Việc lựa chọn vật liệu cho gioăng rất quan trọng vì nó sẽ ảnh hưởng đến chất lượng, tuổi thọ và hiệu suất của ứng dụng, cũng như giảm thiểu các vấn đề trong tương lai. Ở đây, chúng ta sẽ xem xét môi trường ảnh hưởng như thế nào đến việc lựa chọn vật liệu gioăng, cũng như một số vật liệu phổ biến nhất và những ứng dụng mà chúng phù hợp nhất.
Các yếu tố môi trường
Môi trường mà gioăng sẽ tiếp xúc là yếu tố then chốt khi lựa chọn thiết kế và vật liệu. Có một số đặc tính quan trọng mà vật liệu làm gioăng cần có để phù hợp với mọi môi trường, bao gồm tạo ra bề mặt làm kín ổn định, khả năng dẫn nhiệt, kháng hóa chất và khả năng chống mài mòn tốt.
Trong một số môi trường, các đặc tính này sẽ cần phải mạnh hơn so với những môi trường khác. Các đặc tính vật liệu khác cần được xem xét khi tính đến môi trường bao gồm độ cứng, độ đàn hồi, độ giãn nở nhiệt, khả năng chống mài mòn và kháng hóa chất. Ghi nhớ những điều này sẽ giúp bạn tìm ra vật liệu lý tưởng cho gioăng của mình.
Môi trường cũng có thể quyết định liệu nên ưu tiên chi phí hay chất lượng của gioăng. Đối với môi trường mài mòn và khắc nghiệt, gioăng có thể đắt hơn do vật liệu cần đủ bền để chịu được những điều kiện này.
Trong những môi trường như vậy, việc đầu tư vào một loại gioăng chất lượng cao sẽ mang lại lợi ích lâu dài vì nó giúp ngăn ngừa những sự cố tốn kém như ngừng hoạt động, sửa chữa, tân trang hoặc thay thế gioăng mà gioăng chất lượng thấp hơn sẽ gây ra. Tuy nhiên, trong các ứng dụng bơm với chất lỏng rất sạch có tính chất bôi trơn, có thể mua gioăng rẻ hơn để ưu tiên vòng bi chất lượng cao hơn.
Vật liệu niêm phong thông thường
Cacbon
Carbon được sử dụng trong bề mặt gioăng là hỗn hợp của carbon vô định hình và graphit, với tỷ lệ phần trăm của mỗi thành phần quyết định các tính chất vật lý của loại carbon cuối cùng. Đây là một vật liệu trơ, ổn định và có khả năng tự bôi trơn.
Nó được sử dụng rộng rãi như một trong hai mặt tiếp xúc cuối của các gioăng cơ khí, và cũng là vật liệu phổ biến cho các gioăng chu vi phân đoạn và vòng piston trong điều kiện bôi trơn khô hoặc với lượng bôi trơn nhỏ. Hỗn hợp carbon/graphit này cũng có thể được tẩm thêm các vật liệu khác để tạo ra các đặc tính khác nhau như giảm độ xốp, cải thiện khả năng chống mài mòn hoặc tăng cường độ bền.
Gioăng carbon tẩm nhựa nhiệt rắn là loại phổ biến nhất cho gioăng cơ khí, hầu hết các loại carbon tẩm nhựa đều có khả năng hoạt động trong nhiều loại hóa chất, từ bazơ mạnh đến axit mạnh. Chúng cũng có đặc tính ma sát tốt và mô đun đàn hồi phù hợp để giúp kiểm soát biến dạng do áp suất. Vật liệu này phù hợp cho các ứng dụng thông thường ở nhiệt độ lên đến 260°C (500°F) trong nước, chất làm mát, nhiên liệu, dầu, dung dịch hóa chất nhẹ, và các ứng dụng trong ngành thực phẩm và dược phẩm.
Các loại gioăng carbon tẩm antimon cũng đã chứng tỏ được hiệu quả nhờ độ bền và mô đun đàn hồi của antimon, rất phù hợp cho các ứng dụng áp suất cao khi cần vật liệu bền và cứng hơn. Những loại gioăng này cũng có khả năng chống phồng rộp tốt hơn trong các ứng dụng với chất lỏng có độ nhớt cao hoặc hydrocarbon nhẹ, trở thành loại tiêu chuẩn cho nhiều ứng dụng trong nhà máy lọc dầu.
