Trwałość uszczelki PTFE w wysokiej temperaturze? 

Bądźmy szczerzy, gdy ktoś pyta o trwałość uszczelki PTFE w wysokich temperaturach, zwykle wyobraża sobie magiczną uszczelkę, która na zawsze wytrzymuje temperaturę 500°F. To pierwsze miejsce, w którym się potykamy. PTFE jest świetny, ale wysoka temperatura jest względna, a trwałość zależy od tego, o co właściwie go prosisz. Czy jest to ciągły cykl termiczny? Czy oprócz ciepła występuje narażenie chemiczne? A może to po prostu statyczny, gorący kołnierz? Odpowiedź zmienia wszystko.

Błędne przekonanie o wysokiej temperaturze i rzeczywistość materialna

Czysty PTFE zaczyna znacznie pełzać powyżej 400°F (około 204°C). Można znaleźć arkusze danych mówiące, że można go używać w temperaturze do 500°F (260°C) i technicznie rzecz biorąc, nie stopi się natychmiast. Ale w tych górnych granicach jego właściwości fizyczne słabną. Uszczelka może płynić na zimno, co oznacza, że ​​powoli odkształca się pod obciążeniem śruby, co prowadzi do relaksacji naprężeń i ewentualnego wycieku. Zatem trwałość w temperaturze 250°C jest kwestią czasu i ciśnienia, a nie prostego tak/nie.

Przypominam sobie projekt dotyczący linii chemicznej z przerywanym czyszczeniem parą. Przez krótkie okresy temperatura wzrastała do 230°C. Użyliśmy A Uszczelka teflonowai zadziałało… przez około trzy miesiące. Następnie zaczęły pojawiać się nieszczelności w otworach na śruby. Problemem nie była sama temperatura szczytowa, ale powtarzające się cykle termiczne w połączeniu z obrotem kołnierza podczas skręcania. Materiał stracił swoją sprężystość.

Właśnie dlatego w grę wchodzą gatunki wypełnione PTFE. Materiały takie jak PTFE wypełniony szkłem lub węglem znacznie poprawiają odporność na pełzanie. Wytrzymują większe obciążenia mechaniczne w podwyższonych temperaturach, wydłużając żywotność. Ale nawet wtedy traci się część doskonałej odporności chemicznej czystego PTFE. To zawsze kompromis.

Tryby awarii, których uczysz się tylko poprzez widzenie

Oprócz pełzania największym zabójcą jest degradacja termiczna. Długotrwała ekspozycja na górną granicę zakresu temperatur powoduje, że PTFE staje się kruchy. Nie topi się; zaczyna pękać, zwłaszcza podczas przestojów, gdy wszystko się ochładza. Po otwarciu kołnierza uszczelka zostanie rozbita na kawałki.

Kolejnym subtelnym punktem jest wykończenie powierzchni kołnierza. W przypadku zastosowań wymagających wysokiej temperatury można zastosować ząbkowane wykończenie w celu lepszego chwytu. Jednak w przypadku miękkiego materiału, takiego jak PTFE, ząbki te mogą z czasem wciąć się w uszczelkę, szczególnie podczas cykli rozszerzania/kurczenia termicznego. W takich przypadkach, gdy metalowe uzwojenia przejmują zgryz mechaniczny, a PTFE zapewnia uszczelkę, zdecydowałem się na uszczelkę spiralną z wypełniaczem PTFE. Znacznie lepiej trwałość.

Ciśnienie to druga połowa równania. Linia parowa o wysokiej temperaturze i niskim ciśnieniu może pozwolić uszczelce PTFE przetrwać lata. Ta sama temperatura i wysokie ciśnienie wewnętrzne, szczególnie jeśli ma charakter cykliczny, drastycznie skracają jego żywotność. Obciążenie powierzchni uszczelki stale się zmienia, wpływając na obróbkę materiału.

Praktyczne pułapki związane z wyborem i instalacją

Grubość uszczelki ma większe znaczenie, niż się ludziom wydaje. W przypadku aplikacji wymagających wysokiej temperatury zwykle jestem cieńszy. Uszczelka o grubości 1,5 mm ma mniej materiału do pełzania i odkształcania niż uszczelka o grubości 3 mm. Do początkowego uszczelnienia wymagane jest również większe obciążenie śruby, co prowadzi do kolejnego krytycznego czynnika: procedury skręcania.

