כיצד לבחור את החומר המתאים לאיטום פיר מכני

בחירת החומר עבור החותם שלך חשובה שכן היא תמלא תפקיד בקביעת האיכות, תוחלת החיים והביצועים של יישום, וצמצום בעיות בעתיד. כאן, נבחן כיצד הסביבה תשפיע על בחירת חומרי האיטום, כמו גם כמה מהחומרים הנפוצים ביותר ולאילו יישומים הם המתאימים ביותר.

גורמים סביבתיים

הסביבה שאליה ייחשף חותם היא קריטית בבחירת העיצוב והחומר. ישנן מספר תכונות מפתח שחומרי האיטום צריכים עבור כל הסביבות, כולל יצירת פנים איטום יציב, מסוגל להוביל חום, עמידות כימית ועמידות טובה בפני שחיקה.

בסביבות מסוימות, מאפיינים אלה יצטרכו להיות חזקים יותר מאשר בסביבות אחרות. תכונות חומר אחרות שיש לקחת בחשבון כאשר בוחנים את הסביבה כוללות קשיות, קשיחות, התפשטות תרמית, בלאי ועמידות כימית. שמירה על אלה תעזור לך למצוא את החומר האידיאלי עבור החותם שלך.

הסביבה יכולה גם לקבוע אם ניתן לתת עדיפות לעלות או איכות האיטום. עבור סביבות שוחקות וקשות, אטמים עשויים להיות יקרים יותר בגלל החומרים שצריכים להיות חזקים מספיק כדי לעמוד בתנאים אלה.

עבור סביבות כאלה, הוצאת הכסף עבור איטום באיכות גבוהה תחזיר את עצמה לאורך זמן, שכן היא תסייע למנוע את ההשבתות, התיקונים, השיפוץ או החלפת האיטום היקרים שיגרמו להם איטום באיכות נמוכה יותר. עם זאת, ביישומי שאיבה עם נוזל נקי מאוד בעל תכונות סיכה, ניתן היה לרכוש איטום זול יותר לטובת מיסבים באיכות גבוהה יותר.

חומרי איטום נפוצים

פַּחמָן

פחמן המשמש בפנים חותם הוא תערובת של פחמן אמורפי וגרפיט, כאשר האחוזים של כל אחד מהם קובעים את התכונות הפיזיקליות על הציון הסופי של הפחמן. זהו חומר אינרטי, יציב שיכול להיות משמן עצמי.

הוא נמצא בשימוש נרחב כאחד מצמד פנים הקצה באטמים מכניים, והוא גם חומר פופולרי לאטמים היקפיים מפולחים וטבעות בוכנה תחת כמויות סיכה יבשות או קטנות. תערובת פחמן/גרפיט זו ניתנת להספגה גם בחומרים אחרים כדי להעניק לה מאפיינים שונים כגון נקבוביות מופחתת, ביצועי בלאי משופרים או חוזק משופר.

אטם פחמן ספוג שרף תרמוסטי הוא הנפוץ ביותר עבור אטמים מכניים, כאשר רוב הפחמנים הספוג שרף מסוגלים לפעול במגוון רחב של כימיקלים מבסיסים חזקים ועד חומצות חזקות. יש להם גם תכונות חיכוך טובות ומודול הולם כדי לסייע בשליטה על עיוותי לחץ. חומר זה מתאים לשימוש כללי עד 260°C (500°F) במים, נוזלי קירור, דלקים, שמנים, תמיסות כימיות קלות ויישומי מזון ותרופות.

אטמי פחמן ספוגים באנטימון הוכחו כמוצלחים גם בגלל החוזק והמודול של האנטימון, מה שהופך אותו טוב ליישומי לחץ גבוה כאשר יש צורך בחומר חזק וקשיח יותר. אטמים אלה גם עמידים יותר בפני שלפוחיות ביישומים עם נוזלים בצמיגות גבוהה או פחמימנים קלים, מה שהופך אותו לדרג הסטנדרטי עבור יישומי בתי זיקוק רבים.

פחמן יכול להיות ספוג גם עם יוצרי סרטים כגון פלואורידים לריצה יבשה, קריוגניקה ויישומי ואקום, או מעכבי חמצון כמו פוספטים ליישומי טמפרטורה גבוהה, מהירות גבוהה ויישומי טורבינה עד 800 רגל/שנייה וסביב 537°C (1,000°F).

