Выбор правильного уплотнительного материала имеет решающее значение для создания надежных промышленных уплотнений. Среди высокопроизводительных уплотнений и прокладок два популярных варианта полимеров — PTFE (тефлон) и PEEK. Оба материала известны своими выдающимися свойствами, но они различаются по допустимой температуре, химической стойкости, механической прочности и идеальным условиям применения. В этом подробном руководстве сравниваются уплотнения из ПТФЭ и ПЭЭК с точки зрения ключевых различий и отраслевых применений, а также приводится руководство по выбору материала для инженеров и менеджеров по закупкам. Мы также включили наглядные материалы (таблицы, диаграммы и реальные примеры) и FAQ, чтобы ответить на общие вопросы об уплотнительных компонентах из ПТФЭ и ПЭЭК.
Основные различия между уплотнениями из ПТФЭ и ПЭЭК
PTFE (политетрафторэтилен) и PEEK (полиэфирэфиркетон) — оба являются высокоэффективными термопластами, но они обладают различными характеристиками, которые влияют на их пригодность для различных уплотнений. Ниже мы сравним их термостойкость, химическую совместимость, механическую прочность, фрикционные/износные свойства и другие факторы:
Температурная устойчивость
И PTFE, и PEEK могут выдерживать высокие температуры, но PEEK сохраняет целостность под нагрузкой при температурах, при которых PTFE начал бы деформироваться. ПТФЭ, как правило, стабилен при длительном использовании при температуре около 260°C (500°F). Температура плавления PEEK составляет около 343-400°C, и он может непрерывно работать при температуре 250-260°C, а кратковременно — до ~300°C. не теряя своей формы под нагрузкой. Другими словами, ПЭЭК лучше справляется с условиями высокого давления и высокой температуры (HPHT). Например, при 250°C уплотнение из ПТФЭ под нагрузкой может сползти или выдавиться, в то время как уплотнение из ПЭЭК аналогичной конструкции сохранит свою форму. Превосходная термическая стабильность размеров PEEK делает его идеальным для работы в условиях высоких нагрузок и высоких температур, в то время как PTFE может потребоваться механическая поддержка (например, металлическая пружина или корпус) в верхней части температурного диапазона.
При низких температурах, ПТФЭ остается гибким (его можно использовать вплоть до криогенного диапазона, -200°C или ниже) и не становится хрупким. PEEK более жесткий при температуре окружающей среды и высокой температуре, но более жесткий; он может выдерживать холодные условия, но может не обладать такой гибкостью, как PTFE при экстремальном холоде. Оба материала имеют широкий рабочий диапазон, но если Ваше применение связано с сильным нагревом и давлением, PEEK часто оказывается более надежным вариантом, в то время как при сильном холоде или умеренном нагреве PTFE работает превосходно.
Химическая совместимость
Одно из самых сильных достоинств PTFE — его химическая инертность. Его часто называют «самым химически инертным полимером», устойчивым к кислотам, щелочам, растворителям, топливу и коррозионным средам в широком диапазоне температур. Уплотнения и прокладки из ПТФЭ могут работать практически с любыми химическими жидкостями и газами, что делает их идеальными химически стойкими прокладками в агрессивных средах. Только несколько чрезвычайно реактивных веществ(например, газообразный фтор при высокой температуре, трифторид хлора или расплавленные щелочные металлы) могут воздействовать на ПТФЭ, которые редко встречаются в обычных отраслях промышленности.
PEEK также обладает превосходной химической стойкостью, хотя и не дотягивает до универсального уровня PTFE. PEEK хорошо противостоит большинству кислот, углеводородов, масел и растворителей — даже при повышенных температурах. Однако, сильные кислоты в высоких концентрациях могут стать «ахиллесовой пятой» для PEEK. В частности, концентрированная серная кислота фактически растворяет ПЭЭК при комнатной температуре, а галогены и сильные окислительные кислоты могут воздействовать на ПЭЭК, особенно при высокой температуре. С практической точки зрения это означает, что уплотнения из ПЭЭК не подходят для таких применений, как работа с концентрированным купоросом (H₂SO₄), тогда как ПТФЭ в таких случаях будет предпочтительнее.
Для большинства химических веществ, встречающихся в промышленности (углеводороды, вода, пар, слабые кислоты/основания и т.д.), и PTFE, и PEEK очень устойчивы и часто получают оценку «A» (отлично) в таблицах совместимости. Химическая стойкость PEEK часто описывается как вторая после PTFE. В качестве сравнения материалов седел клапанов: PTFE обладает «очень высокой химической совместимостью» и даже одобрен FDA для использования в пищевой/фармацевтической промышленности, разрушаясь только при воздействии элементарного фтора или сильных щелочей; совместимость PEEK столь же широка (он также доступен в классах FDA), но «может разрушиться при воздействии серной кислоты«. В общем, для чрезвычайно агрессивных или сверхчистых применений PTFE обычно является первым выбором, а PEEK — вторым, который обменивает немного химической инертности на другие достоинства.
Механическая прочность и стабильность размеров
Если говорить о механических свойствах, то ПЭЭК значительно прочнее и жестче ПТФЭ. PEEK демонстрирует высокую прочность на разрыв около 90-100 МПа, по сравнению с прочностью на разрыв PTFE около 25-35 МПа. Это означает, что уплотнения из ПЭЭК могут выдерживать более высокие нагрузки и внутреннее давление, не деформируясь. Аналогично, модуль упругости при изгибе ПЭЭК (~3900 МПа) на порядок выше, чем у ПТФЭ(~495 МПа), что отражает жесткость ПЭЭК по сравнению с гибкостью ПТФЭ.
С точки зрения практического уплотнения, PTFE — более мягкий и податливый материал, в то время как PEEK — твердый и жесткий, как инженерный пластик. ПТФЭ деформируется (холоднотекучий) при длительной нагрузке — например, фланцевая прокладка из ПТФЭ может со временем деформироваться при высоком давлении на болты. PEEK обладает превосходным сопротивлением ползучести, сохраняя стабильность размеров при постоянных нагрузках и высоком давлении. Благодаря этому PEEK идеально подходит для уплотнений, которые служат в качестве структурных компонентов (опорные кольца, кольца против экструзии, сепараторы подшипников и т.д.), поскольку он может выдерживать жесткие допуски в нагруженном узле. На самом деле, PEEK настолько механически прочен, что его часто обрабатывают и подвергают механической обработке с соблюдением правил, аналогичных металлам. Одним из компромиссов является то, что гибкость PTFE позволяет ему легко прилегать к поверхностям (что полезно для достижения герметичности при низком контактном давлении), в то время как твердость PEEK может потребовать более точного сопряжения.
В системах высокого давления уплотнения из ПЭЭК лучше справляются с нагрузкой — например, в седлах клапанов высокого давления ПЭЭК может превосходить ПТФЭ, который обычно не рекомендуется использовать при давлении выше ~350 бар (~5000 psi) без поддержки. Уплотнения из ПТФЭ в системах высокого давления часто включают в себя металлические или полимерные элементы (пружины, шайбы) для предотвращения экструзии, в то время как кольцо из ПЭЭК может выступать в качестве структурного уплотнения или антиэкструзионного кольца само по себе. Если Ваша задача требует структурной прочности, жесткости или долгосрочной размерной целостности под нагрузкой (например, прокладка, которая не должна расслабляться, или уплотнение, которое должно сохранять форму в течение многих лет сжатия), PEEK является предпочтительным материалом.
