Hvert efni gerir olíuþéttina motstæða háum hitastigum?

Áhersla á hitaþol í olíuþéttingum

Hvernig hitaspenna áhrifar afköst olíuþéttinga

Þegar olíusílar eru í endurteknum hitaskiptum stækka þeir náttúrulega og þynna síðan aftur. Með tímanum skapa þessar stöðugu stækkanir og samdrætti smá sprungur á efnisborðinu sem gera lokað minni árangursríkt. Rannsóknir á öldrun pólímera sýna nokkuð áhyggjuefni fyrir nitrílgummi. Ef þær eru útsettar fyrir hita yfir 150 gráður, þá byrja þær að missa sveigjanleika sinn mjög fljótt. Það sem gerist næst er enn verra fyrir vélræn kerfi. Veiktu gúmmíið slitnar hraðar á þeim stöðum þar sem það snertir aðra hluta, sem er sérstaklega vandræðalegt í hreyfðum hlutum eins og snúningsvöllum þar sem samfelld hreyfing leggur aukna álagningu á þegar truflaðar þétta.

Hvers vegna er hitastefnuhvarf mikilvægt til að þétta

Efni sem standa upp við háar hitastig geyma samdragsstöðu sína, sem þýðir að þau hoppa til baka í upprunalega form sitt eftir að hafa verið ýtt saman, jafnvel þegar verið er útsett fyrir hita. Taka má dæmi um flúorkolvetnisþjöppur eða FKM-þjöppur; samkvæmt rannsókn Global O-ring frá fyrra ári varðandi eru þær með um 90% af þéttunarhöfnunni við 200°C. Berðu þetta við venjulegar nítríl-þjöppur sem missa um helming af virkni sinni við sömu hitastig. Munurinn hefur mikla áhrif í slíkum staðsetningum og vélakvillar kerfum, þar sem smáleka geta fljótt breyst í stórar vandamál. Nokkrar dropar sem leka kann að virðast óharmleikar, en með tímanum safnast þessi litlu tap saman þangað til alvarlegt truflun kemur upp.

Raunveruleg bilun: Nítrílkólfitursþjöppur í hitareykjum yfir 150°C

Úrslit úr bílagerðarfræðilegri greiningu árið 2022 birtu að nitrílhurðum var átt við 34 % af olíulögunum í hitastóðvélum í hárflóknum vélum. Varanleg hitastig yfir 150°C leiddi til að efnið hörðnaði, sem myndaði bil sem leyfði 0,3–0,5 lítra olíulögun á hverjum 1.000 reksturklukkutímum. Þessi villa hefur leitt til þess að framleiðendur hafi tekið upp FKM eða PTFE hurðum í hitastóðvélum.

Bestu efni fyrir olíuhurðar í háhitanotkun

Flúorkolvetni (FKM/Viton™): Jafnvægi milli hitaþol og efnafrumeðlagseiginleika

Flúorkolvetnisþjöppunartól standa sig vel svo hátt og 200°C hiti og eru seigir gegn olíum, ýmsum brenniefnum og sýrum. Samkvæmt nýjustu prófingum úr elastómetri rannsóknum síðustu árs varðveitti flúorkolvetni (FKM) um 85% af upprunalegri togsterkju eftir að hafa verið við 180°C í meira en 1.000 klukkutímum á röð. Þetta er í raun mjög áhrifameikið miðað við venjulegt nitríl-kólfit sem missir nærri 27% af styrk sínum á sama tímabili. Ánægjanleg efnaendurverkun gerir þessi þjöppunartól að frábærri lausn í bílaferðum þar sem þau eru átakuð harðum aðstæðum daglega. En til eru líka takmarkanir – ekki vænta að þau takist á móti vökva byggðum á metanól né að standast sterkan gufuþrýsting án þess að brotna að lokum.

PTFE (Polýtetraflúóróetylens): Virkni undir mikilli hita- og örvuðum efnum

PTFE olíuþéttingar virka mjög vel í breiðu hitamáli, frá mínus 80°C og upp í 260°C. Jafnvel við háa hitastig halda þessar þéttingar næstum engri gníðartap. Það sem gerir þær svo góðar er einstakt krystallbyggingin sem standast hart móti efnum eins og sýrur og klórósi án þess að brakast saman. Það er hins vegar eitt vandamál. Vegna þess að PTFE er ekki mjög sprungulegt þarf sérstaklega vinnin þéttunaryfirborð til að ná bestu árangri, sérstaklega þegar notuð er í snúningspúmper þar sem rétt snertingu er nauðsynlegt til að allt virki rétt með tímanum.

