Права граница у инжењерству заптивања је у основи граница механизама за заптивање. Еластомерне заптивке се првенствено ослањају на еластични опоравак након компресије како би се створила почетна сила заптивања, а средњи притисак додатно појачава контактни напон. Када компресија постане прекомерна и материјал изгуби своју еластичну меморију, долази до квара заптивања. Насупрот томе, инжењерске пластике као што су ПТФЕ, УХМВПЕ и ПЕЕК показују инхерентно слаб еластични опоравак, а ПТФЕ посебно показује изражено хладно течење или пузање. Због тога, ови материјали не функционишу тако што се „покрећу као гума“, већ се уместо тога ослањају на геометријски дизајн, преднапрезање, активацију притиска, опруге или О-опрстенове како би одржали перформансе заптивања. Ово дефинише основну границу не-еластомерних заптивних материјала: кључно питање није колико је материјал јак, већ какву улогу игра у систему-да ли обезбеђује еластичну компензацију, или да ли служи функцијама као што су ниско трење, отпорност на хабање, хемијска отпорност, отпорност на екструзију или оптерећење{8}}. Први припада еластомерима, док други објашњава зашто инжењерска пластика улази у апликације за заптивање.
1. ПТФЕ
ПТФЕ не треба схватити једноставно као „највишу-пластику“, већ пре као материјал који истовремено помера три кључне границе: хемијску отпорност, температурну отпорност и ниско трење. Према АГЦ подацима, његов типичан опсег радне температуре је приближно од -180 степени до +260 степени и хемијски је инертан за скоро све медије. Паркерови подаци показују да ПТФЕ показује коефицијент трења сувог клизања у односу на челик од око 0,10, што је значајно ниже од УХМВПЕ на приближно 0,25 и чистог ПЕЕК на приближно 0,35. То значи да ПТФЕ суштински проширује горњу границу перформанси заптивки на бази еластомера-у високо-температурним, јако корозивним и динамичким окружењима са малим трењем.
Међутим, његова ограничења су подједнако значајна. Паркер напомиње да чисти ПТФЕ показује изражено пузање под континуираним оптерећењем чак и на собној температури и да скоро да нема еластичног опоравка. Иако је његово трење веома мало, његова отпорност на хабање је релативно лоша. Због тога је неприкладно третирати ПТФЕ као -гуму на високим температурама или као круту замену за еластомерне О-прстене. Уобичајена инжењерска грешка је мешање малог трења са поузданом способношћу еластичног заптивања. У практичним применама, ПТФЕ се стога ретко користи сам. Један приступ је модификација пунила коришћењем материјала као што су стаклена влакна, угљенична влакна, графит или бронза да би се побољшала отпорност на пузање, отпорност на хабање, чврстоћу на притисак и способност против-ектрузије. Други приступ је употреба заптивних структура под напоном, као што су заптивке са-опругом или еластомер{11}}конструкције, где опруге или О-прстенови компензују ниски{13}}контакт притиска и дуготрајну{14}деформацију.
Из инжењерске перспективе, ПТФЕ треба посматрати као материјал који руши границе компатибилности медија, температуре и трења, а не као материјал који обезбеђује геометријску или еластичну компензацију. Најпогоднији је за услове у којима доминирају висока температура, јака хемијска изложеност или динамичко кретање са малим-трењем, док није идеалан када је примарни захтев усклађеност са великом деформацијом или дуготрајно-опоравак еластичности.
2. УХМВПЕ
УХМВПЕ представља потпуно другачију границу материјала у поређењу са ПТФЕ. Узимајући Енсингер ПЕ1000 као пример, УХМВПЕ се одликује изузетно великом отпорношћу на удар, одличном отпорношћу на хабање и хабање, јаким понашањем при клизном хабању и супериорним перформансама на ниским{2}}температурама. Типична својства укључују модул затезања од око 700 МПа, границу течења од приближно 19 МПа и опсег радне температуре од око -260 степени до +80 степени.
Његова материјална природа није пластика отпорна на високе-температуре-, већ више од инжењерског полимера-отпорног на хабање и удар-отпорног на ударце. Према Паркеру, УХМВПЕ је међу најтврђим и најотпорнијим материјалима-на хабање, али има ограниченију температурну и хемијску отпорност у поређењу са ПТФЕ-ом и погоднији је за клизне или веома споре апликације, са већим коефицијентом трења од ПТФЕ-а. Треллеборг позиционира УХМВПЕ првенствено као материјал за прстенове за вођење и хабајуће прстенове у хидрауличним цилиндрима, где апсорбује бочна оптерећења, води клипове или шипке и спречава контакт-на-метал.
Другим речима, УХМВПЕ је оптимизован за отпорност на хабање, вођење, отпорност на ниске{0}}температуре и споро клизање, уместо да се такмичи са ПТФЕ-ом у високо-температурном или хемијски агресивном окружењу. Уобичајени неспоразум је да се УХМВПЕ третира као јефтина-алтернатива за ПТФЕ, док се у стварности њихове улоге суштински разликују: ПТФЕ је дизајниран за екстремну хемијску отпорност, високу температуру и ултра-ниско трење, док је УХМВПЕ дизајниран за отпорност на хабање, отпорност на удар и ниску{5}издржљивост температуре.
