Iš kokios medžiagos padarytas tepalo tarpiklis atsparus aukštai temperatūrai?

Aukštos temperatūros atsparumo svarba aliejaus tarpinėse

Kaip terminis poveikis veikia aliejaus tarpinių našumą

Kai yra veikiami pakartotinių temperatūros pokyčių, teplo tarpinės medžiagos natūraliai išsiplėtę vėl susitraukia. Laikui bėgant, šie nuolatiniai išsiplėtimai ir susitraukimai sukelia mažas įtrūkimus medžiagos paviršiuje, dėl kurių galiausiai tarpinės tampa mažiau veiksmingos. Tyrimai, skirti polimerų senėjimui, parodė kai ką nerimą keliančio apie nitrilinio kaučiuko tarpines. Jei jos veikiamos karščio, viršijančio 150 laipsnių Celsijaus, jų lankstumas pradeda greitai mažėti – tyrimo sąlygomis po 500 valandų jis sumažėja apie 40 %. Toliau vykstantys procesai dar labiau žalingi mechaniniams sistemoms. Susilpnėjęs kaučiukas greičiau dyla kontaktavimo su kitomis detalėmis vietose, ypač problematiška judančiose dalyse, pvz., besisukančiuose velenų skyriuose, kur nuolatinis judesys papildomai apkrauna jau pažeistas tarpines.

Kodėl temperatūros atsparumas yra svarbus sandarumo išlaikymui

Aukštą temperatūrą atsparios medžiagos išlaiko suspaudimo laipsnį, tai reiškia, kad jos grįžta į pradinę formą net po to, kai buvo suspaustos, net esant aukštai temperatūrai. Paimkime pavyzdžiui fluorokarbono arba FKM tarpiklius – pagal praėjusiais metais atliktą Global O-ring tyrimą, jie išlaiko apie 90 % savo sandarumo galios 200 laipsnių Celsijaus temperatūroje. Palyginti su įprastais nitriliniais tarpikliais, kurie toje pačioje temperatūroje praranda apie pusę savo efektyvumo. Šis skirtumas yra labai svarbus vietose, tokiuose kaip variklio alkūninio veleno sistemos, kur maži nutekėjimai gali greitai virsti didelėmis problemomis. Keletas lašų, kurie prasunksta, gali atrodyti nekenksmingi, tačiau ilgainiui šie maži nuostoliai kaupiasi, kol įvyksta kas nors rimto.

Realus gedimas: nitrilo gumos tarpikliai turbokompresoriuose virš 150°C

2022 m. automobilių atvejo tyrimas parodė, kad nitriliniai tarpikliai sukėlė 34 % turboaušintuvų aliejaus nutekėjimų aukštos našos varikliuose. Ilgalaikė temperatūra, viršijanti 150 °C, sukėlė medžiagos kietėjimą, dėl ko susidarė tarpai, leidžiantys per 1000 darbo valandų nutekėti 0,3–0,5 litro aliejaus. Šis gedimo tipas privertė gamintojus pradėti naudoti FKM arba PTFE tarpiklius turboaušintuvų sistemose.

Geriausios medžiagos aukštos temperatūros aliejaus tarpikliams

Fluorokarbonas (FKM/Viton™): šilumos atsparumo ir cheminės stabilumo pusiausvyra

Fluorokarbono gumos tarpikliai puikiai atlaiko net tada, kai temperatūra pasiekia apie 200 laipsnių Celsijaus, atspariai išlaikydami atsparumą aliejams, įvairiems kurams ir agresyviems rūgštims. Pagal praėjusiais metais atliktus elastomerų tyrimus, fluorokarbonas (FKM) išlaiko apie 85 % savo pradinės tempiamosios stiprybės po daugiau nei 1 000 valandų tiesiogiai esant 180 °C. Tai iš tiesų įspūdinga, palyginti su įprasta nitrilinio ruberio gumine, kuri nuo to atsilieka beveik 27 %. Šio medžiagos atsparumas cheminėms medžiagoms leidžia šiems tarpikliams puikiai veikti automobilių transmisijose, kur kasdien tenka susidurti su sunkiomis sąlygomis. Tačiau yra ir ribotumų – nereikia tikėtis, kad jie tvirtai atlaikys metanoliu pagrįstas skysčių arba labai aukšto slėgio garo situacijas ilgą laiką.

PTFE (Politetrafluoroetilenas): Našumas ekstremaliuose karščiuose ir agresyviose terpėse

PTFE aliejaus tarpinės puikiai veikia plačiame temperatūrų diapazone – nuo maždaug minus 80 laipsnių Celsijaus iki 260 laipsnių Celsijaus. Net ir aukštoje temperatūroje šios tarpinės beveik netenka trinties. Jų efektyvumą lemia unikali kristalinė struktūra, kuri atspari agresyviems cheminėms medžiagoms, tokioms kaip sieros rūgštis ir chloro dujos, nesiskaidydama. Yra viena sąlyga: kadangi PTFE nėra labai elastingas, jam reikalingos specialiai apdirbtos sandarumo paviršiaus formos, kad būtų pasiekiami geriausi rezultatai, ypač naudojant rotaciniuose siurbliuose, kur tinkamas kontaktas yra būtinas ilgalaikiam teisingam veikimui.

