كيفية اختيار المادة المناسبة لختم العمود الميكانيكي

يعد اختيار مادة الختم الخاص بك أمرًا مهمًا لأنه سيلعب دورًا في تحديد جودة التطبيق وعمره وأدائه وتقليل المشكلات في المستقبل. هنا، نلقي نظرة على كيفية تأثير البيئة على اختيار مواد الختم، بالإضافة إلى بعض المواد الأكثر شيوعًا والتطبيقات الأكثر ملاءمة لها.

العوامل البيئية

تعد البيئة التي سيتعرض لها الختم أمرًا بالغ الأهمية عند اختيار التصميم والمواد. هناك عدد من الخصائص الرئيسية التي تحتاجها مواد الختم لجميع البيئات، بما في ذلك إنشاء سطح مانع للتسرب مستقر، وقادر على توصيل الحرارة، ومقاوم للمواد الكيميائية، ومقاومة جيدة للتآكل.

في بعض البيئات، يجب أن تكون هذه الخصائص أقوى من غيرها. تشمل خصائص المواد الأخرى التي يجب أخذها في الاعتبار عند النظر إلى البيئة الصلابة والصلابة والتمدد الحراري والتآكل والمقاومة الكيميائية. سيساعدك وضع هذه الأمور في الاعتبار في العثور على المادة المثالية لختمك.

يمكن للبيئة أيضًا تحديد ما إذا كان يمكن إعطاء الأولوية لتكلفة أو جودة الختم. بالنسبة للبيئات الكاشطة والقاسية، قد تكون الأختام أكثر تكلفة نظرًا لأن المواد يجب أن تكون قوية بما يكفي لتحمل هذه الظروف.

بالنسبة لمثل هذه البيئات، فإن إنفاق الأموال للحصول على ختم عالي الجودة سيعوض نفسه بمرور الوقت لأنه سيساعد على منع عمليات الإغلاق والإصلاحات والتجديد أو استبدال الختم المكلفة التي سيؤدي إليها الختم الأقل جودة. ومع ذلك، في ضخ التطبيقات باستخدام سائل نظيف للغاية وله خصائص تشحيم، ويمكن شراء ختم أرخص لصالح محامل ذات جودة أعلى.

مواد الختم المشتركة

الكربون

الكربون المستخدم في وجوه الختم هو خليط من الكربون غير المتبلور والجرافيت، مع تحديد النسب المئوية لكل منهما الخصائص الفيزيائية على الدرجة النهائية للكربون. إنها مادة خاملة ومستقرة ويمكن أن تكون ذاتية التشحيم.

يتم استخدامه على نطاق واسع كواحد من أزواج الوجوه النهائية في الأختام الميكانيكية، كما أنه مادة شائعة للأختام المحيطية المجزأة وحلقات المكبس تحت كميات جافة أو صغيرة من التشحيم. يمكن أيضًا تشريب خليط الكربون/الجرافيت هذا بمواد أخرى لمنحه خصائص مختلفة مثل تقليل المسامية أو تحسين أداء التآكل أو تحسين القوة.

يعد ختم الكربون المشرب بالراتنج الحراري هو الأكثر شيوعًا للأختام الميكانيكية، حيث أن معظم الكربون المشرب بالراتنج قادر على العمل في مجموعة واسعة من المواد الكيميائية من القواعد القوية إلى الأحماض القوية. كما أنها تتمتع بخصائص احتكاك جيدة ومعامل مناسب للمساعدة في التحكم في تشوهات الضغط. هذه المادة مناسبة للخدمة العامة حتى 260 درجة مئوية (500 درجة فهرنهايت) في الماء والمبردات والوقود والزيوت والمحاليل الكيميائية الخفيفة وتطبيقات الغذاء والدواء.

أثبتت أختام الكربون المشربة بالأنتيمون أيضًا نجاحها نظرًا لقوة ومعامل الأنتيمون، مما يجعلها جيدة لتطبيقات الضغط العالي عندما تكون هناك حاجة إلى مادة أقوى وأكثر صلابة. كما أن هذه الأختام أكثر مقاومة للتقرحات في التطبيقات ذات السوائل عالية اللزوجة أو الهيدروكربونات الخفيفة، مما يجعلها الدرجة القياسية للعديد من تطبيقات المصافي.

يمكن أيضًا تشريب الكربون بصانعات الأفلام مثل الفلوريدات للتشغيل الجاف والتبريد وتطبيقات الفراغ أو مثبطات الأكسدة مثل الفوسفات لدرجات الحرارة العالية والسرعة العالية وتطبيقات التوربينات حتى 800 قدم / ثانية وحوالي 537 درجة مئوية (1000 درجة فهرنهايت).

