Первичный ПТФЭ обеспечивает исключительную инертность и широкую температурную устойчивость, однако он страдает очевидными техническими ограничениями: высокая текучесть в холодном состоянии (ползучесть) при длительной сжимающей нагрузке, плохая износостойкость, низкая теплопроводность и склонность к постоянной деформации под давлением. Углеродный наполнитель гомогенно смешивается с ПТФЭ-смолой, чтобы устранить эти недостатки. Черный цвет обусловлен равномерно распределенными углеродными частицами по полимерной матрице. Углеродное наполнение улучшает сопротивление ползучести при сжатии, повышает теплопроводность, улучшает противоизносные и антифрикционные свойства, а также повышает твердость и стабильность размеров. Следует отметить, что химическая стойкость немного снизится по сравнению с ненаполненным ПТФЭ, что является хорошо документированным компромиссом при выборе уплотнительного материала.
Литье является основным способом производства углеродсодержащих уплотнительных колец из ПТФЭ и круглых прокладок. Производители обычно применяют компрессионное формование: смесь углерода и ПТФЭ предварительно формуют, загружают в прецизионные формы, спекают в контролируемых высокотемпературных циклах, а затем обрабатывают для достижения целевых допусков на размеры. По сравнению с вырезанными прокладками, изготовленными из цельных заготовок из политетрафторэтилена, формованные уплотнения из политетрафторэтилена имеют лучшую округлость, постоянную геометрию поперечного сечения и меньше отходов материала при заказе средних и крупных партий. Для небольших объемов производства специальных размеров распространенной альтернативой остается обработка на станке с ЧПУ заготовок из углеродсодержащего ПТФЭ. Критические проверки качества включают полноту спекания, отсутствие пустот или поверхностных трещин, допуски на размеры внутреннего диаметра, наружного диаметра и поперечного сечения, а также визуальный осмотр на наличие сколов и поверхностных дефектов.
Диапазон рабочих температур уплотнительных компонентов из углеродного наполнителя из ПТФЭ обычно составляет от -200 до +260 градусов. Он сохраняет физические свойства при частом термоциклировании. В отличие от эластомерных уплотнительных колец, изготовленных из NBR, EPDM или FKM, PTFE с углеродным наполнением представляет собой жесткое пластиковое уплотнение с очень низким восстановлением упругости. Герметизирующий эффект основан на контролируемом пластическом сжатии, а не на упругом отскоке, подобном резине. Это наиболее критический момент для инженеров-конструкторов. Неправильный размер канавки сальника, чрезмерное или недостаточное сжатие непосредственно приведут к выходу из строя уплотнения. Чрезмерное сжатие приводит к необратимой пластической деформации; недостаточная предварительная нагрузка не может обеспечить эффективный межфазный уплотнительный контакт.
По химической совместимости черный ПТФЭ с углеродным наполнением устойчив к большинству минеральных кислот, щелочей, растворов солей, гидравлических масел, углеводородного топлива и почти всех распространенных органических растворителей. Тем не менее, существуют четкие материальные ограничения. Несовместим с расплавленными щелочными металлами, элементарным фтором и некоторыми сильными фторирующими агентами. Марки с углеродным наполнителем также имеют несколько меньшую устойчивость к сильным окислителям, чем чистый ПТФЭ. Конечные пользователи должны проверять совместимость среды с реальными условиями работы, а не полагаться только на спецификации материалов общего назначения. Для динамических уплотнений, таких как вращающиеся валы и поршни, совершающие возвратно-поступательное движение, улучшенная теплопроводность за счет углеродного наполнителя помогает рассеивать тепло трения и снижает риск локального перегрева.
При выборе в реальной отрасли формованные уплотнительные кольца из ПТФЭ с углеродным наполнителем и круглые прокладки выбираются, когда эластомерные каучуки не выдерживают экстремальных температур, агрессивных химикатов или высокой скорости поверхности. Типичные области применения включают уплотнения штока клапана, внутренние уплотнительные кольца насоса, круглые прокладки фланцев, компоненты компрессора и приборное оборудование. Это не универсальное решение для обновления. Если для смещения смещения требуется большая упругая деформация, чистый ПТФЭ или наполненный ПТФЭ сам по себе может не удовлетворять требованиям; Часто применяются композитные конструкции с эластичными резервными эластомерами.
Распространенные ошибки на местах заслуживают внимания. Многие покупатели рассматривают уплотнительные кольца из PTFE с углеродным наполнением как прямую замену резиновых уплотнительных колец без изменения размеров сальника, что часто приводит к утечкам. Острые кромки, заусенцы на сопрягаемых металлических поверхностях и небрежная установка могут привести к повреждению уплотняющей поверхности из ПТФЭ и ухудшению качества уплотнения. Поверхностная обработка металлических пазов и валов должна соответствовать требованиям технических условий.
Стандартные размеры уплотнительных колец AS568 доступны для формованных деталей из углеродного наполнения из ПТФЭ, а нестандартные нестандартные круглые прокладки и специальные профили поперечного сечения производятся по чертежам или образцам заказчика. Авторитетные производители уплотнений обеспечивают отслеживание партий сырья. Никакая преувеличенная гарантия производительности не может быть дана только в зависимости от марки материала; Конечный срок службы определяется давлением, температурой, химической средой, состоянием поверхности, формой канавок и качеством сборки. Для проектов нового оборудования настоятельно рекомендуется провести предварительную проверку в лабораторных или полевых условиях.
Подводя итог, можно сказать, что формованные уплотнительные кольца из политетрафторэтилена с черным углеродным наполнителем и круглые прокладки являются проверенными, проверенными и высокоэффективными уплотнительными компонентами. Углеродный наполнитель обеспечивает ощутимые улучшения сопротивления ползучести, износа и теплопроводности за счет частичного снижения химических характеристик. Успешное развертывание зависит от полного признания его пластичной, малоустойчивой природы, правильной конструкции сальника и правильных процедур установки. Понимание как сильных сторон, так и присущих им ограничений помогает инженерам-механикам и инженерам по снабжению принимать рациональные решения о выборе материалов для промышленных систем уплотнений.