Jeśli nie uzyskasz odpowiedniego obciążenia śruby od samego początku, zapomnij o długoterminowej perspektywie wysoka temperatura wydajność. Niedostateczne dokręcenie i początkowe uszczelnienie jest słabe. Zbyt duże dokręcenie powoduje ściśnięcie PTFE tak, że nie da się go odzyskać, przyspieszając pełzanie. Używanie skalibrowanego klucza dynamometrycznego i właściwej sekwencji dokręcania według wzoru krzyżowego to nie tylko dobra praktyka; to różnica pomiędzy trwałością uszczelki jednego roku lub trzech.

Przekonaliśmy się o tym na własnej skórze na banku wymienników ciepła. Zespół konserwacyjny użył kluczy udarowych, aby przyspieszyć. Uszczelki (typ wzmocnionego PTFE) eksplodowały w ciągu kilku tygodni od osiągnięcia temperatury roboczej. Nierówne, nadmierne obciążenie spowodowało powstanie lokalnych punktów naprężeń, które wykończyły się pod wpływem ciepła.

Kiedy go używać i kiedy odejść

Zatem, gdzie ma sens wysokotemperaturowa uszczelka PTFE? W przypadku pracy ciągłej zachowałbym ostrożność powyżej 200°C, chyba że jest to gatunek wypełniony i ciśnienie jest niskie. Jego najlepszym miejscem są środowiska korozyjne, w których temperatura jest umiarkowana, ale chemikalia wykluczają większość elastomerów. Na przykład strumienie gorącego kwasu o temperaturze 150-180°C.

W przypadku kołnierzy prawdziwie wysokotemperaturowych i wysokociśnieniowych, np. w energetyce, rozważa się złącza grafitowe, zwijane spiralnie lub pierścieniowe. PTFE nie jest tam graczem. Widziałem specyfikacje firm inżynieryjnych, które na ślepo zalecały PTFE w celu zapewnienia odporności na korozję w linii o temperaturze 280°C i był to przepis na przestój. Trzeba odepchnąć się od ograniczeń materialnych.

Czasami rozwiązanie jest warstwowe. Projekt, nad którym pracowałem z takim dostawcą Handan Zitai Fastener Manufacturing Co., Ltd. (mają siedzibę w Yongnian, dużym centrum elementów złącznych w Hebei, można ich znaleźć pod adresem zitaifasteners.com) dotyczyło nie tylko uszczelki, ale całego systemu śrubowego. Potrzebowaliśmy śrub o wysokiej wytrzymałości, które mogłyby utrzymać obciążenie w temperaturze, aby utrzymać funkcjonalność uszczelki PTFE. To system, a nie izolowany komponent.

Perspektywa długoterminowa i alternatywy

Trwałość ostatecznie dotyczy całkowitego kosztu. Tania uszczelka PTFE, która ulegnie uszkodzeniu w ciągu 6 miesięcy, kosztuje więcej robocizny i przestojów niż droższa uszczelka zwijana spiralnie, która wytrzymuje 5 lat. Należy wziąć pod uwagę harmonogram konserwacji i krytyczność linii.

W przypadku wymiany istniejących kołnierzy, jeśli to możliwe, zawsze mierz szczelinę w temperaturze roboczej. Stare kołnierze wypaczają się. Uszczelka instalowana na zimno musi uszczelniać na gorąco, w zniekształconej geometrii. Czasami najtrwalszą opcją jest najpierw przymocowanie kołnierza.

W końcu udzielenie odpowiedzi zmusza Cię do zadania kilkunastu kolejnych pytań. Jaki jest dokładny profil temperatury? Jaki jest nośnik? Jaki jest stan kołnierza i połączeń śrubowych? Nie ma jednej odpowiedzi, jest tylko zestaw kompromisów opartych na doświadczeniu, a czasami na przeszłych niepowodzeniach. Cel nie jest wieczny; chodzi o przewidywalny, niezawodny okres międzyobsługowy, który można zaplanować. W tym przypadku jedyną skuteczną rzeczą jest zrozumienie ograniczeń materiału w świecie rzeczywistym.