Свойства трения и износа
PTFE известен своим чрезвычайно низким коэффициентом трения — это один из самых скользких твердых материалов. Коэффициент трения девственного ПТФЭ составляет около 0,05 против ~0,35 у ПЭЭК. Это означает, что уплотнения из ПТФЭ обладают превосходными самосмазывающимися характеристиками: они легко скользят по сопрягаемым поверхностям, выделяют минимальное количество тепла при трении и не скользят. Низкое трение PTFE является большим преимуществом в динамических уплотнениях (например, уплотнениях вращающихся валов, штоков клапанов и т.д.), где оно уменьшает износ как уплотнения, так и сопрягаемой поверхности. Во многих случаях PTFE может работать даже всухую, поскольку он сам по себе смазывает поверхность раздела. Это выгодно для тех областей применения, где добавление смазки нежелательно или невозможно (например, работа с кислородом, пищевая промышленность или криогенные среды, где масла могут замерзнуть).
PEEK, с другой стороны, имеет более высокий коэффициент трения — он не такой скользкий, как PTFE. Тем не менее, PEEK все еще имеет относительно низкий коэффициент трения по сравнению с металлом; его часто можно использовать в сухих или слабо смазанных условиях, и он считается полимером с низким коэффициентом трения (некоторые марки PEEK разработаны для улучшения трибологии). На самом деле, PEEK также демонстрирует самосмазывающиеся свойства в некоторой степени, особенно при погружении в жидкости, такие как вода или масло. Его трение просто выше, чем у ПТФЭ. При этом, износостойкость PEEK является выдающейся. PEEK может выдерживать высокие PV (давление-скорость) условия без задиров или быстрого износа. Он справляется с абразивным износом и повторяющимися движениями с минимальной потерей материала, даже в жестких условиях, например, с песком или твердыми частицами. PTFE мягче, поэтому в ненаполненном виде он может быстрее изнашиваться в условиях абразивного воздействия или высокого ПВ — хотя он изнашивается при очень низком нагреве от трения. Для борьбы с этим PTFE часто наполняют армирующими элементами (стекло, углерод, бронза и т.д.), чтобы повысить его износостойкость и жесткость. Наполненные соединения ПТФЭ обычно используются для изготовления износостойких колец, втулок и динамических уплотнений с длительным сроком службы.
В общем, если низкое трение является приоритетом (например, для быстро вращающегося вала или там, где потеря мощности должна быть сведена к минимуму), PTFE не имеет себе равных. Если сопротивление механическому износу и деформации является приоритетом (например, уплотнение поршня высокого давления или высоконагруженный подшипник), твердость и износостойкость PEEK дают ему преимущество. Во многих конструкциях уплотнений с пружинным приводом используется PTFE для уплотнительной кромки (для гибкости и низкого трения) и PEEK или более твердый полимер для запасных компонентов, что позволяет использовать сильные стороны обоих материалов в одном узле.
Другие соображения (плотность, электричество, технологичность, стоимость)
- Плотность и вес: PTFE значительно тяжелее (плотность ~2,15 г/куб. см), чем PEEK (~1,30 г/куб. см). Для конструкций, чувствительных к весу (аэрокосмические, гоночные и т.д.), PEEK обеспечивает экономию веса примерно на 40% по сравнению с PTFE. Это одна из причин популярности PEEK в аэрокосмической отрасли — Вы получаете высокую прочность без ущерба для веса металла или более тяжелых полимеров.
- Электрические свойства: PTFE — превосходный электроизолятор с очень высокой диэлектрической проницаемостью (~50-150 кВ/мм) и низкой диэлектрической проницаемостью. По этой причине он часто используется в высоковольтных и радиочастотных приложениях. PEEK также является изолятором (диэлектрическая прочность ~50 кВ/мм), но не настолько превосходит PTFE в этом отношении. В таких приложениях, как датчики или разъемы, где требуется электроизоляция и высокая температура, ПТФЭ может быть предпочтительнее для изоляции, а ПЭЭК — для конструктивных деталей вокруг него. Оба материала обладают минимальным поглощением влаги (особенно ПТФЭ, который почти полностью гидрофобен), что помогает им сохранять изоляционные свойства во влажных или мокрых условиях.
- Обрабатываемость: ПТФЭ обрабатывается по-разному (компрессионным формованием и спеканием), поскольку он не плавится и не течет, как обычный термопластик. Он часто продается в виде формованных заготовок, которые обрабатываются для изготовления уплотнений, или в виде лент с отбортовкой. PEEK — это настоящий термопластик, который можно отливать под давлением, экструдировать или обрабатывать из готовых форм. Для изготовления индивидуальных уплотнений в небольших объемах оба материала обычно обрабатываются на ЧПУ из стержней/трубок. PEEK немного легче поддается точной механической обработке из-за его жесткости (мягкость ПТФЭ может затруднить соблюдение жестких допусков без деформации). В целом, оба материала доступны у поставщиков в различных формах (кольца, заготовки, готовые детали).
- Стоимость: Цена часто является решающим фактором. ПЭЭК на порядок дороже ПТФЭ. По оценкам источников, стоимость PEEK может составлять ~5-10× стоимости PTFE по весу. ПТФЭ сам по себе не дешев по сравнению с обычными пластмассами, но ПЭЭК — это действительно материал премиум-класса. Из-за высокой стоимости PEEK остается нишевым полимером, используемым только в тех случаях, когда его характеристики абсолютно необходимы. С точки зрения закупок, это означает, что если ПТФЭ может соответствовать требованиям, то это позволит значительно сэкономить на стоимости. Расходы на PEEK оправдываются в экстремальных условиях, когда другие полимеры (даже PTFE) выходят из строя, что часто позволяет избежать дорогостоящих простоев или переделок. При составлении бюджета на уплотнения учитывайте, что уплотнение или прокладка из ПЭЭК может значительно увеличить затраты на материалы; однако в суровых условиях оно может прослужить дольше детали из ПТФЭ, что потенциально компенсирует его цену за счет долговечности.
Примеры обработанных полимерных уплотнительных колец (различных размеров), которые могут быть изготовлены из ПТФЭ или ПЭЭК. И PTFE, и PEEK поставляются в виде твердых материалов (стержней, трубок, заготовок), которые могут быть обработаны для изготовления уплотнений, колец, седел клапанов и других компонентов. Мягкость ПТФЭ позволяет использовать его в качестве прокладки, но для поддержки уплотнений высокого давления часто требуются металлические пружины или корпуса. Жесткость ПЭЭКа означает, что кольца из ПЭЭКа могут служить в качестве конструктивных элементов — например, опорные кольца, втулки или изоляторы разъемов в нефтепромысловых инструментах и клапанах.. На изображении выше белые кольца могут представлять собой детали из первичного ПТФЭ (обычно белого цвета), а черные/коричневые кольца — это, скорее всего, детали из ПЭЭК или наполненного ПТФЭ. Здесь показано, как оба материала выглядят в виде готовых кольцевых уплотнений, готовых к установке в оборудование.
