Термостойкие материалы до 300 градусов

Многие элементы оборудования промышленного и бытового назначения при эксплуатации подвергаются нагреванию. Вследствие этого возникает потребность в использовании упругого материала для изготовления уплотнителей, прокладок, которые смогут эффективно работать при повышенных температурах.

Они должны также выдерживать механические и атмосферные нагрузки. Идеальные возможности, позволяющие обеспечить долговременную, бесперебойную работу механизмов, демонстрирует термостойкая резина.

Силиконы и каучуки

В отличие от обычных резиновых материалов, которые в процессе длительного применения претерпевают деструкцию уже при +150 ℃, негорючая продукция выдерживает +180 и даже + 280 ℃. Термостойкость такого уровня значительно расширяет сферу применения негорючей резины.

Продукции, имеющей свойства резины, существует немало, но термостойкими считаются всего два вида – силиконовые полимеры и фторированные каучуки.

Термостойкие материалы имеют следующие достоинства:

  • инертность по отношению к большинству химических реагентов, включая агрессивные вещества;
  • сохранение свойств в вакууме, магнитном поле, под действием ультрафиолета и радиации;
  • возможность длительной эксплуатации при высоких температурах.

Силиконовые изделия дополнительно характеризуется экологической чистотой, абсолютной безопасностью. Вся термостойкая пищевая резина представляет собой кремнийорганические полимеры. Ее безопасность подтверждена результатами многократных испытаний, сертификатами международного образца.

Жаростойкая резина из фторированных каучуков при нагревании свыше 300 ℃ может выделять пары канцерогенов. Опасность испарения ядовитых веществ сохраняется даже после охлаждения полимера.

Поэтому сопроводительные рекомендации по использованию термостойких фторкаучуков обязательно содержат требование – не превышать температуру эксплуатации свыше 300 °С.

Термостойкость силиконовой продукции несколько выше. Особые виды могут сохранять свойства при +400 ℃.

Силиконовые материалы

Кремнийорганические полимеры служат основой для производства продукции авиа- и автомобилестроения, электротехники; разнообразных видов пищевого оборудования; многочисленных изделий медицинского и гигиенического назначения; детских товаров.

Термостойкая силиконовая резина выпускается в нескольких цветовых решениях, с различными показателями твердости.

Существует разные виды продукции из термостойкой резины. Монолитная силиконовая резина имеет однородную структуру, гладкую поверхность. Ее твердость по стандартной шкале Шора равна 40 единиц, плотность — 1,15 г/см 3 .

Вспененная огнестойкая резина характеризуется, по вполне понятным причинам, низкой плотностью 0,5 г/см 3 . Большое количество пор в некоторой степени снижает термостойкие свойства.

Максимальная температура, которую вспененный материал переносит без изменений, меньше, чем показатели, допустимые для монолитов.

Пористые виды термостойкой силиконовой резины имеют очень хорошую способность амортизировать благодаря наличию многих мелких полостей с воздухом.

Монолитная и вспененная продукция выпускается в виде пластин, шнуров, профилей в обычном исполнении и вместе с зафиксированной липкой лентой. Клеевой слой обеспечивает надежное крепление к основе, герметизацию стыка.

Листы, рулонный материал из термостойкой силиконовой резины имеют следующую толщину: минимум — 1 мм, максимум — 60мм. Диапазон ширины пористой листовой продукции меньше.

Минимум составляет 2 мм, максимум – 10 мм. Вспененные термостойкие профили варьируются по толщине от 10 мм до 20 мм. Самоклеящиеся виды производятся с толщиной от 1 мм до 5 мм.

Термостойкие шнуры из силикона выпускают в нескольких видах: круглыми, квадратными и прямоугольными. Самые разнообразные размеры у термостойких силиконовых профилей.

Следует перед оформлением заказов внимательно обсудить все характеристики с поставщиками.

Фторированные каучуки

Фторорганические резины (каучуки) получают полимеризацией галогенпроизводных непредельных углеводородов. В качестве мономеров используют разные вещества.