سيراميك

السيراميك عبارة عن مواد غير معدنية غير عضوية مصنوعة من مركبات طبيعية أو اصطناعية، وأكثرها شيوعًا أكسيد الألومينا أو الألومينا. لديها نقطة انصهار عالية، صلابة عالية، مقاومة عالية للتآكل ومقاومة الأكسدة، لذلك يتم استخدامها على نطاق واسع في صناعات مثل الآلات والمواد الكيميائية والبترول والأدوية والسيارات.

كما أن لديها خصائص عازلة ممتازة وتستخدم بشكل شائع للعوازل الكهربائية، والمكونات المقاومة للتآكل، ووسائط الطحن، والمكونات ذات درجة الحرارة العالية. في حالة النقاء العالي، تتمتع الألومينا بمقاومة كيميائية ممتازة لمعظم سوائل المعالجة بخلاف بعض الأحماض القوية، مما يؤدي إلى استخدامها في العديد من تطبيقات الختم الميكانيكي. ومع ذلك، يمكن أن تنكسر الألومينا بسهولة تحت تأثير الصدمة الحرارية، مما أدى إلى تقييد استخدامها في بعض التطبيقات حيث يمكن أن يمثل ذلك مشكلة.

كربيد السيليكون

يتم تصنيع كربيد السيليكون عن طريق دمج السيليكا وفحم الكوك. وهو مشابه كيميائيًا للسيراميك، ولكنه يتمتع بصفات تشحيم أفضل وأصعب، مما يجعله حلاً جيدًا قوي التحمل للبيئات القاسية.

ويمكن أيضًا إعادة صقله وصقله بحيث يمكن تجديد الختم عدة مرات طوال عمره. يتم استخدامه بشكل عام بشكل ميكانيكي أكثر، كما هو الحال في الأختام الميكانيكية لمقاومته الجيدة للتآكل الكيميائي، وقوته العالية، وصلابة عالية، ومقاومة التآكل الجيدة، ومعامل الاحتكاك الصغير ومقاومة درجات الحرارة العالية.

عند استخدامه في وجوه الختم الميكانيكية، يؤدي كربيد السيليكون إلى تحسين الأداء، وزيادة عمر الختم، وانخفاض تكاليف الصيانة، وانخفاض تكاليف التشغيل للمعدات الدوارة مثل التوربينات والضواغط ومضخات الطرد المركزي. يمكن أن يكون لكربيد السيليكون خصائص مختلفة اعتمادًا على طريقة تصنيعه. يتكون كربيد السيليكون المرتبط بالتفاعل من خلال ربط جزيئات كربيد السيليكون ببعضها البعض في عملية التفاعل.

لا تؤثر هذه العملية بشكل كبير على معظم الخواص الفيزيائية والحرارية للمادة، إلا أنها تحد من المقاومة الكيميائية للمادة. المواد الكيميائية الأكثر شيوعًا التي تمثل مشكلة هي المواد الكاوية (وغيرها من المواد الكيميائية ذات الرقم الهيدروجيني العالي) والأحماض القوية، وبالتالي لا ينبغي استخدام كربيد السيليكون المرتبط بالتفاعل مع هذه التطبيقات.

يتم تصنيع كربيد السيليكون الملبد ذاتيًا عن طريق تلبيد جزيئات كربيد السيليكون معًا مباشرة باستخدام مساعدات تلبيد غير أكسيدية في بيئة خاملة عند درجات حرارة تزيد عن 2000 درجة مئوية. نظرًا لعدم وجود مادة ثانوية (مثل السيليكون)، تكون المادة الملبدة المباشرة مقاومة كيميائيًا لأي حالة سائلة وعملية تقريبًا من المحتمل رؤيتها في مضخة الطرد المركزي.

كربيد التنغستن

كربيد التنغستن هو مادة متعددة الاستخدامات للغاية مثل كربيد السيليكون، ولكنه أكثر ملاءمة لتطبيقات الضغط العالي لأنه يتمتع بمرونة أعلى مما يسمح له بالانثناء قليلاً جدًا ومنع تشويه الوجه. مثل كربيد السيليكون، يمكن إعادة صقله وصقله.

يتم تصنيع كربيد التنغستن في أغلب الأحيان على شكل كربيدات أسمنتية، لذلك لا توجد محاولة لربط كربيد التنغستن بنفسه. تتم إضافة معدن ثانوي لربط أو تثبيت جزيئات كربيد التنجستن معًا، مما ينتج عنه مادة لها الخصائص المشتركة لكل من كربيد التنجستن والرابط المعدني.

