De materiaalkeuze voor uw afdichting is belangrijk, omdat deze de kwaliteit, levensduur en prestaties van de toepassing bepaalt en problemen in de toekomst helpt voorkomen. In dit artikel bekijken we hoe de omgeving de materiaalkeuze voor afdichtingen beïnvloedt, evenals enkele van de meest voorkomende materialen en voor welke toepassingen ze het meest geschikt zijn.
Omgevingsfactoren
De omgeving waaraan een afdichting wordt blootgesteld, is cruciaal bij de keuze van het ontwerp en het materiaal. Er zijn een aantal belangrijke eigenschappen waaraan afdichtingsmaterialen moeten voldoen voor alle omgevingen, waaronder het creëren van een stabiel afdichtingsvlak, warmtegeleiding, chemische bestendigheid en goede slijtvastheid.
In sommige omgevingen zullen deze eigenschappen sterker moeten zijn dan in andere. Andere materiaaleigenschappen waarmee rekening moet worden gehouden bij het bepalen van de omgeving, zijn hardheid, stijfheid, thermische uitzetting, slijtvastheid en chemische bestendigheid. Door hiermee rekening te houden, kunt u het ideale materiaal voor uw afdichting vinden.
De omgeving kan ook bepalen of de kosten of de kwaliteit van de afdichting prioriteit krijgen. Voor schurende en agressieve omgevingen kunnen afdichtingen duurder zijn, omdat de materialen sterk genoeg moeten zijn om deze omstandigheden te weerstaan.
In dergelijke omgevingen betaalt de investering in een hoogwaardige afdichting zich op de lange termijn terug, omdat dit de kostbare stilstand, reparaties en revisie of vervanging van de afdichting voorkomt die een afdichting van mindere kwaliteit met zich mee zou brengen. Bij pomptoepassingen met een zeer schone vloeistof met smerende eigenschappen kan echter een goedkopere afdichting worden aangeschaft ten gunste van lagers van hogere kwaliteit.
Gangbare afdichtingsmaterialen
Koolstof
Het koolstof dat in afdichtingsvlakken wordt gebruikt, is een mengsel van amorf koolstof en grafiet, waarbij de verhoudingen van beide de fysische eigenschappen van de uiteindelijke koolstofsoort bepalen. Het is een inert, stabiel materiaal dat zelfsmorend kan zijn.
Het wordt veel gebruikt als een van de twee eindvlakken in mechanische afdichtingen en is ook een populair materiaal voor gesegmenteerde omtrekafdichtingen en zuigerveren bij droge of geringe smering. Dit koolstof/grafietmengsel kan ook worden geïmpregneerd met andere materialen om het verschillende eigenschappen te geven, zoals verminderde porositeit, verbeterde slijtvastheid of verhoogde sterkte.
Een met thermohardende hars geïmpregneerde koolstofafdichting is het meest voorkomende type mechanische afdichting. De meeste met hars geïmpregneerde koolstofmaterialen zijn geschikt voor een breed scala aan chemicaliën, van sterke basen tot sterke zuren. Ze hebben ook goede wrijvingseigenschappen en een adequate elasticiteitsmodulus om drukvervormingen te beheersen. Dit materiaal is geschikt voor algemeen gebruik tot 260 °C (500 °F) in water, koelvloeistoffen, brandstoffen, oliën, lichte chemische oplossingen en toepassingen in de voedingsmiddelen- en farmaceutische industrie.
Antimoon-geïmpregneerde koolstofafdichtingen hebben zich ook bewezen als succesvol vanwege de sterkte en elasticiteitsmodulus van antimoon, waardoor ze geschikt zijn voor hogedruktoepassingen waar een sterker en stijver materiaal nodig is. Deze afdichtingen zijn ook beter bestand tegen blaasvorming bij toepassingen met vloeistoffen met een hoge viscositeit of lichte koolwaterstoffen, waardoor ze de standaardsoort zijn voor veel raffinaderijtoepassingen.
Koolstof kan ook worden geïmpregneerd met filmvormers zoals fluoriden voor droogloop-, cryogene en vacuümtoepassingen, of met oxidatieremmers zoals fosfaten voor toepassingen bij hoge temperaturen, hoge snelheden en turbines tot 800 ft/sec en ongeveer 537 °C (1000 °F).