Состав, структура исходного сырья определяют цифровые обозначения в маркировке. Так, например, продукция СКФ-26 сделана полимеризацией двух мономеров: дифторэтилена и гексафторпропилена.

Удивительные эксплуатационные качества фторкаучуки приобретают после вулканизации, в процессе которой происходит упрочение молекулы полимеров сшивками.

Термостойкий продукт выдерживает действие большинства органических растворителей, минеральных кислот, масел, топлива, окислителей. В некоторых сложных эфирах, кетонах фторкаучуки растворяются.

Это свойство нашло применение на практике. Раствор полимерной массы расфасовывают в тюбики и предлагают к продаже в качестве герметиков. После выдавливания субстанции растворитель улетучивается, образуется плотный изолирующий слой.

Фторированная резина прочна, долговечна, надежна. Диапазон рекомендуемых температур включает минимальное значение минус 40 ℃, максимальное — +200 ℃.

Резины, устойчивой к повышениям температур, представлены в продаже во всем многообразии. Планируя покупку, следует в деталях уточнить все требуемые характеристики.

Для чего используются теплостойкие резиновые пластины

Теплостойкие резиновые пластины обычно используются в качестве резинового защитного покрытия или в как материал для изготовления методом вырубки или вырезания (раскроя) резиновых уплотнительных деталей устойчивых к действию высоких температур в течение продолжительного времени.

Какие резины используются при производстве теплостойких пластин

Резиновые теплостойкие пластины производятся из резин на базе синтетических каучуков: этилен-пропиленовых EPDM, фторкаучуков, кремнийорганических силоксановых, бутадиен-нитрильных NBR и др. — по технологии высокотемпературной вулканизации под избыточным давлением.

Теплостойкие пластины EPDM

Для производства резиновой пластины, которая должна эксплуатироваться в условиях постоянного или временного воздействия температур до 150 ° С, а также водяного пара обычно используются резины на основе этиленпропиленовых синтетических каучуков EPDM, которые, кроме того, обладают отличной химической стойкостью.
Резиновые пластины EPDM мы выпускаем в виде рулонного резинового материала толщиной от 1 до 6 мм, либо в квадратными формовыми пластинами толщиной от 3 до 50 мм.

Читайте также:  Самый лучший автомобильный пылесос

Теплостойкие пластины из резин на основе фторкаучуков

Для более высокотемпературных условий — до +250 ° С, а также при контакте с кислотами при высоких температурах, часто используются фторкаучуки типа FPM и FFPM, которые обеспечивают качественно более высокий уровень теплостойкости готовых изделий, в том числе благодаря высоким показателям стойкости к маслам и топливам.
Теплостойкие пластины из резин на основе фторкаучуков мы изготавливаем в виде квадратных формовых пластин толщиной от 2 до 10 мм.

Теплостойкие пластины из кремнийорганических резин

Для высокотемпературной эксплуатации РТИ — до 250 — 300 ° С и контактирующих с растворами неорганических кислот (реже органических) можно использовать резины на основе кремнийорганических силоксановых каучуков. Теплостойкие кремнийорганические резиновые пластины мы производим в виде рулонных материалов толщиной от 1 до 8 мм и формовых квадратных пластин от 1 до 20 мм.

Электронный научный журнал "ТРУДЫ ВИАМ"

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ
"ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ АВИАЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ"
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Авторизация

Статьи

Приведен обзор материалов для высокотемпературных уплотнений. Для обеспечения герметичности в местах расположения открывающихся дверей и люков, а также органов управления летательных аппаратов необходимы высокотемпературные подвижные уплотнения, обладающие приемлемой износостойкостью, химической стойкостью в агрессивных средах и высокими упругими свойствами. В основном в качестве подвижных уплотнений используют торцевые уплотнения и/или сальниковые набивки. Материалы для уплотнений включают широкий круг органических, металлических, керамических и комбинированных материалов, выбор которых зависит от условий эксплуатации.