Silikonas ir FFKM: Specializuoti sprendimai ultraaukštų temperatūrų aplinkoms

Silikoninės lankstios polimerinės grandinės prisitaiko prie šiluminio plėtimosi turbino alyvos sistemose, tuo tarpu FFKM (Perfluoroelastomeris) sujungia FKM elastingumą su PTFE lygio karščiui atsparumu branduolinio reaktoriaus aušalo siurbliuose. Abiejų medžiagų kaina yra 3–5 kartus didesnė už standartinių FKM tarpinių kainą.

Palyginamasis apžvalga: Elastomerinės ir termoplastinės medžiagos alyvos tarpinėms

Dinaminiams taikymo būdams, kai svarbus suspaudimo atkūrimas ir reikia sumažinti vibraciją, inžinieriai dažnai pasirenka elastingus tarpiklius iš tokių medžiagų kaip FKM arba FFKM. Kai kalba eina apie stovinius tarpiklius, veikiamus labai aukštų temperatūrų – virš 250 laipsnių Celsijaus, – daugelyje pramonės šakų dažniausiai renkamasi termoplastikus, tokius kaip PTFE. Pastaruoju metu vis dažniau naudojamos hibridinės sprendimų, ypač elektrinių automobilių baterijų aušinimo sistemose. Šios kombinacijos panaudoja abiejų pasaulių privalumus, sujungdamos elastomero spyruoklines energijos suteikimo sistemas su PTFE apvalkalais. Rezultatas? Tarpikliai, kurie atlaiko ekstremalias temperatūras ir kartu ilgą laiką išlaiko būtiną sandarumo slėgį. Gamintojai priima šiuos hibridinius sprendimus, nes jie vienu metu išsprendžia dvi problemas, nekenkiant našumo reikalavimams.

Šiluminio skilimo tepimo tarpiklių medžiagose supratimas

Šilumos sukeltų gedimų mechanizmai: oksidacija ir polimerinės grandinės plyšimas

Temperatūroms viršijant 150 °C, oksidacija nutraukia anglies-vandenilio ryšius įprastose tepalų tarpinėse medžiagose, tokiuose kaip nitrilinis kaučiukas (NBR). Tuo pačiu metu polimerinių grandinių skilimas sulaužo elastingųjų medžiagų pagrindines molekules. Greitiniai senėjimo bandymai parodo, kad šis dvigubas degradacijos procesas per 500 valandų sumažina medžiagos elastingumą iki 60 %.

Senėjimo poveikio matavimas: suspaudimo nuostolis, kietumas ir temptis

ASTM D395 matuoja, kiek tarpinės nuolat deformuojasi veikiamos karščio laikui bėgant. Silikono tarpinėms šis suspaudimo parinkimas pasiekia apie 40 % temperatūroje apie 200 laipsnių Celsijaus po 1 000 valandų nuolatinio veikimo. Fluorokarbono tarpinės (FKM) elgiasi žymiai geriau, išlaikydamos mažiau nei 15 % deformacijos net ir panašiomis sąlygomis. Kalbant apie kietumo pokyčius, kuriuos nustato pagal Shore kietumo matavimus, tik 10 taškų padidėjimas paprastai rodo, kad medžiagoje įvyko reikšmingas tinklų susidarymas. Toks pokytis iš tiesų yra vienas iš perspėjamųjų signalų, kuriuos inžinieriai stebi dar prieš prasidedant tarpinių gedimams judančiose dalyse arba besisukančiose įrangose, kur pastovus judėjimas sukelia papildomą medžiagų apkrovą.

Diskutuojama apie EPDM: ar jis tinka nuolatiniam aukštos temperatūros tepalo poveikiui?

EPDM toleruoja trumpalaikius terminius šuolius iki 170 °C, tačiau alyvos aplinkoje virš 135 °C patiria neišvengiamą sukietėjimą. Automobilių transmisijos bandymai parodo, kad FKM išlaiko 90 % pradinio lankstumo po 2 000 valandų esant 200 °C – tai tris kartus didesnį ilgaamžiškumą lyginant su EPDM ekvivalentinėmis sąlygomis.