Keramiek
Keramiek is een anorganisch, niet-metallisch materiaal gemaakt van natuurlijke of synthetische verbindingen, meestal aluminiumoxide of aluminiumoxide. Het heeft een hoog smeltpunt, een hoge hardheid, een hoge slijtvastheid en oxidatiebestendigheid, waardoor het veelvuldig wordt gebruikt in industrieën zoals de machinebouw, chemie, aardolie-, farmaceutische en automobielindustrie.
Het heeft ook uitstekende diëlektrische eigenschappen en wordt veel gebruikt voor elektrische isolatoren, slijtvaste componenten, slijpmiddelen en componenten voor hoge temperaturen. In zeer zuivere vorm heeft aluminiumoxide een uitstekende chemische bestendigheid tegen de meeste procesvloeistoffen, met uitzondering van sommige sterke zuren, waardoor het in veel toepassingen voor mechanische afdichtingen wordt gebruikt. Aluminiumoxide kan echter gemakkelijk breken bij thermische schokken, wat het gebruik ervan in sommige toepassingen waar dit een probleem zou kunnen zijn, heeft beperkt.
Siliciumcarbide wordt gemaakt door silica en cokes te smelten. Het is chemisch vergelijkbaar met keramiek, maar heeft betere smerende eigenschappen en is harder, waardoor het een goede slijtvaste oplossing is voor veeleisende omgevingen.
Het kan ook opnieuw geslepen en gepolijst worden, waardoor een afdichting gedurende zijn levensduur meerdere keren gereviseerd kan worden. Het wordt over het algemeen meer mechanisch gebruikt, bijvoorbeeld in mechanische afdichtingen, vanwege de goede chemische corrosiebestendigheid, hoge sterkte, hoge hardheid, goede slijtvastheid, lage wrijvingscoëfficiënt en hoge temperatuurbestendigheid.
Bij gebruik als afdichtingsvlak voor mechanische afdichtingen resulteert siliciumcarbide in betere prestaties, een langere levensduur van de afdichting, lagere onderhoudskosten en lagere bedrijfskosten voor roterende apparatuur zoals turbines, compressoren en centrifugaalpompen. Siliciumcarbide kan verschillende eigenschappen hebben, afhankelijk van de productiemethode. Reactiegebonden siliciumcarbide wordt gevormd door siliciumcarbidedeeltjes aan elkaar te binden via een reactieproces.
Dit proces heeft geen significante invloed op de meeste fysische en thermische eigenschappen van het materiaal, maar het beperkt wel de chemische bestendigheid ervan. De meest voorkomende chemicaliën die problemen veroorzaken zijn bijtende stoffen (en andere chemicaliën met een hoge pH-waarde) en sterke zuren. Daarom mag reactiegebonden siliciumcarbide niet voor deze toepassingen worden gebruikt.
Zelfgesinterd siliciumcarbide wordt gemaakt door siliciumcarbidedeeltjes rechtstreeks aan elkaar te sinteren met behulp van niet-oxide sinterhulpmiddelen in een inerte omgeving bij temperaturen boven de 2000 °C. Door het ontbreken van een secundair materiaal (zoals silicium) is het direct gesinterde materiaal chemisch bestand tegen vrijwel alle vloeistoffen en procesomstandigheden die in een centrifugaalpomp kunnen voorkomen.
Wolfraamcarbide is, net als siliciumcarbide, een zeer veelzijdig materiaal, maar het is beter geschikt voor toepassingen onder hoge druk omdat het een hogere elasticiteit heeft. Hierdoor kan het materiaal slechts minimaal buigen en voorkomt het vervorming van het oppervlak. Net als siliciumcarbide kan het opnieuw geslepen en gepolijst worden.
Wolfraamcarbiden worden meestal geproduceerd als gecementeerde carbiden, wat betekent dat er geen poging wordt gedaan om wolfraamcarbide aan zichzelf te binden. Er wordt een secundair metaal toegevoegd om de wolfraamcarbidedeeltjes aan elkaar te binden of te cementeren, wat resulteert in een materiaal met de gecombineerde eigenschappen van zowel wolfraamcarbide als het metaalbindmiddel.