Для обеспечения герметичности в местах расположения открывающихся дверей и люков, а также органов управления летательных аппаратов необходимы высокотемпературные подвижные уплотнения, обладающие приемлемой износостойкостью, химической стойкостью в агрессивных средах и высокими упругими свойствами. В основном в качестве подвижных уплотнений используют торцевые уплотнения и/или сальниковые набивки.

Торцевым уплотнением называют герметизирующее устройство машины между ее корпусом и валом для разделения полостей высокого и низкого давлений, выполненное в виде пары трения торцовых поверхностей двух деталей, одна из которых закреплена на валу, а вторая – в корпусе машины. В общем случае торцевое уплотнение содержит два кольца: неподвижное кольцо, расположенное в корпусе, и вращающееся кольцо, расположенное на валу машины. Кроме того, обязательными элементами узла торцевого уплотнения являются вспомогательные уплотнения между вращающимся блоком и ротором, между статорным блоком и корпусом, а также устройства фиксации уплотняющих колец. Сальниковая набивка проще в установке и дешевле, чем торцевое уплотнение, однако ее уплотнительные характеристики могут допускать небольшие утечки жидкостей и газов.

Материалы для уплотнений, включающие широкий круг органических, металлических, керамических и комбинированных материалов (например – медь, алюминий, свинец, бронза, сухой асбест, паронит, резина, оксидная и неоксидная керамика и др.), подбирают в зависимости от температуры, давления и рабочей среды.

Прокладочные уплотнения из различных минеральных, органических и синтетических волокон с применением связующих материалов (эластомеров) имеют невысокие рабочие температуры – от 200 до 350°С, обусловленные низкой температурой разложения органических связующих, поэтому уплотнения на основе органических материалов, в большом количестве предлагаемые на рынке уплотнений, в данный обзор не включены.

Резина – эластичный материал, получаемый вулканизацией каучука. Как правило, армируется синтетической или натуральной тканью. Обладает высокими упругими свойствами. Однако у резины есть ряд недостатков, таких как низкая температура эксплуатации, низкая химическая стойкость, низкая прочность, склонность к старению и др., поэтому в отраслях, где предъявляются высокие требования к уплотнительным материалам, резина как самостоятельное уплотнение практически не используется. Паронит – листовой прокладочный материал, изготавливаемый прессованием асбокаучуковой массы, состоящей из асбеста, каучука и порошковых ингредиентов (рис. 1). Хотя паронит является резиновой смесью с высоким содержанием наполнителей, тем не менее его принято выделять в отдельную группу. Как прокладочный материал паронит применяется более 40 лет. Область применения паронита достаточно широка: его применяют в нефтехимической и химической промышленности, в машиностроении, металлообработке, металлургии, электротехнике и электроэнергетике. В промышленности чаще всего применяют листовой паронит толщиной от 0,4 до 6 мм. Плотность паронита составляет от 1,5 до 1,8 г/см 3 . Эксплуатационные свойства паронита сохраняются при воздействии температуры окружающей среды от -50 до +500°C.

Рис. 1. Листовой прокладочный материал паронит

В эту же группу уплотнительных материалов входят картоны на основе целлюлозы и асбеста – более дешевые и простые материалы, однако их температуры эксплуатации еще ниже, чем у паронита.

Широко используемые в химической промышленности графитовые уплотнения выполнены, как правило, из графитового листового материала (рис. 2), возможно армированного нитями из натуральных, стеклянных, керамических, синтетических, углеродных волокон и металлической проволокой, с целью придания изделию дополнительной механической прочности и химической стойкости.

Рис. 2. Производство графитовой фольги

Рабочие температуры таких уплотнений зависят от рабочей среды: в инертной атмосфере они могут работать при температуре до 3000°С, в атмосфере пара – до 560°С, на воздухе – лишь до 400°С. Графит химически устойчив в бескислородной среде, а на воздухе склонен к окислению и горению при нагреве.

Читайте также:  Смартфон с усиленной антенной

Для более высоких температур эксплуатации используют металлические и керамические уплотнения.