Teisingo alyvos sandariklio medžiagos parinkimas ekstremalioms karščio sąlygoms

Kainos, ilgaamžiškumo ir cheminės suderinamumo pusiausvyros pasiekimas medžiagos parinkime

Renkantis aukštos temperatūros atsparius aliejaus tarpiklius, svarbiausia rasti tinkamą pusiausvyrą tarp kasdieninių mašinos reikalavimų ir ilgalaikių išlaidų. Fluorokarboniniai tarpikliai, arba techniškai vadinami FKM, puikiai veikia daugelyje taikymų. Jie veikia nuo apie minus 20 laipsnių Celsijaus iki apie 230 laipsnių, kas apima gana platų diapazoną. Be to, pagal 2023 metais atliktą Ponemon tyrimą, šie tarpikliai sutaupo apie 75 % palyginti su brangesniu jų giminaičiu FFKM, kai nėra rimto korozijos pavojaus. PTFE medžiagos iš pirmo žvilgsnio gali atrodyti brangios, tačiau ilgainiui jos pasiteisina, ypač ten, kur cheminės medžiagos yra itin agresyvios. Kodėl? Šie tarpikliai tiesiog ne tokie linkę dilti ir reikalauja keitimo daug rečiau. Daugelis inžinierių žino, kad reikia patikrinti ASTM F739 schemą, norint nustatyti, ar tarpiklis bus suderinamas su aplink esančiomis cheminėmis medžiagomis. Paimkime, pavyzdžiui, EPDM tarpiklius. Įmeskite juos į sintetinius esterius, kurių temperatūra aukštesnė nei 150 laipsnių Celsijaus, ir stebėkite, kaip jie susidėvi tris kartus greičiau nei senasis patikimas FKM.

Pramonės taikymai: automobilių, aviacijos ir pramoninės įrangos poreikiai

• Automobilių pramonė : turbokompresoriaus tarpinėms reikia FKM dėl nuolatinio atsparumo 200 °C temperatūrai ir suderinamumo su sierą turinčiais aliejais
• Oro erdvė : FFKM atitinka reikalavimus reaktyviniams varikliams aukščiau nei 315 °C ir kartu atitinka NORSOK M-710 standartus
• Pramonės mašinaria : PTFE apvalkalu aptrauktos tarpinės puikiai veikia garo turbinose, rodydamos mažiau nei 5 % suspaudimo deformaciją esant 260 °C

2024 m. pramoninių sandariklių ataskaita rodo, kad 68 % hidraulinių sistemų gedimų ekstremaliame karštyje kyla dėl nesuderinamų medžiagų parinkimo, o ne konstrukcinių trūkumų.

Gyvavimo ciklo strategija: kada pasirinkti PTFE, FKM arba FFKM ilgalaikiam patikimumui

FKM medžiagos gerai veikia naudojant jas su angliavandeniliais esant iki 200 laipsnių Celsijaus, kai reikalingos detalės, kurios tarnautų bent penkerius metus. Tiems, kurie dirba puslaidininkių gamybos aplinkose, FFKM praktiškai tampa būtina, kai kasdien vyksta terminis ciklai, viršijantys 300 laipsnių. Kai kalbama apie cheminių medžiagų perdirbimo įmones, kuriose vienu metu susiduriama su aukšta temperatūra ir rūgštinėmis sąlygomis, PTFE dažniausiai siūlo geriausią investicijų grąžą. Ši medžiaga taip pat pasižymi puikiomis atsparumo savybėmis – esant 200 laipsnių Celsijaus, veikiamos benzo, išsiplėtimo koeficientas yra mažesnis nei pusė procento. Šis rodiklis pranašesnis už standartinius elastingumą užtikrinančius polimerus maždaug dvylika kartų, todėl PTFE tampa patraukli parinktimi agresyvioms cheminėms aplinkoms, kur tikimybė priklauso nuo patikimumo.

Dažniausiai užduodami klausimai

Koks pagrindinis FKM tarpinių pranašumas prieš nitrilines tarpines?

Pagrindinis FKM tarpinių pranašumas yra jų gebėjimas išlaikyti apie 90 % savo sandarumo net esant temperatūrai, pasiekiančiai 200 °C, tuo tarpu nitrilinio kaučiuko tarpinės toje pačioje temperatūroje praranda apie pusę savo efektyvumo.

Kodėl PTFE tarpinės yra geresnės cheminėse aplinkose?

PTFE tarpinės yra geresnės cheminėse aplinkose dėl jų unikalios kristalinės struktūros, kuri atspari agresyviems chemikalams, tokiems kaip sieros rūgštis ir chloro dujos, nesiskaidydama.

Koks yra kainos skirtumas tarp FFKM ir FKM tarpinių?

FFKM tarpinės yra žymiai brangesnės už FKM tarpines – jos kainuoja tris–penkis kartus daugiau, daugiausia dėl didesnio atsparumo labai aukštoms temperatūroms ir cheminėms aplinkoms.

Kaip termoinis poveikis veikia nitrilinio kaučiuko tarpines?

Termoinis poveikis sukelia nitrilinio kaučiuko tarpinėms greitą lankstumo praradimą, kai jos veikiamos temperatūros, viršijančios 150 °C, dėl ko medžiaga sukietėja, o tai galiausiai lemia padidėjusį dėvėjimąsi ir galimą nutekėjimą.