Краткое описание различий
Вкратце опишем основные различия: PEEK обладает большей механической прочностью, способностью выдерживать нагрузки при высоких температурах и отличной износостойкостью.хотя и по гораздо более высокой цене. PTFE обеспечивает непревзойденную химическую стойкость и сверхнизкое трение, а также гибкость и хорошие эксплуатационные характеристики в широком диапазоне температур (особенно в условиях химического воздействия и низкого трения). ПТФЭ, как правило, предпочтительнее для применений, требующих химическая инертность или электроизоляцияили где трение должно быть сведено к минимуму. PEEK выбирают для применений, требующих структурная прочность, способность выдерживать высокое давление и низкая деформация под нагрузкой. Зачастую выбор сводится к специфическим требованиям конкретного применения — как будет показано в следующих разделах, посвященных случаям использования в промышленности.
Отраслевые применения уплотнений из ПТФЭ и ПЭЭК
И PTFE, и PEEK доказали свою ценность в различных отраслях промышленности. Однако каждый материал имеет определенные области, в которых он лучше всего себя проявляет. Здесь мы расскажем о том, как эти материалы используются в аэрокосмической, автомобильной, нефтегазовой, медицинской/фармацевтической и общепромышленной промышленности, а также о том, почему в каждой отрасли можно отдать предпочтение одному из них перед другим.
Аэрокосмическая и оборонная промышленность
Аэрокосмическая промышленность требует материалов, способных выдерживать экстремальные температуры, перепады давления и строгие стандарты безопасности. Уплотнения из ПТФЭ широко используются в аэрокосмической промышленности поскольку они надежно работают в огромном диапазоне температур (от криогенных -260°C до +260°C) и обладают присущей им огнестойкостью. Например, PTFE используется в уплотнениях реактивных двигателей и компонентах топливных систем самолетов, где температура циклически изменяется от очень низкой (высокогорный холод) до очень высокой, и где для уменьшения износа необходимо низкое трение. Невоспламеняемость ПТФЭ (высокая LOI и низкий уровень дымообразования) является бонусом для безопасности в аэрокосмической отрасли. Распространенные области применения PTFE в аэрокосмической отрасли включают уплотнения вращающихся валов, гидравлические уплотнения, опорные кольца, седла клапанов и кольцевые уплотнители в таких системах, как турбинные двигатели, вспомогательные силовые установки (APU), коробки передач, исполнительные механизмы управления полетом и блоки управления окружающей средой. При этом низкое трение PTFE предотвращает чрезмерное нагревание на высоких скоростях, а его химическая инертность позволяет без разрушения работать с различными аэрокосмическими жидкостями (гидравлическое масло, реактивное топливо).
PEEK также является одним из главных игроков в аэрокосмической отрасли, особенно там, где замена металла и снижение веса являются целями. Высокое соотношение прочности к весу и термическая стабильность PEEK делают его подходящим для структурных компонентов вблизи двигателей или зон с высоким уровнем нагрева. Например, PEEK используется в компонентах авиационных двигателей, крепежных деталях и корпусах датчиков которые должны выдерживать тепло и вибрацию. Электрические разъемы в самолетах часто используют PEEK в качестве изолятора, который выдерживает температуру и механическую нагрузку, сводя к минимуму тепловое расширение, которое может ослабить соединения. В оборонной и космической промышленности PEEK находит применение в изоляции кабелей, корпусах насосов и даже компонентах ракет.Благодаря своей способности сохранять свойства в сложных условиях HPHT. Его малый вес также повышает топливную экономичность и грузоподъемность по сравнению с металлическими деталями.
Где каждый из них лучше всего проявляет себя в аэрокосмической отрасли: PTFE обычно выбирают для уплотнений, требующих гибкости и химической стойкости (уплотнения для топлива и жидкостей, подшипники с низким коэффициентом трения в приводах и т.д.), а также для изоляции в высоковольтных системах. PEEK предпочтителен для структурных или полуструктурных деталей, подвергающихся высоким нагрузкам и температурам (например, уплотнения компрессоров, седла клапанов высокого давления или замена алюминиевых компонентов для снижения веса). Примечательно, что оба материала часто используются вместе: например, в гидравлическом приводе самолета высокого давления уплотнение из ПТФЭ с пружинным механизмом может быть дополнено кольцом из ПЭЭК для защиты от экструзии. Эта комбинация позволяет использовать герметичность PTFE и прочность PEEK для создания надежных аэрокосмических уплотнений.
Автомобили
Современные автомобили полагаются на передовые материалы для повышения производительности и эффективности. Уплотнения из ПТФЭ стали основным решением во многих автомобильных системах — Вы найдете ПТФЭ в уплотнениях впрыска топлива, уплотнениях топливного насоса, уплотнениях рейки гидроусилителя руля, уплотнениях вала компрессора кондиционера и уплотнениях турбокомпрессора.. Одна из причин этого — невероятно низкое трение PTFE, которое уменьшает потерю энергии и износ в двигателях и трансмиссиях. Уплотнения валов PTFE в двигателе (например, уплотнения коленчатого или распределительного вала) могут выдерживать холостой ход и моменты недостатка смазки без повреждений, благодаря самосмазывающейся природе PTFE. Они удерживают масло внутри и загрязнения снаружи с минимальным сопротивлением. PTFE также выдерживает коктейль автомобильных жидкостей — от моторных масел и трансмиссионных смазок до охлаждающих жидкостей и топлива — он практически невосприимчив к этим химическим веществам. Даже агрессивные присадки к топливу или новые виды биотоплива не причиняют вреда уплотнениям из ПТФЭ, в то время как некоторые эластомеры могут разбухнуть или разрушиться.
Температура в автомобильной промышленности — еще один фактор: Динамические уплотнения из ПТФЭ могут выдерживать температуру в моторном отсеке до 250-300°C (например, вблизи выхлопных коллекторов или в турбокомпрессорах), где многие резиновые уплотнения могут выйти из строя. Более того, было доказано, что вращающиеся уплотнения из ПТФЭ сохраняют свои свойства при температурах до 600°F (315°C) в тяжелых условиях эксплуатации. Такая стойкость к высоким температурам означает, что уплотнения из ПТФЭ не расплавятся и не потеряют силу пружины в горячей среде двигателя, сохраняя герметичность даже при интенсивном движении. Кроме того, характеристики PTFE при высоких скоростях вращения поверхности ценны для таких вещей, как уплотнения выходного вала трансмиссии — они выдерживают высокие обороты и скорость вращения поверхности с минимальным износом или выделением тепла. Все эти преимущества приводят к повышению надежности и даже к улучшению экологии: автомобили, использующие уплотнения из ПТФЭ, часто имеют сниженный уровень выбросов в атмосферу благодаря лучшей герметичности (нет утечек масла, меньшее трение означает меньший расход топлива).