Than hoạt tính cũng có thể được tẩm các chất tạo màng như florua cho các ứng dụng chạy khô, đông lạnh và chân không, hoặc các chất ức chế oxy hóa như phosphat cho các ứng dụng nhiệt độ cao, tốc độ cao và tuabin lên đến 800 ft/giây và khoảng 537°C (1.000°F).
Gốm sứ
Gốm sứ là vật liệu vô cơ phi kim loại được làm từ các hợp chất tự nhiên hoặc tổng hợp, phổ biến nhất là oxit nhôm hoặc nhôm oxit. Gốm sứ có điểm nóng chảy cao, độ cứng cao, khả năng chống mài mòn và chống oxy hóa cao, vì vậy nó được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như cơ khí, hóa chất, dầu khí, dược phẩm và ô tô.
Nó cũng có đặc tính điện môi tuyệt vời và thường được sử dụng làm chất cách điện, các bộ phận chịu mài mòn, vật liệu mài và các bộ phận chịu nhiệt độ cao. Ở độ tinh khiết cao, alumina có khả năng kháng hóa chất tuyệt vời đối với hầu hết các chất lỏng trong quá trình sản xuất, ngoại trừ một số axit mạnh, dẫn đến việc nó được sử dụng trong nhiều ứng dụng làm kín cơ khí. Tuy nhiên, alumina có thể dễ bị vỡ dưới tác động sốc nhiệt, điều này đã hạn chế việc sử dụng nó trong một số ứng dụng mà vấn đề này có thể gây ra rủi ro.
Silicon carbide được tạo ra bằng cách nung chảy silica và than cốc. Về mặt hóa học, nó tương tự như gốm sứ, nhưng có đặc tính bôi trơn tốt hơn và cứng hơn, khiến nó trở thành một giải pháp chịu mài mòn tốt cho các môi trường khắc nghiệt.
Nó cũng có thể được mài lại và đánh bóng, do đó một vòng đệm có thể được tân trang nhiều lần trong suốt vòng đời của nó. Nó thường được sử dụng nhiều hơn trong các ứng dụng cơ khí, chẳng hạn như trong các vòng đệm cơ khí, nhờ khả năng chống ăn mòn hóa học tốt, độ bền cao, độ cứng cao, khả năng chống mài mòn tốt, hệ số ma sát nhỏ và khả năng chịu nhiệt cao.
Khi được sử dụng cho bề mặt phớt cơ khí, silicon carbide mang lại hiệu suất được cải thiện, tuổi thọ phớt tăng lên, chi phí bảo trì thấp hơn và chi phí vận hành thấp hơn cho các thiết bị quay như tuabin, máy nén và bơm ly tâm. Silicon carbide có thể có các đặc tính khác nhau tùy thuộc vào cách sản xuất. Silicon carbide liên kết phản ứng được hình thành bằng cách liên kết các hạt silicon carbide với nhau trong một quá trình phản ứng.
Quá trình này không ảnh hưởng đáng kể đến hầu hết các tính chất vật lý và nhiệt của vật liệu, tuy nhiên nó làm giảm khả năng kháng hóa chất của vật liệu. Các hóa chất thường gây vấn đề là chất ăn da (và các hóa chất có độ pH cao khác) và axit mạnh, do đó không nên sử dụng cacbua silic liên kết phản ứng trong các ứng dụng này.
Silicon carbide tự thiêu kết được tạo ra bằng cách thiêu kết trực tiếp các hạt silicon carbide với nhau bằng cách sử dụng chất trợ thiêu kết không chứa oxit trong môi trường trơ ở nhiệt độ trên 2.000°C. Do không có vật liệu trung gian (như silicon), vật liệu thiêu kết trực tiếp này có khả năng kháng hóa chất với hầu hết mọi chất lỏng và điều kiện quy trình có thể gặp trong máy bơm ly tâm.
Vonfram cacbua là một vật liệu rất đa năng, tương tự như silic cacbua, nhưng phù hợp hơn cho các ứng dụng chịu áp suất cao vì nó có độ đàn hồi cao hơn, cho phép nó uốn cong rất nhẹ và ngăn ngừa biến dạng bề mặt. Giống như silic cacbua, nó có thể được mài lại và đánh bóng.
Các hợp chất cacbua vonfram thường được sản xuất dưới dạng cacbua xi măng, do đó không có nỗ lực nào để liên kết các cacbua vonfram với chính nó. Một kim loại thứ cấp được thêm vào để liên kết hoặc xi măng các hạt cacbua vonfram với nhau, tạo ra một vật liệu có các đặc tính kết hợp của cả cacbua vonfram và chất kết dính kim loại.
