Vzdržljivost PTFE tesnila pri visokih temperaturah? 

Bodimo resnični, ko nekdo vpraša o vzdržljivosti PTFE tesnila pri visokih temperaturah, si običajno predstavlja čarobno tesnilo, ki večno vzdrži 500 °F. To je prvo mesto, kjer se spotaknemo. PTFE je odličen, vendar je visoka temperatura relativna in vzdržljivost je odvisna od tega, kaj dejansko zahtevate od njega. Ali gre za neprekinjeno toplotno kroženje? Ali je poleg toplote še izpostavljenost kemikalijam? Ali pa je samo statična, vroča prirobnica? Odgovor spremeni vse.

Napačna predstava o visokih temperaturah in materialna resničnost

Čisti PTFE začne znatno polzeti nad 400 °F (okoli 204 °C). Najdete lahko podatkovne liste, ki pravijo, da je uporaben do 500 °F (260 °C), tehnično pa se ne bo takoj stopil. Toda pri teh zgornjih mejah se njegove fizikalne lastnosti zmehčajo. Tesnilo lahko hladno teče, kar pomeni, da se počasi deformira pod obremenitvijo vijaka, kar povzroči sprostitev napetosti in morebitno puščanje. Torej je vzdržljivost pri 250 °C vprašanje časa in pritiska, ne pa preprosto da/ne.

Spominjam se projekta na kemični liniji z občasnim čiščenjem s paro. Temperatura bi se za kratek čas dvignila do 230 °C. Uporabili smo a PTFE tesnilo, in delovalo je ... približno tri mesece. Nato je začelo puščati na luknjah za vijake. Težava ni bila najvišja temperatura sama po sebi, ampak ponavljajoči se toplotni cikli v kombinaciji z vrtenjem prirobnice med privijanjem. Material je izgubil elastičnost.

Zato pridejo v poštev polnjeni razredi PTFE. Materiali, kot je PTFE, polnjen s steklom ali ogljikom, bistveno izboljšajo odpornost proti lezenju. Prenesejo večje mehanske obremenitve pri povišanih temperaturah, kar podaljša življenjsko dobo. Toda tudi takrat zamenjate nekaj izjemne kemične odpornosti čistega PTFE. Vedno je kompromis.

Načini napak se naučite samo, če jih vidite

Poleg lezenja je velik morilec toplotna razgradnja. Dolgotrajna izpostavljenost zgornji meji temperaturnega območja povzroči, da PTFE postane krhek. Ne topi se; začne pokati, še posebej med zaustavitvami, ko se stvari ohladijo. Ko odprete prirobnico, boste našli tesnilo razbito na koščke.

Druga subtilna točka je končna obdelava površine prirobnice. Pri servisih pri visokih temperaturah je morda določen nazobčan zaključek za boljši ugriz. Toda pri mehkem materialu, kot je PTFE, lahko ti zobci sčasoma zarežejo v tesnilo, zlasti med cikli toplotnega raztezanja/krčenja. Za takšne primere sem prešel na spiralno navito tesnilo s PTFE polnilom, kjer kovinska navitja prevzamejo mehanski ugriz, PTFE pa zagotavlja tesnjenje. Veliko bolje vzdržljivost.

Tlak je druga polovica enačbe. Visokotemperaturni in nizkotlačni parni vod bi lahko zadnja leta pustil PTFE tesnilo. Ta ista temperatura z visokim notranjim tlakom, zlasti če je ciklična, bo drastično skrajšala njegovo življenjsko dobo. Obremenitev na površini tesnila se nenehno spreminja, obdeluje material.

Praktične pasti pri izbiri in namestitvi

Debelina tesnila je pomembnejša, kot si ljudje mislijo. Pri visokotemperaturnih aplikacijah sem ponavadi tanjši. 1,5 mm tesnilo ima manj materiala za polzenje in deformacijo kot 3 mm tesnilo. Za začetno tesnjenje je potrebna tudi večja obremenitev vijaka, kar vodi do naslednjega kritičnega dejavnika: postopka privijanja.

Če obremenitve vijakov ne dobite takoj na začetku, pozabite na dolgoročno visoka temp uspešnost. Premalo navora in začetno tesnjenje je slabo. Prekomerni navor, PTFE ste stisnili do konca, kar pospešuje lezenje. Uporaba kalibriranega momentnega ključa in pravilnega križnega zaporedja zategovanja ni le dobra praksa; to je razlika med tesnilom, ki traja eno leto ali tri.

Tega smo se naučili na težji način na banki izmenjevalnikov toplote. Vzdrževalna ekipa je za hitrost uporabila udarne vijačnike. Tesnila (vrsta ojačanega PTFE) so izpuhtela v tednih po doseganju delovne temperature. Neenakomerna, prekomerna obremenitev je ustvarila lokalizirane napetostne točke, ki jih je toplota odpravila.

Kdaj ga uporabiti in kdaj oditi

Kje je torej visokotemperaturno PTFE tesnilo smiselno? Pri neprekinjenem delovanju bi bil previden pri temperaturah nad 200 °C, razen če gre za napolnjen razred in je tlak nizek. Njegova najboljša točka je korozivna uporaba, kjer je temperatura zmerna, vendar kemikalije izključujejo večino elastomerov. Na primer, vroča kislina teče pri 150-180 °C.

Za prave visokotemperaturne in visokotlačne prirobnice, kot pri proizvodnji električne energije, gledate grafitne, spiralno navite ali obročaste spoje. PTFE ni igralec tam. Videl sem specifikacije inženirskih podjetij, ki slepo zahtevajo PTFE za odpornost proti koroziji na liniji 280 °C, in to je recept za zaustavitev. Odmakniti se morate od materialnih omejitev.

Včasih je rešitev večplastna. Projekt, pri katerem sem delal z dobaviteljem, kot je Handan Zitai Fastener Manufacturing Co., Ltd. (imajo sedež v Yongnianu, velikem vozlišču za pritrdilne elemente v Hebeju, najdete jih na Zitaifasteners.com) niso vključevali le tesnila, ampak celoten sistem vijakov. Potrebovali smo vijake z visoko trdnostjo, ki bi lahko vzdrževali obremenitev pri temperaturi, da bi PTFE tesnilo delovalo. To je sistem, ne izolirana komponenta.

Dolgoročni pogled in alternative

Trajnost je na koncu povezana s skupnimi stroški. Poceni PTFE tesnilo, ki odpove v 6 mesecih, stane več dela in izpadov kot dražje spiralno navito tesnilo, ki traja 5 let. Upoštevati morate urnik vzdrževanja in kritičnost linije.

Pri zamenjavah v obstoječih prirobnicah vedno izmerite režo pri delovni temperaturi, če lahko. Stare prirobnice so deformirane. Tesnilo, ki ga namestite hladno, mora tesniti vroče, v popačeni geometriji. Včasih je najtrajnejša možnost, da najprej pritrdite prirobnico.

Na koncu vas odgovor prisili, da postavite še ducat vprašanj. Kakšen je natančen profil temperature? Kaj je medij? Kakšno je stanje prirobnice in vijakov? Ni enotnega odgovora, le niz kompromisov, ki temeljijo na izkušnjah – in včasih na preteklih napakah. Cilj ni večen; je za predvidljiv in zanesljiv servisni interval, ki ga lahko načrtujete. In za to je razumevanje resničnih omejitev materiala edina stvar, ki deluje.