Silikón og FFKM: Sérhæfðar lausnir fyrir ofurbrautahitamilljó

Súrefnis fleksíbla sameindakeðjur henta sig við hitastækkun í olíukerfum í gasútúrum, en FFKM (perflúorkúprópil) sameinar FKM sérsniðanleika við hitaábyrgð á PTFE-lagsmegin fyrir kæliloftspumpur í kjarnorkuver. Bæði efni kosta 3–5 sinnum meira en venjulegar FKM þéttanir.

Berileg yfirsýn: Elastómer efni vs. termóplastefni fyrir olíuþéttingar

Fyrir völdum forritum þar sem endurkoma á þrýstingi er mikilvæg og vibratíon þarf að dampa, notenda verkfræðingar oft elastiðra þéttunarhluta úr efnum eins og FKM eða FFKM. Þegar kemur að stilltum þéttunarefnum sem standast mjög há hitastig yfir 250 gráður Celsius, eru hitaeftær slöngur eins og PTFE algengasta valið í mörgum iðjum. Nýlega höfum við séð fleiri samsetningarlausnir, sérstaklega í kæliskipulagi rafhlaða í rafhliðrunarbílum. Þessar samsetningar nýta báðar heimildir með því að para saman springju úr elastiðri og jakkta úr PTFE. Niðurstaðan? Þéttunarefni sem halda úti mótgegn við háan hita en halda samt áfram nauðsynlegum þéttunarþrýstingi með tímanum. Framleiðendur eru að adoptera þessar samsetningarlausnir vegna þess að þær leysa tvö vandamál í einu án þess að felldu á afköstum.

Að skilja hitaafbrynjun í olíuþéttunarefnisefnum

Lestir hitavirkra niðurbrots: Oxun og polýmerkeðjuskurður

Við hita yfir 150°C brotna kolefni-hydrogen tengingar í algengum olíuþjöppunarefnum eins og nitrílkúru (NBR) vegna oxunar. Sama tíma veldur brjótun á sameindakjarnakerfinu brotum í bakkefnismólekulum í sviðrum. Körfnunarmátanir sýna að þessi tvöföld niðurbrot geta dragið úr elstæði efnisins upp að 60% innan 500 klukkustunda.

Mæling á öldrunarás: Þjöppunartap, harðfelling og brotlagntapi

ASTM D395 mælir hversu mikið þéttunarþjöppun varar fasteinkunn eftir áhrif hita yfir ákveðinn tíma. Fyrir silíkónþéttunaraðgerðir nálgast þessi gildi um 40% við hitastig nærri 200°C eftir 1.000 samfelldar klukkustundir. Flúorkolvetnisþéttunaraðgerðir (FKM) bera sig miklu betur, með minna en 15% varanlegri breytingu jafnvel undir svipuðum aðstæðum. Þegar kemur að breytingum á mörkuðkynni sem mældar eru með Shore durometer-prófum, bendir aukning um aðeins 10 stig venjulega til átaksamlegs netkomuskapans innan í efni. Slíkar breytingar eru í raun einn af fyrirvörnum sem verkfræðingar horfa út fyrir áður en þéttunaraðgerðir missukka í hreyfistökum hlutum eða snúningsbúnaði, þar sem stöðug hreyfing setur aukin álag á efnið.

Umhugsanir um EPDM: Er það hentugt fyrir varanlega háhitaaðhald við olíu?

EPDM endurskylir stutt hitaaukningu upp í 170°C en verður óafturkræfanlega harðara ef ofan 135°C í olíumiljóum. Prófanir á bílagerðum sýna að FKM heldur 90 % upprunalegrar sveigjanleika eftir 2.000 klukkustundir við 200°C – gerir þríveldiga varanleika EPDM undir sömu aðstæðum.

