейших компаний в Китае, занимающихся производством и разработкой уплотнений, мы поддерживаем долгосрочные связи и сотрудничество с многочисленными университетами и исследовательскими институтами как внутри страны, так и за рубежом.

Почему стоит выбрать Polypac для вращающихся уплотнений?

Компания Polypac сочетает экспертные знания в области материалов, масштабы производства и возможности испытаний для поставки надежных роторных уплотнений и индивидуальных решений по герметизации. Преимущества включают:

• Опыт в разработке наполненных составов ПТФЭ для малофрикционных, долговечных вращающихся уплотнений
• Широкий ассортимент эластомеров (NBR, FKM, FFKM, силикон, EPDM) для совместимости с жидкостями
• Современное производственное и испытательное оборудование для проверки производительности перед поставкой
• Индивидуальная разработка уплотнений и быстрое прототипирование для особых условий работы
• Тесные связи в области НИОКР с университетами и научно-исследовательскими институтами для поддержания актуальности материалов

Основные изделия Polypac для роторных уплотнительных систем

Компания Polypac поставляет полный спектр уплотнительных компонентов, обеспечивающих надежность роторных систем:

• Уплотнительные кольца
• Уплотнения штока
• Поршневые уплотнения
• Торцевые пружинные уплотнения
• Уплотнения скребков
• Роторные уплотнения
• Резервные кольца
• Пылевые кольца

Каждая линейка продукции отличается индивидуальным подбором материалов, контролем качества и производственными допусками, оптимизированными для длительного срока службы.

Практические примеры: соответствие материала применению

Пример 1: Высокоскоростной промышленный ротор

Ситуация: Скорость вала >10 м/с, смазанная среда, температура окружающей среды до 120 °C.
Рекомендуется: роторное уплотнение из наполненного ПТФЭ с пружинным подпружиниванием для низкого трения и минимального износа. Для максимальной долговечности рекомендуется использовать ПТФЭ с бронзовым или углеродным наполнителем.

Пример 2: Гидромотор в строительном оборудовании

Ситуация: Умеренная скорость вала, воздействие гидравлического масла и внешних загрязнений, температура от -20°C до 100°C.
Рекомендуется: роторное уплотнение из бутадиен-нитрильного каучука (NBR) для экономии и стойкости к воздействию масла; для защиты от абразивного износа используйте пылезащитное и опорное кольца. Если ожидаются более высокие температуры или агрессивные среды, используйте фторкаучук (FKM).

Пример 3: Топливный насос в автомобильной или аэрокосмической промышленности

Ситуация: Воздействие топлива и повышенных температур.
Рекомендуется: роторное уплотнение FKM для химической и температурной стойкости; при необходимости холодного запуска необходимо обеспечить класс защиты от низких температур.

Советы по установке и обслуживанию для продления срока службы вращающегося уплотнения

• Проверьте чистоту и твердость вала — при необходимости отремонтируйте или нанесите твердое хромовое покрытие.
• Соблюдайте правильные размеры и допуски сальника для выбранного материала.
• Применяйте совместимую сборочную смазку; избегайте использования смазок на нефтяной основе с несовместимыми эластомерами.
• Следите за условиями эксплуатации — скачки температуры или неожиданные жидкости могут указывать на развивающуюся несовместимость.
• Храните запасные уплотнения в контролируемых условиях хранения (избегайте воздействия озона и высоких температур).

FAQ — Часто задаваемые вопросы о вращающихся уплотнениях и выборе материала

В: Может ли ПТФЭ заменить НБР во всех роторных уплотнениях?

A: Нет. ПТФЭ обеспечивает низкий коэффициент трения и химическую стойкость, но неэластичный. Для простых и недорогих вращающихся уплотнений при умеренных температурах, где требуется гибкая герметизация, может быть предпочтительнее бутадиен-нитрильный каучук (NBR). ПТФЭ лучше всего подходит, когда основными требованиями являются низкий коэффициент трения, агрессивные жидкости или высокие скорости.

В: Как узнать, какой материал выбрать: FKM или NBR?

A: Выбирайте FKM, если рабочие температуры регулярно превышают ~120°C или если вы подвергаетесь воздействию агрессивных химикатов и топлива. FKM дороже, но служит дольше в таких условиях.

В: Что такое наполненный ПТФЭ и зачем он используется?

A: Наполненный ПТФЭ содержит добавки, такие как бронза, углерод, графит, MoS2 или стекло, для повышения износостойкости, снижения хладотекучести и снижения трения. Наполнители позволяют ПТФЭ эффективнее работать в динамических вращающихся системах.

В: Всегда ли следует использовать вращающееся уплотнение из ПТФЭ с пружинным приводом?

О: Не всегда, но пружинные усилители компенсируют низкую эластичность ПТФЭ и обеспечивают контакт при различных допусках. Во многих вращающихся узлах конструкция из ПТФЭ с пружинным усилителем повышает надёжность уплотнения.

В: Насколько важна обработка поверхности вала?

О: Очень важно. Твёрдая, гладкая поверхность (шлифованная или полированная, обычно Ra 0,2–0,8 мкм в зависимости от материала) снижает износ и утечки. Более мягкие или шероховатые валы увеличивают износ уплотнений — обработка поверхности должна соответствовать материалу уплотнения.

Свяжитесь с нами / Просмотр продукции

Если вам нужна помощь в выборе или поиске роторных уплотнений, свяжитесь с Polypac для получения технической консультации, испытаний образцов или коммерческого предложения. Ознакомьтесь с нашим каталогом продукции, чтобы ознакомиться с уплотнительными кольцами, штоковыми и поршневыми уплотнениями, торцевыми уплотнениями.Пружинные уплотнения, грязесъемные уплотнения, роторные уплотнения, опорные кольца и пылезащитное кольцо. Для разработки роторных уплотнений и материалов на заказ запросите консультацию и укажите рабочие параметры для получения рекомендаций по быстрому созданию прототипа.

Источники и ссылки

• Справочник по кольцам Parker O-Ring (общие свойства и рекомендации по совместимости)
• База данных свойств материалов MatWeb (типичные диапазоны PTFE, NBR, FKM)
• Руководства SKF по решениям в области герметизации (рекомендации по передовым методам изготовления вращающихся уплотнений и обработке валов)
• Внутренние записи о продукции и испытаниях компании Polypac (история разработки и производственные возможности наполненного ПТФЭ)