קֵרָמִי

קרמיקה היא חומרים אנאורגניים שאינם מתכתיים העשויים מתרכובות טבעיות או סינתטיות, לרוב תחמוצת אלומינה או אלומינה. יש לו נקודת התכה גבוהה, קשיות גבוהה, עמידות גבוהה בפני שחיקה ועמידות לחמצון, ולכן הוא נמצא בשימוש נרחב בתעשיות כמו מכונות, כימיקלים, נפט, תרופות ומכוניות.

יש לו גם תכונות דיאלקטריות מצוינות והוא נפוץ עבור מבודדים חשמליים, רכיבים עמידים בפני שחיקה, חומרי שחיקה ורכיבים בטמפרטורה גבוהה. בטוהר גבוה, לאלומינה יש עמידות כימית מצוינת לרוב נוזלי התהליך מלבד כמה חומצות חזקות, מה שמוביל לשימוש ביישומי איטום מכאני רבים. עם זאת, אלומינה יכולה להישבר בקלות תחת הלם תרמי, מה שהגביל את השימוש בה ביישומים מסוימים שבהם זה יכול להיות בעיה.

סיליקון קרביד

סיליקון קרביד מיוצר על ידי מיזוג סיליקה וקולה. זה דומה מבחינה כימית לקרמיקה, אבל יש לו איכויות סיכה טובות יותר והוא קשה יותר, מה שהופך אותו לפתרון עמיד היטב עבור סביבות קשות.

ניתן גם ללפף מחדש ולהבריש כך שניתן לשפץ חותם מספר פעמים במהלך חייו. בדרך כלל נעשה בו שימוש מכני יותר, כמו באטמים מכניים בשל עמידות קורוזיה כימית טובה, חוזק גבוה, קשיות גבוהה, עמידות טובה בפני שחיקה, מקדם חיכוך קטן ועמידות בטמפרטורה גבוהה.

כאשר נעשה שימוש עבור פנים אטמים מכאניים, סיליקון קרביד מביא לשיפור בביצועים, אורך חיי אטם מוארך, עלויות תחזוקה נמוכות יותר ועלויות הפעלה נמוכות יותר עבור ציוד מסתובב כגון טורבינות, מדחסים ומשאבות צנטריפוגליות. לסיליקון קרביד יכולות להיות תכונות שונות בהתאם לאופן ייצורו. סיליקון קרביד מלוכד בתגובה נוצר על ידי הצמדת חלקיקי סיליקון קרביד זה לזה בתהליך תגובה.

תהליך זה אינו משפיע באופן משמעותי על רוב התכונות הפיזיקליות והתרמיות של החומר, אולם הוא מגביל את העמידות הכימית של החומר. הכימיקלים הנפוצים ביותר המהווים בעיה הם קאוסטיקה (וכימיקלים אחרים ב-pH גבוה) וחומצות חזקות, ולכן אין להשתמש בסיליקון קרביד הקשור לתגובות עם יישומים אלה.

סיליקון קרביד עם סינון עצמי מיוצר על ידי סינון חלקיקי סיליקון קרביד ישירות יחד באמצעות עזרי סינטרה שאינם תחמוצת בסביבה אינרטית בטמפרטורות מעל 2,000 מעלות צלזיוס. בשל היעדר חומר משני (כגון סיליקון), החומר המסונטר הישיר עמיד כימית כמעט לכל מצב של נוזל ותהליך שצפוי להיראות במשאבה צנטריפוגלית.

טונגסטן קרביד

טונגסטן קרביד הוא חומר רב תכליתי כמו סיליקון קרביד, אך הוא מתאים יותר ליישומי לחץ גבוה מכיוון שיש לו גמישות גבוהה יותר המאפשרת לו להתגמש מעט מאוד ולמנוע עיוות פנים. כמו סיליקון קרביד, ניתן ללטש אותו מחדש ולהבריק אותו.

טונגסטן קרבידים מיוצרים לרוב כקרבידים מוצקים ולכן אין ניסיון לחבר טונגסטן קרביד לעצמו. מתווספת מתכת משנית כדי לקשור או להצמיד את חלקיקי הטונגסטן קרביד יחד, וכתוצאה מכך נוצר חומר בעל התכונות המשולבות של טונגסטן קרביד וגם של מקשר המתכת.