Að velja rétta efni fyrir olíuþéttina undir skerpum hitaaðstæðum

Að jafna á milli kostnaðar, varanleika og efna samhæfingar við efni

Þegar valið er á olíuþjötnum sem henta hárri hitastigi er mikilvægt að finna rétta jafnvægi milli þess sem vélarnar þurfa daglega og hvað mun kosta á langan tíma. Flúorkolvetniskautlar, eða FKM eins og teknískt er kallað, virka nokkuð vel í flestum tilvikum. Þeir eru notuð frá um mínus 20 gráðu Celsíus upp í kringum 230 gráður, sem nær yfir gífurlega svið. Og samkvæmt rannsóknum Ponemon frá 2023 spara þessir þjötningar rúmlega 75% í samanburði við flottari frændinn FFKM þegar engin alvarleg eyðing fer fram. PTFE-efni virðast kannski dýr í fyrsta lagi, en reynast í raun kostnaðsþétt í löngu leik, sérstaklega þar sem efni eru mjög harð. Ástæðan? Þessir þjötningar slitast ekki jafn hratt og þurfa að vera skipt út langrar tímabil. Flestir verkfræðingar vita að þeir ættu að fara yfir ASTM F739 töflurnar til að ákvarða hvort þjötningur verði samhæfður við hvaða efni sem er að finna. Taka má EPDM-þjötninga sem dæmi. Kastaðu þeim í syntetíska estra með hita yfir 150 gráðu Celsíus og horftu á þá hverfa í sundur þrisvar sinnum hraðar en góðu gamla FKM.

Iðnaðarforrit: Þarfir í bíla-, loftfaras- og iðnaðarvélakerfinum

• Bílaiðnaður : Þurfa hitaflóraþéttanir FKM til að standast 200°C áframleitandi og vera samhæfbar við súrefnið olíur
• Loftfari : Uppnýtir FFKM kröfur jetvélva yfir 315°C og uppfyllir NORSOK M-710 staðlana
• Iðnaðarvélar : Þéttanir með PTFE umhverfi presta vel í gufuþrumlum, með minna en 5% samdráttarstöðu við 260°C

Vísindaskýrsla um iðnaðarþéttingar árið 2024 birtir að 68% bilunanna í hydraulíkarkerfum við mikið hita komist fram af óviðeigandi efnavali fremur en hönnunarvillur.

Lífshlutabarátt strategy: Hvenær skal velja PTFE, FKM eða FFKM fyrir langtíma áreiðanleika

FKM-efni virka vel í kolefnishydrat-bundnum kerfum sem starfa undir 200 gráður Celsius þegar leitað er að hlutum sem verða að halda að minnsta kosti fimm ár. Fyrir þá sem vinna í hárgönguframleiðslu verður FFKM nær óhjákvæmilegt þegar daglegt hitahvösl fer yfir 300 gráður. Þegar komið er að efnafrumkerfum sem eru á sama tíma utsöðluð af háum hitastigum og sýrum, gefur PTFE oftast besta arðinn af reikningi. Efnið sýnir mikla viðnærslueiginleika, aukast um minna en hálf prósentu þegar dottið er í bensín við 200 gráður Celsius. Þessi afköst eru um tólf sinnum betri en venjuleg elasti, sem gerir PTFE að vinsælri valkost í hart efnavíðri þar sem áreiðanleiki málmi mest.

Oftakrar spurningar

Hver er aðalforritin á að nota FKM þéttbenda frekar en nitrilþéttbenda?

Aðalforriti FKM þéttuna er að geta viðhaldið um 90% þéttunarafköstum jafnvel við hitastig upp í 200°C, á meðan nítrílgúmmíþéttingar missa um helming af virkni sinni við sama hitastig.

Af hverju eru PTFE-þéttingar yfirlega betri í efnaumhverfum?

PTFE-þéttingar eru yfirlega betri í efnaumhverfum vegna einstaka krystallbyggingar sem standa uppi gegn hart að verki kemíska efnum eins og sýrur og klórgeimi án þess að brjótast niður.

Hvert er kostamunurinn á FFKM og FKM þéttingum?

FFKM-þéttingar eru marktækt dýrari en FKM-þéttingar, kosta þrjár til fimm sinnum meira, aðallega vegna aukinnar varanleika gegn ofurháum hitastigum og efnaumhverfum.

Hvernig áhrif hefur hitaspenna á nítrílgúmmíþéttingar?

Hitaspenna veldur því að nítrílgúmmíþéttingar missa fljótt sviðsferðar þegar verið er útsett hærri hitastigi en 150°C, sem leidir til stífningar í efni og að lokum aukinn slíming og hugsanlega leka.