3. ПЕЕК
ПЕЕК заузима структурнију улогу у системима заптивања. Према Вицтрек подацима, ПЕЕК нуди високу-температурну способност, широку хемијску отпорност, високу механичку чврстоћу, одличну стабилност димензија, отпорност на хидролизу и отпорност на хабање. На пример, стандардна класа 450Г показује модул затезања од приближно 4,0 ГПа, затезну чврстоћу од око 98 МПа и континуиране радне температуре до 260 степени.
Ово јасно показује да ПЕЕК није мекани-материјал за заптивање контаката већ структурни полимер високог{1}}модула. У апликацијама за заптивање, углавном се користи за резервне-прстенове, против-компоненте против екструзије, елементе за вођење и{5}}конструкцијске делове који носе оптерећење. Треллеборг класификује ПЕЕК као инжењерску пластику високог{7}}модула која се користи у апликацијама за вођење и хабање, а резервни-прстенови направљени од ПЕЕК-а су посебно дизајнирани да спрече екструзију О-прстенова или Кс-прстенова под високим притиском.
Вредност ПЕЕК-а лежи у проширењу граница отпорности на притисак, контроли зазора,{0}}носивости и стабилности димензија. Међутим, ПЕЕК није универзални заптивни материјал. Није погодан за ситуације које захтевају велику усклађеност са деформацијама или апсорпцију толеранције, а његов коефицијент трења је већи од ПТФЕ. Због тога ПЕЕК треба схватити првенствено као структурални и анти-материјал, а не као примарни заптивни елемент.
4. ПУ (ТПУ)
Полиуретан, који се обично назива ТПУ у апликацијама за заптивање, широко се сматра стандардним материјалом за хидрауличко динамичко заптивање. Паркер описује ТПУ као давно-установљено мерило у системима за напајање флуидима због његове одличне отпорности на хабање, термичке стабилности, отпорности на хидролизу, перформанси скупа компресије и еластичног опоравка. Цовестро такође истиче своју високу отпорност на хабање, широк распон флексибилности, високу еластичност и добру отпорност на уља и одређене раствараче.
Ово поставља ТПУ на средњу позицију између еластомера и инжењерске пластике. Задржава еластичност док значајно побољшава век хабања и механичку издржљивост, што га чини посебно ефикасним у хидрауличким применама са динамичким{1}}притиском. Међутим, његова права снага лежи посебно у динамичком хидрауличном заптвању, а не у универзалној хемијској отпорности или статичким условима заптивања.
Кључни неспоразум је третирање ТПУ-а као једног униформног материјала, док у стварности његова хемијска отпорност у великој мери зависи од формулације, тврдоће, температуре, концентрације и времена излагања. Јаке киселине и алкалије могу разградити ТПУ, ароматични угљоводоници изазивају отицање, кетони и естри изазивају значајно отицање, а растварачи као што су ДМФ, ДМСО, НМП и ТХФ могу да га растворе. Отпорност на температуру такође варира у зависности од формулације, са системима заснованим на МДИ-обично око 100 степени, а системи засновани на ППДИ{4}} достижу приближно 135 степени. Према томе, ПУ није дефинисан једном фиксном границом, већ границама формулације зависних од система{7}.
5. Инжењерска граница између еластомера и инжењерске пластике
Када се инжењерска пластика и еластомери разматрају заједно, основна граница се може разумети на неколико начина. Еластомери су првенствено одговорни за стварање силе заптивке кроз еластични опоравак, док се инжењерске пластике као што су ПТФЕ, УХМВПЕ и ПЕЕК не ослањају на еластичну деформацију, већ уместо тога проширују границе перформанси кроз ниско трење, отпорност на хабање, хемијску отпорност, отпорност на екструзију и стабилност димензија.
Њихове функционалне улоге су јасно диференциране: ПТФЕ се првенствено бави хемијским, температурним и ограничењима трења; УХМВПЕ се фокусира на отпорност на хабање, вођење, перформансе на ниским{0}}температурама и споро клизање; ПЕЕК се користи за-ношење, против-екструзију и структурну стабилност високог-притиска; а ПУ је оптимизован за век хабања у динамичким хидрауличким условима. У пракси, најбоља решења за заптивање често нису замене, већ хибридни системи. На пример, О-прстен може да обезбеди преднапрезање и почетну контактну силу, док ПТФЕ навлака смањује трење и побољшава хемијску отпорност, а ПЕЕК или пуњени ПТФЕ бацк-прстен спречава екструзију под притиском.
Најчешћа инжењерска грешка је поређење материјала у различитим механизмима заптивања. ПТФЕ није врхунска-гума, ПЕЕК није универзална пластика, УХМВПЕ није јефтина верзија ПТФЕ-а, а ПУ није само тврђа верзија НБР-а. Једном када је доминантни начин квара исправно идентификован, граница материјала постаје јасна.