זה שימש ליתרון על ידי מתן קשיחות וחוזק השפעה גדולים יותר ממה שניתן עם טונגסטן קרביד בלבד. אחת החולשות של טונגסטן קרביד מוצק היא הצפיפות הגבוהה שלו. בעבר, נעשה שימוש בטונגסטן קרביד הקשור לקובלט, אולם הוא הוחלף בהדרגה בטונגסטן קרביד הקשור לניקל בשל היעדר טווח התאימות הכימית הנדרשת לתעשייה.

טונגסטן קרביד הקשור לניקל נמצא בשימוש נרחב עבור פני איטום שבהם רצויות תכונות חוזק גבוה וקשיחות גבוהה, ויש לו תאימות כימית טובה מוגבלת בדרך כלל על ידי הניקל החופשי.

GFPTFE

ל-GFPTFE עמידות כימית טובה, והזכוכית הנוספת מפחיתה את החיכוך של פני האיטום. הוא אידיאלי עבור יישומים נקיים יחסית והוא זול יותר מחומרים אחרים. קיימות גרסאות משנה זמינות כדי להתאים טוב יותר את החותם לדרישות ולסביבה, ולשפר את הביצועים הכוללים שלו.

בונה

בונה (ידוע גם בשם גומי ניטריל) הוא אלסטומר חסכוני עבור טבעות O, חומרי איטום ומוצרים יצוקים. זה ידוע היטב בביצועים המכניים שלו ומתפקד היטב ביישומים מבוססי שמן, פטרוכימיים וכימיקלים. הוא נמצא בשימוש נרחב גם עבור יישומי נפט גולמי, מים, אלכוהול, גריז סיליקון ונוזל הידראולי שונים בשל חוסר הגמישות שלו.

מכיוון שבונה הוא קופולימר גומי סינטטי, הוא מתפקד היטב ביישומים הדורשים הידבקות מתכת וחומר עמיד בפני שחיקה, ורקע כימי זה גם הופך אותו לאידיאלי עבור יישומי איטום. יתר על כן, הוא יכול לעמוד בטמפרטורות נמוכות מכיוון שהוא מתוכנן עם עמידות חומצה ירודה ואלקלי קלה.

Buna מוגבל ביישומים עם גורמים קיצוניים כמו טמפרטורות גבוהות, מזג אוויר, אור שמש ועמידות באדים, ואינו מתאים עם חומרי חיטוי נקיים במקום (CIP) המכילים חומצות וחמצנים.

EPDM

EPDM הוא גומי סינטטי בשימוש נפוץ ביישומי רכב, בנייה ויישומים מכניים עבור אטמים וטבעות O, צינורות ומכבסים. הוא יקר יותר מבונה, אך יכול לעמוד במגוון תכונות תרמיות, מזג אוויר ומכניות בשל חוזק המתיחה הגבוה שלו לאורך זמן. הוא רב תכליתי ואידיאלי עבור יישומים הכוללים מים, כלור, אקונומיקה וחומרים אלקליים אחרים.

בשל תכונותיו האלסטיות והדביקות, לאחר מתיחה, EPDM חוזר לצורתו המקורית ללא קשר לטמפרטורה. EPDM אינו מומלץ ליישומי שמן נפט, נוזלים, פחמימנים עם כלור או ממס פחמימנים.

ויטון

Viton הוא מוצר גומי פחמימני עמיד לאורך זמן, בעל ביצועים גבוהים, מופלר, הנפוץ ביותר בטבעות O ואטמים. הוא יקר יותר מחומרי גומי אחרים אך זוהי האפשרות המועדפת לצרכי האיטום המאתגרים והתובעניים ביותר.

עמיד בפני אוזון, חמצון ותנאי מזג אוויר קיצוניים, כולל חומרים כגון פחמימנים אליפטים וארומטיים, נוזלים הלוגנים וחומרים חומציים חזקים, הוא אחד הפלואורו-אלסטומרים החזקים יותר.

בחירת החומר הנכון לאיטום חשובה להצלחת היישום. בעוד שחומרי איטום רבים דומים, כל אחד מהם משרת מגוון מטרות כדי לענות על כל צורך ספציפי.