Die Wahl des Dichtungsmaterials ist wichtig, da sie die Qualität, Lebensdauer und Leistungsfähigkeit einer Anwendung beeinflusst und zukünftige Probleme reduziert. Wir betrachten hier, wie die Umgebung die Materialauswahl beeinflusst, und stellen einige der gängigsten Materialien sowie ihre jeweiligen Anwendungsbereiche vor.
Umweltfaktoren
Die Umgebungsbedingungen, denen eine Dichtung ausgesetzt sein wird, sind entscheidend für die Auswahl von Design und Material. Dichtungsmaterialien müssen für alle Umgebungen eine Reihe wichtiger Eigenschaften aufweisen, darunter eine stabile Dichtfläche, Wärmeleitfähigkeit, Chemikalienbeständigkeit und gute Verschleißfestigkeit.
In manchen Umgebungen müssen diese Eigenschaften ausgeprägter sein als in anderen. Weitere Materialeigenschaften, die bei der Betrachtung der Umgebungsbedingungen berücksichtigt werden sollten, sind Härte, Steifigkeit, Wärmeausdehnung, Verschleißfestigkeit und Chemikalienbeständigkeit. Die Berücksichtigung dieser Aspekte hilft Ihnen, das ideale Material für Ihre Dichtung zu finden.
Die Umgebungsbedingungen können auch darüber entscheiden, ob Kosten oder Qualität der Dichtung Priorität haben. In abrasiven und rauen Umgebungen können Dichtungen teurer sein, da die Materialien diesen Bedingungen standhalten müssen.
In solchen Umgebungen amortisiert sich die Investition in eine hochwertige Dichtung im Laufe der Zeit, da sie kostspielige Stillstände, Reparaturen und den Austausch oder die Überholung der Dichtung verhindert, die eine minderwertige Dichtung zur Folge hätte. Bei Pumpenanwendungen mit sehr sauberer, schmierender Flüssigkeit kann jedoch eine günstigere Dichtung anstelle von hochwertigeren Lagern verwendet werden.
Gängige Dichtungsmaterialien
Kohlenstoff
Der in Dichtflächen verwendete Kohlenstoff ist ein Gemisch aus amorphem Kohlenstoff und Graphit, wobei die jeweiligen Anteile die physikalischen Eigenschaften der resultierenden Kohlenstoffsorte bestimmen. Es handelt sich um ein inertes, stabiles Material mit selbstschmierenden Eigenschaften.
Es findet breite Anwendung als eine der beiden Stirnflächen in Gleitringdichtungen und ist auch ein gängiges Material für segmentierte Umfangsdichtungen und Kolbenringe bei Trockenlauf oder geringer Schmierung. Dieses Kohlenstoff-Graphit-Gemisch kann zudem mit anderen Materialien imprägniert werden, um ihm unterschiedliche Eigenschaften wie geringere Porosität, verbesserte Verschleißfestigkeit oder höhere Festigkeit zu verleihen.
Eine mit Duroplastharz imprägnierte Kohlenstoffdichtung ist die gängigste Ausführung für Gleitringdichtungen. Die meisten dieser Dichtungen sind in einem breiten Spektrum von Chemikalien einsetzbar, von starken Basen bis hin zu starken Säuren. Sie weisen zudem gute Reibungseigenschaften und einen ausreichenden Elastizitätsmodul auf, um Druckverformungen zu minimieren. Dieses Material eignet sich für allgemeine Anwendungen bis 260 °C (500 °F) in Wasser, Kühlmitteln, Kraftstoffen, Ölen, leichten chemischen Lösungen sowie in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie.
Antimonimprägnierte Kohlenstoffdichtungen haben sich aufgrund der Festigkeit und des Elastizitätsmoduls von Antimon bewährt und eignen sich daher gut für Hochdruckanwendungen, bei denen ein stärkeres und steiferes Material erforderlich ist. Diese Dichtungen sind zudem widerstandsfähiger gegen Blasenbildung bei Anwendungen mit hochviskosen Flüssigkeiten oder leichten Kohlenwasserstoffen und sind daher in vielen Raffinerieanwendungen Standard.
Kohlenstoff kann auch mit Filmbildnern wie Fluoriden für Trockenlauf-, Kryo- und Vakuumanwendungen oder mit Oxidationsinhibitoren wie Phosphaten für Hochtemperatur-, Hochgeschwindigkeits- und Turbinenanwendungen bis zu 800ft/sec und etwa 537°C (1.000°F) imprägniert werden.