PEEK также используется в автомобилестроении, особенно в компонентах двигателей и трансмиссий, которые подвергаются экстремальным нагрузкам. Одним из ключевых применений является Уплотнения на основе ПЭЭК в двигателях внутреннего сгорания. Например, поршневые и уплотнительные кольца из ПЭЭК используются в некоторых высокопроизводительных двигателях. Эти кольца выдерживают температуру и давление в камере сгорания, сохраняя свою форму и способность к уплотнению. Кольца из PEEK показали отличную устойчивость к утечкам при высоких температурах, то есть они сохраняют плотное уплотнение между поршнем и цилиндром даже при работе горячего двигателя. Бонус — низкое трение PEEK — помогает снизить потери на трение в двигателе, повышая эффективность. Еще одна область, в которой PEEK находит свое применение, — это прокладки головки блока цилиндров. Традиционно прокладки головки представляют собой многослойную сталь, но инженеры разработали композитные прокладки из PEEK в сочетании с PTFE для двигателей с высокими требованиями. Этот прокладочный материал PEEK-PTFE обеспечивает плотное уплотнение между головкой и блоком, выдерживая экстремальные циклы нагрева и давления. Он противостоит абразивному износу и более щадящий (меньше риск коррозии или прилипания к сопрягаемым поверхностям), чем металлические прокладки. Использование PEEK в этих прокладках также означает, что они лучше справляются с разницей в тепловом расширении, сохраняя целостность уплотнения при тепловых циклах.
Вне двигателя PEEK используется в автомобильных трансмиссиях и трансмиссиях EV для таких компонентов, как упорные шайбы, изоляция электродвигателей и подшипники, благодаря своей высокой износостойкости и термостойкости. Он также используется в тормозных системах (например, в компонентах ABS), где происходит сильное нагревание, а также в разъемах и корпусах датчиков во всем автомобиле благодаря своей долговечности и стабильности размеров.
В целом, для автомобильной промышленности: PTFE обычно выбирают для динамических уплотнений и любых применений, требующих низкого трения, химической инертности и термостойкости. — например, уплотнения валов, прокладки топливной системы и уплотнения, связанные с выбросами. ПЭЭК блистает в высокотемпературные детали двигателей и структурные уплотнения — например, в критически важных уплотнениях и прокладках двигателя, которые должны выдерживать воздействие сил сгорания. Чувствительность к стоимости в автомобильной промышленности означает, что PEEK используется там, где это абсолютно необходимо (спортивные или роскошные автомобили, или компоненты с длительным сроком службы), в то время как PTFE, будучи более дешевым, широко используется в массовом производстве для улучшения характеристик по сравнению с традиционными эластомерами.
Иллюстрация вращающегося уплотнения вала из ПТФЭ (синий компонент), используемого в автомобильном двигателе. В автомобильной промышленности уплотнения из ПТФЭ часто используются на вращающихся валах (например, коленчатых валах или ступицах колес) благодаря их низкого трения и устойчивости к высоким температурам. На изображении выше показано поперечное сечение манжетного уплотнения из ПТФЭ в корпусе, демонстрирующее, как ПТФЭ может преодолеть разрыв между традиционными уплотнениями из эластомеров и полноценными механическими уплотнениями. Такие уплотнения из ПТФЭ уплотнения вала удерживают масло внутри и грязь снаружи в двигателях, трансмиссиях и дифференциалах, даже при высоких оборотах и температурах, которые могут привести к затвердеванию или растрескиванию резиновых уплотнений. В то же время, невидимые внутри двигателя, полимерные компоненты PEEK могут использоваться в уплотнениях поршневых колец или прокладках головки блока, чтобы обеспечить длительный срок службы при высокой температуре сгорания топлива. Вместе детали из PTFE и PEEK способствуют повышению надежности и эффективности современных автомобилей.
Нефтяная и газовая промышленность
Немного найдется сред, столь же суровых, как разведка и добыча нефти и газа. Скважинные инструменты, устья скважин и оборудование для переработки сталкиваются с Высокое давление и высокая температура (HPHT) в сочетании с агрессивными жидкостями. В этой области как PTFE, так и PEEK играют важную роль, но PEEK стал особенно предпочтительным материалом для экстремальных условий эксплуатации.
Уплотнения из ПЭЭК широко используются в нефтепромысловом оборудовании, поскольку они выживают там, где многие другие материалы выходят из строя. PEEK может сохранять свои механические свойства даже при давлении свыше 10 000 фунтов на квадратный дюйм и при температурах свыше 150°C (302°F).. Например, в устье скважины или скважинном клапане Вы можете найти Уплотнительные кольца из ПЭЭК в муфтах, устьевых соединителях, узлах буровых долот, погрузочных вертлюгах и противовыбросовых устройствах. PEEK также часто используется в седлах шаровых кранов, уплотнительных кольцах компрессоров, износостойких кольцах насосов и резервных кольцах. в нефтегазовом секторе. Одним из наиболее требовательных применений является торцевые уплотнения на устье скважины в которых содержатся производственные жидкости под высоким давлением — в них часто используется PEEK, поскольку он способен выдерживать сочетание высокого давления, высокой температуры и кислых химических веществ. Преимуществом ПЭЭК здесь является его способность противостоять экструзии и деформации под давлениемобеспечивая герметичность уплотнения при скачках давления. Кроме того, ПЭЭК противостоит воздействию сырой нефти, природного газа (а также H₂S или CO₂ в кислом газе) и жидкостей для заканчивания скважин, обеспечивая долговечность в скважинных условиях.
PTFE также находит применение в нефтегазовой отрасли, особенно в ситуациях, требующих высочайшей химической стойкости. Резервные кольца из ПТФЭ широко используются в кольцевых уплотнениях для инструментов высокого давления, чтобы предотвратить выдавливание эластомера. Подпружиненные уплотнения из ПТФЭ используются в клапанах и насосах, где химическая совместимость с агрессивными жидкостями является критически важной (например, в насосах для закачки химических веществ или в некоторых компонентах подводного оборудования). Однако чистый ПТФЭ будет холоднотекучим при экстремальных давлениях в глубине нефтяной скважины, поэтому в конструкциях часто используется наполненный ПТФЭ или ПЭЭК для структурной поддержки. Нередко в клапанах высокого давления можно увидеть уплотнительную кромку из ПТФЭ с пружинным механизмом в сочетании с противоэкструзионным кольцом из ПЭЭК. Где ПТФЭ действительно преуспевает в нефтегазовой отрасли, так это в статических уплотнениях или прокладках, которые подвергаются воздействию агрессивных химических веществ — например, прокладочная лента из ПТФЭ используется на фланцах труб с коррозионными жидкостями, поскольку она может уплотнять и не разъедаться кислотами, аминами или растворителями в технологическом потоке. Температурный диапазон PTFE также покрывает многие потребности нефтегазовой отрасли (от криогенных линий СПГ до горячих углеводородов).
На нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводах (нефтегазовая отрасль), Прокладки из ПТФЭ широко распространены в технологическом оборудовании — Они могут выдерживать экстремальные химикаты pH и температуры до 260°C в реакторах и трубопроводах. Более дорогой полиэфирэфиркетон используется в установках для переработки и сбыта гораздо реже; Вы можете найти его в критически важных компонентах насосов или специальных клапанах, которые подвергаются высоким механическим нагрузкам и воздействию коррозии.