Điều này đã được tận dụng để mang lại độ bền và khả năng chịu va đập cao hơn so với chỉ sử dụng cacbua vonfram nguyên chất. Một trong những điểm yếu của cacbua vonfram liên kết là mật độ cao. Trước đây, cacbua vonfram liên kết coban được sử dụng, tuy nhiên nó đã dần được thay thế bằng cacbua vonfram liên kết niken do thiếu khả năng tương thích hóa học cần thiết cho ngành công nghiệp.
Vonfram cacbua liên kết niken được sử dụng rộng rãi cho các bề mặt làm kín khi cần độ bền và độ dẻo dai cao, và nó có khả năng tương thích hóa học tốt, thường bị hạn chế bởi niken tự do.
GFPTFE
GFPTFE có khả năng kháng hóa chất tốt, và việc bổ sung thủy tinh giúp giảm ma sát giữa các bề mặt tiếp xúc. Nó lý tưởng cho các ứng dụng tương đối sạch sẽ và có giá thành rẻ hơn so với các vật liệu khác. Có các biến thể phụ khác nhau để phù hợp hơn với yêu cầu và môi trường, từ đó cải thiện hiệu suất tổng thể của gioăng.
Buna
Cao su Buna (còn được gọi là cao su nitrile) là một loại cao su đàn hồi tiết kiệm chi phí, được sử dụng cho vòng đệm chữ O, chất bịt kín và các sản phẩm đúc. Nó nổi tiếng về hiệu suất cơ học và hoạt động tốt trong các ứng dụng gốc dầu, hóa dầu và hóa chất. Nó cũng được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng dầu thô, nước, các loại cồn, mỡ silicon và chất lỏng thủy lực do tính không dẻo của nó.
Vì Buna là một loại copolymer cao su tổng hợp, nó hoạt động tốt trong các ứng dụng yêu cầu độ bám dính kim loại và vật liệu chống mài mòn, và đặc tính hóa học này cũng làm cho nó lý tưởng cho các ứng dụng chất bịt kín. Hơn nữa, nó có thể chịu được nhiệt độ thấp vì được thiết kế với khả năng kháng axit và kiềm nhẹ kém.
Buna có những hạn chế nhất định trong các ứng dụng có điều kiện khắc nghiệt như nhiệt độ cao, thời tiết, ánh nắng mặt trời và khả năng chống hơi nước, và không phù hợp với các chất khử trùng vệ sinh tại chỗ (CIP) có chứa axit và peroxit.
EPDM
EPDM là một loại cao su tổng hợp thường được sử dụng trong ngành ô tô, xây dựng và các ứng dụng cơ khí cho các loại gioăng, vòng chữ O, ống dẫn và vòng đệm. Nó đắt hơn cao su Buna, nhưng có thể chịu được nhiều điều kiện nhiệt, thời tiết và cơ học khác nhau nhờ độ bền kéo cao và lâu dài. Nó rất đa dụng và lý tưởng cho các ứng dụng liên quan đến nước, clo, chất tẩy trắng và các chất kiềm khác.
Nhờ đặc tính đàn hồi và bám dính, khi bị kéo giãn, EPDM sẽ trở lại hình dạng ban đầu bất kể nhiệt độ. EPDM không được khuyến cáo sử dụng trong các ứng dụng liên quan đến dầu mỏ, chất lỏng, hydrocarbon clo hóa hoặc dung môi hydrocarbon.
Viton
Viton là một loại cao su hydrocarbon flo hóa, bền lâu, hiệu suất cao, thường được sử dụng trong vòng chữ O và các loại gioăng. Nó đắt hơn các loại vật liệu cao su khác nhưng là lựa chọn ưu tiên cho những nhu cầu làm kín khắt khe và đòi hỏi cao nhất.
Có khả năng chống lại ozone, quá trình oxy hóa và các điều kiện thời tiết khắc nghiệt, bao gồm cả các vật liệu như hydrocacbon béo và thơm, chất lỏng halogen hóa và các vật liệu axit mạnh, đây là một trong những loại fluoroelastomer bền chắc hơn cả.
Việc lựa chọn vật liệu bịt kín phù hợp rất quan trọng đối với sự thành công của ứng dụng. Mặc dù nhiều vật liệu bịt kín có vẻ tương tự nhau, nhưng mỗi loại lại phục vụ nhiều mục đích khác nhau để đáp ứng mọi nhu cầu cụ thể.
Thời gian đăng bài: 12/07/2023