Dit is benut om een grotere taaiheid en slagvastheid te bieden dan mogelijk is met wolframcarbide alleen. Een van de zwakke punten van gecementeerd wolframcarbide is de hoge dichtheid. In het verleden werd kobaltgebonden wolframcarbide gebruikt, maar dit is geleidelijk vervangen door nikkelgebonden wolframcarbide, omdat het niet de chemische compatibiliteit bood die voor de industrie vereist is.
Nikkelgebonden wolframcarbide wordt veel gebruikt voor afdichtingsvlakken waar hoge sterkte en taaiheid gewenst zijn, en het heeft een goede chemische compatibiliteit die over het algemeen wordt beperkt door het vrije nikkel.
GFPTFE
GFPTFE heeft een goede chemische bestendigheid en het toegevoegde glas vermindert de wrijving van de afdichtingsvlakken. Het is ideaal voor relatief schone toepassingen en is goedkoper dan andere materialen. Er zijn subvarianten beschikbaar om de afdichting beter af te stemmen op de eisen en de omgeving, waardoor de algehele prestaties worden verbeterd.
Buna
Buna (ook bekend als nitrilrubber) is een kosteneffectief elastomeer voor O-ringen, afdichtingsmiddelen en gegoten producten. Het staat bekend om zijn mechanische eigenschappen en presteert goed in toepassingen met olie, petrochemische producten en chemicaliën. Vanwege zijn onbuigzaamheid wordt het ook veel gebruikt voor toepassingen met ruwe olie, water, diverse alcoholen, siliconenvet en hydraulische vloeistoffen.
Omdat Buna een synthetisch rubbercopolymeer is, presteert het goed in toepassingen die metaalhechting en slijtvastheid vereisen. Deze chemische samenstelling maakt het ook ideaal voor afdichtingstoepassingen. Bovendien is het bestand tegen lage temperaturen, omdat het is ontworpen met een geringe zuur- en milde alkalibestendigheid.
Buna is beperkt in toepassingen met extreme omstandigheden zoals hoge temperaturen, weersomstandigheden, zonlicht en stoombestendigheid, en is niet geschikt voor reiniging ter plaatse (CIP) met ontsmettingsmiddelen die zuren en peroxiden bevatten.
EPDM
EPDM is een synthetisch rubber dat veelvuldig wordt gebruikt in de auto-industrie, de bouw en de machinebouw voor afdichtingen en O-ringen, slangen en sluitringen. Het is duurder dan Buna, maar kan dankzij de hoge treksterkte een breed scala aan thermische, weers- en mechanische eigenschappen weerstaan. Het is veelzijdig en ideaal voor toepassingen met water, chloor, bleekmiddel en andere alkalische stoffen.
Door zijn elastische en hechtende eigenschappen keert EPDM, eenmaal uitgerekt, terug naar zijn oorspronkelijke vorm, ongeacht de temperatuur. EPDM wordt niet aanbevolen voor toepassingen met aardolie, vloeistoffen, gechloreerde koolwaterstoffen of koolwaterstofoplosmiddelen.
Viton
Viton is een duurzaam, hoogwaardig, gefluoreerd koolwaterstofrubberproduct dat het meest gebruikt wordt in O-ringen en afdichtingen. Het is duurder dan andere rubbermaterialen, maar het is de voorkeursoptie voor de meest veeleisende afdichtingstoepassingen.
Het is bestand tegen ozon, oxidatie en extreme weersomstandigheden, waaronder materialen zoals alifatische en aromatische koolwaterstoffen, gehalogeneerde vloeistoffen en sterke zuren, en behoort daarmee tot de meest robuuste fluorelastomeren.
Het kiezen van het juiste afdichtingsmateriaal is belangrijk voor het succes van een toepassing. Hoewel veel afdichtingsmaterialen op elkaar lijken, heeft elk materiaal een eigen functie om aan specifieke behoeften te voldoen.
Geplaatst op: 12 juli 2023