Подведение итогов в области нефти и газа: PEEK стал рабочей лошадкой для Уплотнения для HPHT, скважинные инструменты и любые компоненты, для которых механическое разрушение недопустимо. Он используется для уплотнений, компрессорных пластин, подшипников и седел клапанов, которые сталкиваются с комбинированными проблемами высокого давления, тепла и химических веществ. PTFE неоценим для уплотнений и прокладок, используемых в химической промышленности, особенно в статических приложениях или в составе композитных уплотнений, и часто используется благодаря своей инертности и низкому трению в менее сложных механических условиях. Оба материала способствуют повышению надежности и срока службы нефтепромыслового оборудования, предотвращая утечки в условиях, когда негерметичное уплотнение может означать экологическую катастрофу или дорогостоящий простой.
Медицинские приборы и фармацевтическая/пищевая промышленность
В медицине и фармацевтике первостепенное значение имеют чистота материала и его эффективность при стерилизации. PTFE и PEEK используются в уплотнениях и компонентах медицинских приборов, но их роль несколько отличается.
ПТФЭ высоко ценится в фармацевтике и биотехнологиях, поскольку он химически чистый и нереактивный. Он не загрязняется и не выщелачивается в жидкости, и его можно производить в одобренных FDA сортах. Уплотнения и прокладки из ПТФЭ используются в фармацевтическом технологическом оборудовании, например, в мембранах насосов, уплотнениях клапанов и соединителях, где присутствуют агрессивные моющие химикаты или растворители. Они гарантируют, что никакая химическая реакция или деградация не повлияет на чистоту продукта. Гладкая, антипригарная поверхность PTFE также противостоит прилипанию биопленки, что очень важно для гигиены. В медицинских приборах вращающиеся уплотнения из ПТФЭ можно найти в таком оборудовании, как наркозные аппараты, кислородные концентраторы или инсулиновые помпы — везде, где уплотнение должно оставаться инертным и иметь низкое трение. ПТФЭ также используется в качестве покрытия катетеров и в хирургических инструментах благодаря низкому трению и биосовместимости. Расширенный ПТФЭ (ePTFE), в частности, используется для имплантируемых медицинских устройств, таких как сосудистые трансплантаты и хирургические сетки, поскольку он биосовместим и порист.
PEEK — один из немногих полимеров, который является биосовместимым и подходит для имплантатов. Фактически, PEEK используется для изготовления имплантируемых устройств, таких как спинномозговые кейджи, ортопедические штифты и зубные имплантаты, поскольку он имеет модуль упругости, подобный костному, и может быть стерилизован без потери свойств. Для уплотнений в медицинских устройствах PEEK часто используется в компонентах, испытывающих высокие нагрузки, или там, где требуется многократная стерилизация. Например, шайбы или уплотнения из PEEK в хирургических ручных инструментах или автоклавном оборудовании могут выдержать сотни циклов паровой стерилизации (при ~134°C) без охрупчивания. Устойчивость PEEK к гамма-излучению также позволяет использовать его в устройствах, которые стерилизуются радиацией (он не становится хрупким и не разрушается под воздействием высоких доз гамма-излучения). В насосах для доставки лекарств или некоторых лабораторных анализаторах часто используются трубки и фитинги из ПЭЭК (трубки из ПЭЭК широко применяются в аппаратах ВЭЖХ благодаря своей химической инертности и способности выдерживать давление). Это говорит о том, что химическая стойкость PEEK достаточна и для большинства фармацевтических жидкостей.
Для пищевая промышленность и производство напитков Как PTFE, так и PEEK используются в уплотнениях для смесителей, клапанов и трубопроводов. ПТФЭ часто используется в прокладках и уплотнениях пищевого класса, поскольку он безопасен для пищевых продуктов по стандартам FDA и ЕС, не придает вкуса и не вступает в реакцию с пищевыми продуктами. PEEK также может быть пищевого класса и использоваться в высокотемпературном оборудовании для пищевой промышленности (например, уплотнения в печах, фритюрницах или стерилизаторах для напитков), где металлы могут подвергаться коррозии.
В целом, PTFE обычно выбирают для статических или динамических уплотнений в медицине/фармацевтике, где требуется химическая инертность и сверхчистота — например, уплотнения в химическом реакторе для синтеза лекарств или обратный клапан в медицинской газовой линии. PEEK выбирают для деталей, которые должны выдерживать механические нагрузки и многократную стерилизацию — например, втулки для хирургических инструментов, уплотнения для хроматографии под высоким давлением или даже имплантируемые в тело компоненты уплотнений. Оба материала имеют классы, соответствующие стандартам биосовместимости FDA и USP Class VI, что делает их высокоэффективными уплотнительными материалами в оборудовании для медико-биологических наук. Выбор часто сводится к тому, является ли применение более механическим (предпочтение отдается прочности PEEK) или более химическим/трибологическим (предпочтение отдается инертной скользкости PTFE).
Промышленное производство и другие виды использования
«Промышленное производство» охватывает широкий спектр отраслей — от заводов по переработке химических веществ и производства полупроводников до тяжелого оборудования и производственных машин. PTFE и PEEK находят огромное количество применений и здесь.
В химической промышленности и при работе с промышленными жидкостями прокладки и уплотнения из ПТФЭ встречаются повсеместно. Прокладки из листового ПТФЭ используются на фланцах труб, в реакторах и резервуарах для хранения, поскольку они способны выдерживают воздействие агрессивных химикатов и высоких температур одновременно. Например, прокладка из ПТФЭ может герметизировать трубу с концентрированной кислотой при температуре 200°C, где другие материалы прокладок разрушаются — ПТФЭ справляется с этим без проблем. Прокладочная лента из ПТФЭ (расширенный ПТФЭ) также используется для получения надежного уплотнения на стальном оборудовании со стеклянной облицовкой или неровных поверхностях фланцев, благодаря своей адаптивности и химической стойкости. Даже при 600°F (316°C) и при давлении до 3000 фунтов на квадратный дюйм специализированные прокладочные ленты из ПТФЭ могут сохранять герметичность. В промышленных клапанах и насосах, работающих с растворителями или агрессивными веществами, часто используются уплотнительные кольца из ПТФЭ или оболочечные прокладки (оболочка из ПТФЭ поверх эластомера). Роль ПТФЭ здесь заключается главным образом в том, чтобы не допустить химического воздействия или загрязнения в процессах — это очень важно для качества продукции и безопасности предприятия.
Между тем, PEEK часто выбирают для изготовления механических компонентов в промышленном оборудовании, где требуется одновременно прочность и химическая стойкость. Например, в компрессоре или насосе для химического завода Вы можете найти износостойкие кольца из PEEK, седла клапанов из PEEK или сепараторы подшипников из PEEK. PEEK может заменить металл в некоторых из этих деталей, чтобы избежать коррозии (металл может ржаветь или корродировать в химической среде, в то время как PEEK этого не сделает). Одно из отмеченных преимуществ заключается в том, что PEEK может заменить металлические изнашиваемые детали, обладая при этом превосходной устойчивостью к заеданию и заклиниванию, а также он самосмазывающийся, что позволяет сократить объем технического обслуживания. Именно поэтому износостойкие кольца из PEEK используются в насосах высокого давления или смесителях — они продлевают срок службы, не нуждаясь в постоянной смазке.