وقد تم استخدام هذا لتحقيق ميزة من خلال توفير صلابة وقوة تأثير أكبر مما هو ممكن مع كربيد التنغستن وحده. إحدى نقاط الضعف في كربيد التنغستن الأسمنتي هي كثافته العالية. في الماضي، تم استخدام كربيد التنغستن المرتبط بالكوبالت، ولكن تم استبداله تدريجيًا بكربيد التنغستن المرتبط بالنيكل نظرًا لافتقاره إلى نطاق التوافق الكيميائي المطلوب للصناعة.

يستخدم كربيد التنغستن المرتبط بالنيكل على نطاق واسع في وجوه الختم حيث تكون القوة العالية وخصائص الصلابة العالية مرغوبة، كما أن لديه توافق كيميائي جيد محدود بشكل عام بالنيكل الحر.

GFPTFE

يتمتع GFPTFE بمقاومة كيميائية جيدة، كما أن الزجاج المضاف يقلل من احتكاك وجوه الختم. إنه مثالي للتطبيقات النظيفة نسبيًا وأرخص من المواد الأخرى. هناك متغيرات فرعية متاحة لمطابقة الختم بشكل أفضل مع المتطلبات والبيئة، مما يؤدي إلى تحسين أدائه العام.

بونا

بونا (المعروف أيضًا باسم مطاط النتريل) عبارة عن مادة مطاطية فعالة من حيث التكلفة للحلقات الدائرية ومانعات التسرب والمنتجات المقولبة. وهي معروفة جيدًا بأدائها الميكانيكي وتعمل بشكل جيد في التطبيقات المعتمدة على النفط والبتروكيماويات والكيميائية. كما أنه يستخدم على نطاق واسع في تطبيقات النفط الخام والماء والكحول المختلفة وشحوم السيليكون والسوائل الهيدروليكية بسبب عدم مرونته.

نظرًا لأن بونا عبارة عن بوليمر مطاط صناعي، فإنه يؤدي أداءً جيدًا في التطبيقات التي تتطلب التصاقًا معدنيًا ومواد مقاومة للتآكل، كما أن هذه الخلفية الكيميائية تجعله مثاليًا لتطبيقات منع التسرب. علاوة على ذلك، فإنه يمكنه تحمل درجات الحرارة المنخفضة لأنه مصمم بمقاومة ضعيفة للأحماض والقلويات الخفيفة.

يعتبر Buna محدودًا في التطبيقات ذات العوامل القاسية مثل درجات الحرارة المرتفعة والطقس وأشعة الشمس وتطبيقات مقاومة البخار، وهو غير مناسب مع عوامل التعقيم النظيفة المكانية (CIP) التي تحتوي على الأحماض والبيروكسيدات.

إبدم

EPDM هو مطاط صناعي شائع الاستخدام في تطبيقات السيارات والبناء والتطبيقات الميكانيكية للأختام والحلقات الدائرية والأنابيب والغسالات. إنها أكثر تكلفة من بونا، ولكنها يمكن أن تتحمل مجموعة متنوعة من الخصائص الحرارية والطقس والميكانيكية بسبب قوة الشد العالية التي تدوم طويلاً. إنه متعدد الاستخدامات ومثالي للتطبيقات التي تتضمن الماء والكلور والمبيض والمواد القلوية الأخرى.

نظرًا لخصائصه المرنة واللاصقة، فإنه بمجرد تمديده، يعود EPDM إلى شكله الأصلي بغض النظر عن درجة الحرارة. لا يُنصح باستخدام EPDM في استخدام الزيوت البترولية أو السوائل أو الهيدروكربونات المكلورة أو تطبيقات المذيبات الهيدروكربونية.

فيتون

الفيتون هو منتج مطاط هيدروكربوني مفلور وطويل الأمد وعالي الأداء وهو الأكثر استخدامًا في الحلقات والأختام. إنها أكثر تكلفة من المواد المطاطية الأخرى ولكنها الخيار المفضل لاحتياجات الختم الأكثر تحديًا وتطلبًا.

فهو مقاوم للأوزون والأكسدة والظروف الجوية القاسية، بما في ذلك المواد مثل الهيدروكربونات الأليفاتية والعطرية والسوائل المهلجنة والمواد الحمضية القوية، وهو أحد أكثر المطاط الفلوروي قوة.

يعد اختيار المادة الصحيحة للختم أمرًا مهمًا لنجاح التطبيق. في حين أن العديد من مواد الختم متشابهة، فإن كل منها يخدم مجموعة متنوعة من الأغراض لتلبية أي حاجة محددة.