Металлические уплотнения способны выдерживать более высокие температуры и нести механические нагрузки (рис. 3). Материалами, чаще всего используемыми для изготовления металлических уплотнений, являются нержавеющие и углеродистые стали, никель и его сплавы, медь, алюминий, индий, а в некоторых случаях серебро и золото. Золото, серебро и индий обычно применяются в виде проволочных уплотнений. К металлическим уплотнениям предъявляются особые требования по чистоте поверхности и геометрическим размерам. Для герметизации разъемных соединений используют также зубчатые уплотнения, состоящие из металлической зубчатой прокладки и плакировочного слоя графита. За счет упругости концентрических зубцов уплотнение воспринимает действующую нагрузку, а плакировочный слой графита уплотняет возможные раковины на поверхности фланца. Используют такие уплотнения в теплоэнергетике, химической и нефтеперерабатывающей промышленности, т. е. в установках и аппаратах, трубопроводной арматуре, предназначенных для высоких давлений и температур с горючими, токсичными и химически опасными средами.

Рис. 3. Варианты металлических уплотнительных прокладок

Недостатками металлических уплотнений являются приваривание их в процессе эксплуатации при высоких температурах и окисление. Кроме того, рабочие температуры металлических уплотнений составляют от

200 (для алюминия) и до 800°С (для сталей), что также ограничивает область их применения.

Для экстремальных условий эксплуатации используют ряд изделий из высокотемпературной и химически стойкой технической керамики – карбидов кремния и вольфрама, оксида алюминия, диоксида циркония (рис. 4). Преимущество данных материалов состоит в том, что они способны длительное время эксплуатироваться при температурах до 1850°С в различных агрессивных газовых и жидких средах.

Рис. 4. Уплотнительное кольцо карбон/керамика (ООО НПП «ПромГрафит»)

Карбидокремниевые подшипники скольжения торцевого и радиального типа используются вместо обычных стальных, когда необходимо эксплуатировать насосы и другие агрегаты, контактирующие с агрессивными и абразивосодержащими средами. В настоящее время подшипники из реакционноспеченного карбида кремния широко используются в нефтедобывающей и химической отраслях промышленности, их износостойкость и коррозионная стойкость определяются высокой плотностью (минимальной пористостью и содержанием свободного кремния) и мелкозернистой структурой материала. Благодаря отсутствию в составе материала спекающих оксидных добавок материал обладает исключительной химической стойкостью, обеспечивая практическое отсутствие взаимодействия с щелочами и кислотами при температурах до 1200°С в течение 20000 ч. Однако использование этих материалов в кислородсодержащих средах, в том числе и в высокоскоростных воздушных потоках, существенно ограничено их склонностью к окислению и деградации.

Комбинированные уплотнительные кольца могут содержать комбинацию металлической основы и неметаллического уплотняющего слоя. В частности, часто используют уплотнительные кольца для вращающихся валов, называемые также симмерингами, уплотнительными манжетами или манжетными уплотнениями. Эти материалы разрабатывают для создания уплотнения, которое объединит прочность и термостойкость металла и эластичность и упругость полимера. Как правило, используются пары материалов, например – металл–полимер, металл–графит, резина–полимер и др., но есть и более сложные изделия.

Однако комбинированные уплотнения объединяют не только достоинства входящих в их состав материалов, но и их недостатки. Так, фторэластомерные прокладки, такие как витон, при нагреве ˃400°С начинают разлагаться с образованием плавиковой кислоты, а при контакте с парообразными или легкими растворами щелочей могут разбухнуть и прийти в негодность. При использовании резиновых компонентов необходимо помнить, что они непригодны для длительного хранения в нерабочем состоянии, так как высыхают при нагревах и воздействии солнечных лучей.

Одним из материалов, используемых для высокотемпературных уплотнителей, является керамика на основе оксида алюминия. Оксид алюминия (Al2O3) обладает исключительным набором свойств, таких как высокая твердость, низкая теплопроводность, стойкость к окислению и коррозии, низкая плотность, термостойкость, хорошие электроизоляционные свойства. Сочетание этих свойств делает материал незаменимым при изготовлении коррозионностойких, износостойких, электроизоляционных и термостойких изделий для самых различных отраслей промышленности, в том числе в качестве колец торцевых уплотнений [1–9]. Рабочая температура таких изделий может достигать 1800°С.