В полупроводниковой промышленности оба материала используются благодаря своей чистоте и производительности. PTFE используется для линий транспортировки сверхчистой воды и кислот, компонентов для обработки пластин и уплотнений в полупроводниковых инструментах, поскольку он не загрязняется и может выдерживать воздействие неприятных химикатов для травления (например, HF, к которому PTFE устойчив). PEEK, особенно PEEK, армированный углеродным волокном, используется в компонентах вакуумных камер, кольцах для зажима пластин и деталях инструментов CMP (химико-механической планаризации), где требуется долговечность и низкое газовыделение. Компания Greene Tweed (поставщик материалов) отмечает, что высокочистые сорта ПТФЭ широко используются для обработки жидкостей в полупроводникахв то время как PEEK и его разновидности используются для таких вещей, как корпуса датчиков и уплотнительные компоненты в авиационных двигателях и других сложных условиях
— подчеркивая различные ниши даже в промышленных условиях.
Тяжелое оборудование и производственные машины: PTFE используется в подшипниках скольжения, направляющих планках и вкладышах для снижения трения на больших станках (например, Turcite® — это материал на основе PTFE, используемый в направляющих станков для плавного движения). PEEK используется во втулках, зубчатых колесах и изнашиваемых пластинах в текстильном оборудовании, упаковочном оборудовании и т.д., где требуется замена металла для устранения смазки и шума. Крепеж из ПЭЭК (винты, гайки) используется даже на химических заводах и в высокотемпературных печах, где металлический крепеж может заедать или корродировать — крепеж из ПЭЭК выдерживает высокую температуру и не подвержен коррозии.
Подведение итогов промышленного использования: Если речь идет о химически стойкая прокладка или уплотнение для резервуара, трубы или промышленного клапанато PTFE обычно является лучшим выбором благодаря практически универсальной химической совместимости и температурному диапазону. Если речь идет о структурный или износостойкий компонент в оборудовании, которое также подвергается воздействию тепла/химикатовто часто выбирают PEEK, поскольку он обеспечивает прочность, подобную металлу, и устойчивость к коррозии полимеров. Многие промышленные уплотнения сочетают эти два материала: например, в торцевом уплотнении насоса может использоваться уплотнительная поверхность из ПТФЭ, обеспечивающая низкое трение о вращающийся вал, в сочетании с фиксатором или оболочкой из ПЭЭК для поддержки. Оба материала помогают предприятиям увеличить интервалы между техническими обслуживаниями и решить сложные проблемы с уплотнениями, которые не смогли бы решить обычные пластики или резины.
Руководство по выбору материала: Выбор PTFE против PEEK для Ваших уплотнений
Выбор между PTFE и PEEK для уплотнения или прокладки сводится к балансированию между требованиями Вашего приложения в нескольких ключевых областях. Вот практическое руководство по выбору для инженеров и специалистов по закупкам, которое поможет определиться с выбором подходящего материала:
- Химическая среда: С какими средами будет контактировать уплотнение? Если Вам необходимо уплотнение от чрезвычайно агрессивных химикатов или широкого спектра реагентов, PTFE обычно является более безопасным выбором благодаря своей виртуальной инертности. Прокладки из ПТФЭ идеально подходят для трубопроводов с кислотами, едкими веществами, растворителями и реактивными газами — они останутся невредимыми там, где другие пластики могут выйти из строя. PEEK также справляется с большинством химических веществ, но проверьте на наличие специфических несовместимостей (например, концентрированных кислот). Например, если процесс включает в себя концентрированную серную или азотную кислоту при высокой температуре, PEEK будет плохим выбором (риск деградации). С другой стороны, при работе с нефтяными и газовыми жидкостями, топливом или водой/паром PEEK отлично справится с этой задачей. Вердикт: Используйте PTFE для наиболее химически стойких прокладок и уплотнений в условиях жесткой химической обработки. Используйте PEEK, если химикаты умеренные, а другие факторы ниже склоняют к использованию PEEK.
- Диапазон температур: Какие температуры (непрерывные и пиковые) будет испытывать уплотнитель? Оба материала выдерживают до ~250°C в непрерывном режиме работы, но PEEK лучше сохраняет свою механическую прочность вблизи этого высокого предела. Если Ваше уплотнение будет испытывать длительные температуры выше ~230°C под нагрузкой (например, уплотнение для пара под давлением или уплотнение для выхлопных газов двигателя), PEEK с большей вероятностью сохранит герметичность без деформации. PEEK также может выдерживать короткие перепады температуры до 300°C+. И наоборот, для криогенных температур или очень быстрых температурных циклов гибкость ПТФЭ может быть преимуществом (он не растрескается от теплового удара). Также учитывайте температуру и химические вещества: PTFE может работать с горячими и сильными кислотами, чего не может сделать PEEK. Вердикт: Для применения при экстремально высоких температурах (250°C и выше, или >200°C при высоком давлении) отдайте предпочтение PEEK. Для применения при отрицательных температурах или в широком диапазоне (например, от -100°C до +200°C) и чисто термической совместимости, как правило, достаточно PTFE.
- Механическая нагрузка и давление: Будет ли уплотнение испытывать высокое давление или механическую нагрузку? Это критически важный фактор. При высоких нагрузках PEEK превосходит PTFE. — Он обладает гораздо большей несущей способностью и сопротивляется ползучести. Если уплотнение находится в клапане высокого давления (сотни бар) или под большой нагрузкой на болты (как в прокладке, затянутой моментом), PEEK будет лучше сохранять форму и целостность уплотнения с течением времени. ПТФЭ, если он используется, может потребоваться корректировка конструкции (например, более толстая секция или спиральная форма прокладки), чтобы избежать ползучести. Например, для скважинных инструментов с давлением 20 000 фунтов на квадратный дюйм уплотнительные кольца из ПЭЭК являются стандартными, в то время как ПТФЭ будет выдавливаться, если его не подкрепить фиксатором. Вердикт: Для систем высокого давления, больших механических нагрузок или вакуумных уплотнений, требующих стабильности размеров, выбирайте PEEK или обеспечьте значительное усиление PTFE. Для низкого и среднего давления (например, <50 бар) и когда другие факторы говорят в пользу PTFE, можно использовать PTFE, который легче вставляется в полость уплотнения.
- Динамическое и статическое уплотнение: Является ли применение динамическим (движущиеся части) или статическим? Динамические уплотнения (вращающиеся или возвратно-поступательные) часто выигрывают от использования ПТФЭ из-за его низкого трения и способности работать без смазки. Манжетное уплотнение из ПТФЭ на валу будет выделять меньше тепла и прослужит дольше без смазки, чем уплотнение из ПЭЭК (ПЭЭК может вызвать большее трение и износ сопряженного вала). ПТФЭ также хорошо справляется с небольшими смещениями или эксцентричным движением, деформируясь для поддержания контакта(особенно с пружиной возбуждения). Для статических уплотнений (прокладок, торцевых уплотнений), которые просто сидят на одном месте при сжатии, можно использовать любой материал, но если статическое уплотнение должно также выдерживать нагрузки или давление, жесткость ПЭЭК может быть преимуществом (например, кольца из ПЭЭК для защиты от выдавливания в канавке статического уплотнительного кольца). Вердикт: Для динамических, скользящих применений (уплотнения штока клапана, уплотнения вала, направляющие кольца), где трение критично, обычно предпочитают использовать ПТФЭ (иногда ПТФЭ смешивают с углеродом или бронзой для большей износостойкости). Для статических уплотнений, находящихся под высоким напряжением или подверженных риску экструзии, используйте PEEK для структурной поддержки или в качестве самого уплотнения.