В настоящее время наблюдается повышенный интерес к износостойким высокотемпературным материалам на основе оксидной керамики, такой как оксид алюминия, муллит (3Al2O3·2SiO2), а также к композиционным материалам на их основе с добавлением оксида циркония [10]. Например, предложено на поверхность цветных и черных металлов наносить электролитическим методом керамические оксидные покрытия, состоящие из кристаллов нитевидной формы α-Аl2O3 с поперечным размером ∼100 нм, находящихся в мелкокристаллической матрице γ-Аl2O3, и муллита 3Аl2O3–2SiO2, для использования в па́рах трения машин и механизмов [11, 12].

Для работы в условиях повышенных температур используют также такие технические решения, как охлаждение уплотнений. В патенте [13] описано торцевое уплотнение для герметизации вращающихся валов насосов, перекачивающих высокотемпературные, взрыво- и пожароопасные, токсичные жидкости. Торцевое уплотнение вращающегося вала состоит из вращающегося уплотнительного элемента, закрепленного на валу, и невращающегося уплотнительного элемента, установленного в корпусе. Для охлаждения элементов торцевого уплотнения используется охлажденная перекачиваемая среда. Подача охлажденной среды осуществляется через каналы, выполненные во фланце, закрепленном на корпусе уплотнения, затем охлажденная среда попадает в полость, образованную проточкой во фланце и опорным кольцом.

Большой раздел уплотнений представляют сальниковые набивки – плетеные шнуры квадратного или круглого сечения из различного типа волокон, таких как натуральные, асбестовые, синтетические и комбинированные. В качестве примера можно привести набивки из арамидных и графитовых волокон, пропитанных фторопластовой суспензией. Набивки обладают высокой механической прочностью и стойкостью к абразивным средам. Они рекомендуются к применению в нефтеперерабатывающей, химической, целлюлозно-бумажной промышленности. Диаметр их может составлять от 3 до 50 мм. На рис. 5 представлена сальниковая набивка из арамидного волокна, поставляемая ООО «ПромИндустрия» (г. Москва). Рабочие температуры таких уплотнительных шнуров не превышают 450–500°С.

Читайте также:  Сколько выставить температуру в холодильнике

Рис. 5. Сальниковая набивка из арамидного волокна

Для достижения более высоких температур эксплуатации при изготовлении уплотнительных шнуров используют термостойкие волокна, такие как асбестовые, базальтовые, стеклянные, кварцевые, муллитокремнеземные и др.

Большой ассортимент сальниковых асбестовых набивок (рис. 6) выпускает китайская компания IFI Technical Production Corporation Group (Industry Future Innovations Technical Production – IFI TP). На российском рынке официальным представителем этой компании является группа Рус-Кит.

Рис. 6. Асбестовые сальниковые набивки компании IFI TP (Китай)

Уплотнительные шнуры, выполненные из хризотилового асбеста, могут иметь армирование, пропитку графитовой или фторопластовой суспензией, а также ингибитором коррозии. Рабочие температуры таких шнуров не превышают 600°С, поэтому области их использования ограничены строительной, энергетической, производственной и транспортной отраслями.

Кроме того, IFI Technical Production производит широкий ассортимент уплотнительных, прокладочных и изоляционных керамических шнуров. Керамические шнуры разделяют на два вида: крученые и плетеные. В свою очередь, плетеный керамический шнур может быть выполнен как с круглой, так и с прямоугольной формой поперечного сечения (рис. 7). Керамические шнуры широко применяются в качестве сальниковых уплотнений (сальниковые набивки), предназначенных для уплотнений клапанов и статических соединений при высоких температурах в химической, энергетической, нефтеперерабатывающей, строительной, стекольной, металлургической и машиностроительной промышленности.

Рис. 7. Керамические уплотнительные шнуры компании IFI TP (Китай)

Польская компания Spetech (официальный дистрибьютор в России ООО «БизнесПром») также производит аналогичные уплотнительные материалы. В частности, фирма производит большой ассортимент шнуров из стекловолокна различных типов, пропитанного политетрафторэтиленом, рабочие температуры которых достигают 1200°С.

Большой ассортимент набивок и уплотнений также выпускает компания Garlock Sealing Technologies, входящая в группу Enpro Industries Inc. (США), ведущего производителя изделий для производственных процессов.

Компания Keratech (Чехия) производит ассортимент теплоизоляционных материалов для различных областей промышленности (рис. 8). В частности, компания производит ряд уплотнительных шнуров на рабочие температуры от 600 до 1200°С.

Аналогичную продукцию выпускает ряд других компаний – например, Isotek (рис. 9), Insulation Ningbo Gongyao Industrial (Китай), Alfatec (Австрия), Mangalam (Индия) и др.

Рис. 8. Шнуры компании Keratech (Чехия) с керамическими наполнителями:

а – крученый двухрядный; б – некрученый с керамической оплеткой; в – с оплеткой, усиленной проволокой Inconel

Рис. 9. Шнуры из керамических оксидных волокон китайской компании Isotek

Однако максимальные температуры эксплуатации перечисленных уплотнительных шнуров не превышают 1400°С. Для повышения температур эксплуатации такого типа уплотнений необходимо использовать волокна с повышенной термостойкостью. Керамические оксидные волокна, такие как волокна муллита, оксида алюминия, оксида циркония, выдерживают достаточно высокие температуры (˃1500°С), они стойки к окислению, однако природная хрупкость керамики ограничивает их прочностные свойства. Разработчики высокотемпературных теплоизоляционных уплотнительных материалов, в частности шнуров и оплеток, используют керамические нити в сочетании с более прочными вспомогательными волокнами и нитями, такими как стеклянные, кварцевые, металлические [14–16].

Еще одно решение для достижения высокой температуры эксплуатации уплотнения – использование теплоизоляционного материала в конструкции уплотнения. Например, прокладка фланцевого соединения (ООО «Силур», Россия) состоит из двух частей: внутренняя составляющая прокладки является теплоизолирующей и сделана из нескольких слоев теплоизоляции, заключенных в обтюраторы из жаропрочного сплава. В этом элементе прокладки температура падает с 1200 до 500–400°С, что позволяет защитить наружную уплотняющую составляющую прокладки от высокой температуры. Наружная составляющая прокладки выполнена из терморасширенного графита (ТРГ), который позволяет загерметизировать фланцы с наличием перекосов, выбоин и прочих дефектов (рис. 10).

Рис. 10. Высокотемпературное фланцевое уплотнение с теплоизоляцией

В результате анализа технической литературы можно сделать следующие выводы. В настоящее время производится большое количество различных видов уплотнений, рассчитанных на использование в самых разных условиях, в частности уплотнения, производимые компаниями John Crane (США), Aesseal (Великобритания), Wilo, Burgmann (Германия), Grundfos (Дания), Roten, Lowara, Calpeda, DAB (Италия), Ebara (Япония), ООО НПП «ПромГрафит», ООО «Силур», «Новые Технологии» (Россия), ООО «Шанхай Трисун» (Китай) и др. Материалы, используемые для уплотнений различных видов, их температуры эксплуатации, основные достоинства и недостатки приведены в таблице.

Из приведенных данных видно, что уплотнения с температурой эксплуатации до 500°С изготовлены из материалов, содержащих асбестовые волокна, пропитанные связующим на основе каучука или эластомерной смолы, а также из металлических (стальных) и металломатричных (графитовая фольга) материалов. В настоящее время наблюдается тенденция замены асбестовых волокон на другие минеральные волокна, такие как кварцевые, стеклянные, муллитокремнеземные.

Графитовые материалы имеют высокие температуры эксплуатации в химических жидкостях, однако склонны к окислению на воздухе, поэтому находят применение в химической и нефтехимической отраслях промышленности.

Материалы, используемые для уплотнений различных видов

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
ТурбоЗайм
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.

Adblock detector