- Износ и долговечность: Уплотнение должно служить особенно долго или работать в абразивных условиях? Если Вам нужно уплотнение или износостойкое кольцо, которое прослужит много лет или будет работать в абразивных средах, PEEK обладает превосходной износостойкостью и усталостной прочностью. Его часто выбирают для приложений с длительным сроком службы (10+ лет), потому что он выдерживает физические нагрузки. ПТФЭ может изнашиваться быстрее, особенно в ненаполненном виде, но в щадящих условиях он также может прослужить долгое время. Твердость PEEK также означает, что он менее склонен к зазубринам или повреждениям при обращении и установке — более мягкий PTFE может поцарапаться или подвергнуться холодному течению при неправильном обращении. Вердикт: Для максимальной долговечности и износостойкости, особенно в жестких механических условиях, выбирайте PEEK (или наполненный PTFE, если стоимость не вызывает опасений, а химический состав позволяет). Для более легких задач или критически важных применений с низким коэффициентом трения может быть достаточно долговечности PTFE и более низкого коэффициента трения.
- Нормативные требования и требования к чистоте: Существуют ли требования FDA, USDA или других регулирующих органов? Должен ли материал быть сверхчистым? И PTFE, и PEEK могут быть изготовлены в соответствии с требованиями FDA и других стандартов (первичный PTFE соответствует требованиям FDA, а некоторые сорта PEEK, например, PEEK медицинского или пищевого класса, доступны). Однако ПТФЭ имеет более длительный послужной список в пищевой/фармацевтической промышленности в качестве материала для прокладок (легче получить ПТФЭ, соответствующий требованиям FDA, и он по своей природе нетоксичен и не вызывает привыкания). PEEK тоже используется, но обязательно указывайте PEEK класса FDA, если речь идет о контакте с пищевыми продуктами. Для полупроводников или вакуума обратите внимание на то, что PTFE выделяет крайне мало газов и не впитывает влагу, в то время как PEEK впитывает влагу слабо, но не полностью (что может иметь значение в сверхвысоком вакууме). Вердикт: Оба материала могут использоваться в чистых/регулируемых средах, но ПТФЭ часто используется по умолчанию для прокладок для пищевой/фармацевтической промышленности из-за своей инертности. Используйте тот из них, который соответствует необходимым сертификатам; в противном случае делайте выбор в пользу эксплуатационных характеристик.
- Ограничения по стоимости: Является ли стоимость основным фактором или же производительность имеет первостепенное значение? Как уже отмечалось, PEEK намного дороже PTFE. Если Вы разрабатываете изделие большого объема и можете обойтись без ПТФЭ, экономия будет значительной. Кроме того, ПТФЭ более широко доступен в готовом виде в различных стандартных формах прокладок и уплотнений, что может сократить время изготовления и стоимость. ПЭЭК, как правило, используется в критически важном или дорогостоящем оборудовании, где стоимость оправдана производительностью (например, в реактивном двигателе или скважинном буровом инструменте стоимость материала незначительна по сравнению со стоимостью системы; но в простом фланце трубопровода ПЭЭК был бы излишеством). Вердикт: Используйте PTFE везде, где он соответствует требованиям, поскольку он более экономичен и легко доступен. Используйте PEEK только в тех случаях, когда условия эксплуатации (температура, давление, нагрузка и т.д.) превышают возможности PTFE или когда отказ детали из PTFE будет достаточно катастрофическим, чтобы оправдать дополнительные расходы на PEEK.
- Комбинированные решения: Не всегда нужно выбирать «или-или». В некоторых случаях лучшим решением является гибрид: например, уплотнительная сборка, в которой PTFE используется в качестве уплотнительного интерфейса, а PEEK — в качестве опорного кольца или адаптера. Как уже упоминалось ранее, прокладки для головок, сочетающие ПЭЭК и ПТФЭ, показали большие перспективы в автомобильных двигателях — в них используется теплостойкость ПЭЭК и прилегаемость поверхности ПТФЭ. В пружинных уплотнениях часто используется PTFE для оболочки и металлическая пружина для упругости, но в высокотемпературных случаях оболочка может быть из PEEK, или оболочка из PTFE может быть подкреплена крышкой из PEEK. Не бойтесь использовать оба материала вместе, чтобы использовать лучшие качества каждого из них.
Учитывая эти факторы — химические вещества, температуру, давление, движение, нормативные требования и стоимость — Вы сможете выбрать материал, который лучше всего подходит для Вашего применения. В итоге, выбирайте уплотнения из ПТФЭ для широкой химической совместимости, низкого трения и экономии, а уплотнения из ПЭЭК — для высоких нагрузок, высоких температур и требовательной механической прочности. Если Вы все еще сомневаетесь, проконсультируйтесь с производителями уплотнений или специалистами по материалам, которые могут предложить рекомендации (и даже провести испытания) для Вашего конкретного случая.
Часто задаваемые вопросы (FAQ) об уплотнениях из ПТФЭ и ПЭЭК
Q1: Какой материал выдерживает более высокие температуры, PTFE или PEEK?
A1: Оба материала могут работать при температуре до 250°C (482°F) непрерывно, но PEEK может выдерживать более высокие температуры под нагрузкой, чем PTFE. Детали из PEEK остаются прочными и не деформируются даже при 300°C в условиях высокого давления. ПТФЭ может выдерживать температуру до ~260°C, но при таком экстремальном значении уплотнение из ПТФЭ под давлением будет склонно к сползанию или потере формы. Поэтому для длительного высокого нагрева (250°C+), особенно с нагрузкой, лучше использовать PEEK. PTFE прекрасно работает при температуре до 260°C в условиях более низких напряжений, а при криогенных — даже лучше.
Вопрос 2: Является ли PEEK более долговечным, чем PTFE?
A2: С точки зрения механической прочности и выдерживания нагрузки, да, PEEK, как правило, более долговечен. У него выше прочность на разрыв и твердость, поэтому он менее подвержен износу или деформации под нагрузкой. Уплотнения из ПЭЭК часто превосходят по сроку службы уплотнения из ПТФЭ в условиях высокого давления или высокоскоростного износа. Однако долговечность также зависит от условий эксплуатации: ПТФЭ чрезвычайно устойчив к химическому воздействию (он не разрушается в коррозионной среде, которая со временем старит другие пластики). Благодаря своей гибкости PTFE также обладает своего рода «усталостной прочностью» при изгибе. Но если мы говорим об общем сроке службы в сложных механических условиях, то устойчивость PEEK к ползучести и износу означает, что он обычно служит дольше, чем PTFE в той же области применения.
Q3: Каковы химические ограничения PTFE и PEEK?
A3: PTFE практически универсален в отношении химической стойкости — Он может работать с сильными кислотами, основаниями, растворителями, хлором, да мало ли с чем еще. К редким химическим веществам, разрушающим ПТФЭ, относятся фторсодержащий газ (особенно при высокой температуре), высокотемпературная кислородная плазма, расплавленные щелочные металлы и некоторые высокореакционные фторированные соединения. Они не встречаются в большинстве промышленных процессов. PEEK также очень устойчив к химическим воздействиям.но у него есть слабость к концентрированным кислотам и некоторым галогенам. Например, концентрированная серная кислота быстро разрушает ПЭЭК, а ПЭЭК плохо переносит азотную кислоту или бром при высоких температурах. В большинстве сред, содержащих нефть/газ, воду, углеводороды или слабые химикаты, PEEK прекрасно себя чувствует. В итоге: используйте PTFE для особо агрессивных химикатов (это более безопасный вариант), и избегайте использования PEEK с сильными кислотами/окислителями — если сомневаетесь, сверьтесь с таблицей совместимости.
В4: Можно ли использовать уплотнения из ПТФЭ и ПЭЭК вместе?
А4: Безусловно. На самом деле, многие передовые системы уплотнения сочетают в себе эти два компонента для достижения наилучшей производительности. Например, прокладка прокладка головки блока цилиндров была разработана с использованием композита из ПЭЭК и ПТФЭ, чтобы использовать теплостойкость ПЭЭК и уплотнительные свойства ПТФЭ. Еще одна распространенная пара — использование уплотнительной кромки из ПТФЭ с антиэкструзионным или опорным кольцом из ПЭЭК в гидравлических уплотнениях высокого давления. Вы также можете увидеть седла клапанов из ПЭЭК с покрытием из ПТФЭ для снижения трения. Их совместное использование является разумным способом решения сложных задач — между ПТФЭ и ПЭЭК нет химической несовместимости, поэтому они не будут вступать в негативную реакцию. Только имейте в виду, что их сочетание может увеличить стоимость (из-за содержания ПЭЭК) и сложность.
Q5: В чем разница между PTFE и Teflon?
О5: Нет, с точки зрения материала — Teflon™ — это торговое название смолы PTFE, производимой компанией Chemours (ранее DuPont). Оно стало общей торговой маркой, часто используемой для обозначения PTFE, но технически PTFE — это название полимера. Таким образом, тефлоновое уплотнение — это уплотнение из ПТФЭ. Просто убедитесь, что при заказе Вы получаете девственный ПТФЭ, а не механический или наполненный, в зависимости от Ваших потребностей.
Q6: Являются ли уплотнения из PTFE и PEEK одобренными FDA / безопасными для пищевых продуктов?
A6: Они могут быть. Девственный ПТФЭ (ненаполненный ПТФЭ), как правило, считается безопасным для использования в пищевой и фармацевтической промышленности и соответствует требованиям FDA. По этой причине он часто используется в оборудовании для пищевой промышленности и медицинских приборах. ПЭЭК также может быть изготовлен из пищевого или медицинского материала (например, Victrex PEEK имеет марки, соответствующие требованиям FDA и ЕС по контакту с пищевыми продуктами, а PEEK является биосовместимым по USP Class VI для медицинских имплантатов). Если Вам нужно уплотнение, безопасное для пищевых продуктов, укажите «FDA-совместимый PTFE» или «пищевой PEEK». Оба материала в принципе инертны и не выделяют вредных химических веществ, но использование сертифицированных сортов гарантирует отсутствие добавок и наполнителей, которые не одобрены.
Q7: Почему PEEK намного дороже PTFE?
A7: PEEK стоит дорого по нескольким причинам: (1) Он производится в гораздо меньших объемах по всему миру, чем PTFE, что делает его специализированным полимером. (2) Процесс его производства и сырьевые материалы более сложны и дорогостоящи. (3) PEEK часто продается в высокотехнологичные отрасли, которые готовы платить за его характеристики, что поддерживает высокую цену. В отличие от него, PTFE, хотя и не дешев, существует дольше (открыт в 1938 г., а PEEK — в конце 1970-х гг.) и производится многими поставщиками в больших количествах, что несколько снижает его стоимость. Грубо говоря, PEEK может стоить порядка в 5-10 раз больше за килограмм, чем PTFE. Для закупок это означает, что уплотнения из PEEK существенно повлияют на Ваш бюджет на материалы. Всегда проверяйте, действительно ли необходимы дополнительные характеристики PEEK. В некоторых случаях при меньших затратах может подойти наполненный PTFE или другой полимер. Но в тех случаях, когда работает только PEEK, его стоимость оправдывается тем, что позволяет избежать поломок в процессе эксплуатации.
Вопрос 8: Нужны ли мне специальные процедуры обращения или установки для уплотнений из ПТФЭ или ПЭЭК?
A8: Как правило, они не требуют особого обращения, кроме того, что Вы делаете для любого высококачественного уплотнения. Несколько советов: ПТФЭ более податлив и может легко поцарапаться, поэтому обращайтесь с деталями из первичного ПТФЭ осторожно, чтобы не поцарапать уплотнительные поверхности. Он также может быть немного менее эластичным — например, уплотнительные кольца из ПТФЭ поставляются в виде «твердых» колец, для установки которых Вам может потребоваться осторожный нагрев или использование конструкции из двух частей (поскольку они не растягиваются, как резина). PEEK очень твердый, поэтому следите за тем, чтобы сопрягаемые поверхности были гладкими; шероховатый металлический вал может быстро стереть уплотнение из PEEK. Оба материала гидрофобны, поэтому, в отличие от резиновых уплотнений, их не нужно смазывать от влаги — но легкая смазка может помочь при сборке, чтобы предотвратить заедание (особенно для PEEK в контакте с металлом). Если уплотнение из ПТФЭ приводится в действие пружиной, будьте осторожны, чтобы не деформировать пружину во время установки. И, что немаловажно, при использовании уплотнений из ПТФЭ при высоких температурах (как советуют некоторые производители) выполните расчет безопасного давления — это значит, что не следует считать, что то же самое давление при 20°C действует при 200°C из-за ползучести ПТФЭ.
Изучив эти часто задаваемые вопросы и приведенные ранее сравнения, Вы должны быть хорошо подготовлены к выбору между PTFE и PEEK для Ваших потребностей в уплотнении. Оба материала являются чемпионами в мире уплотнений — главное, согласовать их сильные стороны с требованиями Вашего приложения, чтобы получить надежное и долговечное уплотнение.
Заключение
Уплотнения из ПТФЭ и ПЭЭК имеют свои уникальные преимущества. PTFE обладает непревзойденной химической стойкостью и низким коэффициентом трения, в то время как PEEK превосходит их по прочности, износостойкости и применению при высоком давлении. Выбор правильного материала зависит от конкретных потребностей Вашего применения. Если Вы все еще не уверены, свяжитесь с нами в FLUIDMEC, чтобы получить квалифицированную консультацию!