Keramik
Keramik sind anorganische, nichtmetallische Werkstoffe, die aus natürlichen oder synthetischen Verbindungen, meist Aluminiumoxid oder Aluminiumoxid, hergestellt werden. Sie zeichnen sich durch einen hohen Schmelzpunkt, hohe Härte, hohe Verschleißfestigkeit und Oxidationsbeständigkeit aus und finden daher breite Anwendung in Branchen wie dem Maschinenbau, der Chemie-, Erdöl-, Pharma- und Automobilindustrie.
Es besitzt zudem hervorragende dielektrische Eigenschaften und wird häufig für elektrische Isolatoren, verschleißfeste Bauteile, Mahlkörper und Hochtemperaturkomponenten eingesetzt. Hochreines Aluminiumoxid weist eine ausgezeichnete chemische Beständigkeit gegenüber den meisten Prozessflüssigkeiten auf, mit Ausnahme einiger starker Säuren, wodurch es in vielen Gleitringdichtungen Anwendung findet. Allerdings kann Aluminiumoxid unter thermischer Belastung leicht brechen, was seinen Einsatz in einigen Anwendungen, in denen dies problematisch sein könnte, einschränkt.
Siliciumcarbid wird durch Verschmelzen von Siliciumdioxid und Koks hergestellt. Es ist chemisch ähnlich wie Keramik, besitzt jedoch bessere Schmiereigenschaften und ist härter, wodurch es sich gut als verschleißfeste Lösung für raue Umgebungen eignet.
Es kann zudem nachgeschliffen und poliert werden, sodass eine Dichtung im Laufe ihrer Lebensdauer mehrfach überholt werden kann. Aufgrund seiner guten Beständigkeit gegen chemische Korrosion, hohen Festigkeit, Härte, Verschleißfestigkeit, des geringen Reibungskoeffizienten und der hohen Temperaturbeständigkeit findet es vorwiegend mechanische Anwendung, beispielsweise in Gleitringdichtungen.
Bei der Verwendung für Gleitringdichtungen führt Siliziumkarbid zu verbesserter Leistung, längerer Dichtungslebensdauer, geringeren Wartungskosten und niedrigeren Betriebskosten für rotierende Maschinen wie Turbinen, Kompressoren und Kreiselpumpen. Siliziumkarbid kann je nach Herstellungsverfahren unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Reaktionsgebundenes Siliziumkarbid entsteht durch die Verbindung von Siliziumkarbidpartikeln in einem Reaktionsprozess.
Dieses Verfahren beeinträchtigt die meisten physikalischen und thermischen Eigenschaften des Materials nicht wesentlich, schränkt jedoch dessen chemische Beständigkeit ein. Zu den häufigsten problematischen Chemikalien zählen Laugen (und andere Chemikalien mit hohem pH-Wert) sowie starke Säuren. Daher sollte reaktionsgebundenes Siliciumcarbid für diese Anwendungen nicht verwendet werden.
Selbstgesintertes Siliciumcarbid wird durch direktes Sintern von Siliciumcarbidpartikeln unter Verwendung von nichtoxidischen Sinterhilfsmitteln in einer inerten Atmosphäre bei Temperaturen über 2000 °C hergestellt. Aufgrund des Fehlens eines sekundären Materials (wie z. B. Silicium) ist das direkt gesinterte Material chemisch beständig gegenüber nahezu allen Flüssigkeiten und Prozessbedingungen, die in einer Kreiselpumpe auftreten können.
Wolframcarbid ist wie Siliciumcarbid ein äußerst vielseitiger Werkstoff, eignet sich jedoch aufgrund seiner höheren Elastizität besser für Hochdruckanwendungen. Diese Elastizität ermöglicht eine minimale Biegung und verhindert Verformungen der Oberfläche. Wie Siliciumcarbid kann es nachgeschliffen und poliert werden.
Wolframcarbid wird meist als Hartmetall hergestellt, d. h. es wird kein Versuch unternommen, Wolframcarbid mit sich selbst zu verbinden. Ein zweites Metall wird hinzugefügt, um die Wolframcarbidpartikel zu binden oder zu verkitten. Das Ergebnis ist ein Material, das die kombinierten Eigenschaften von Wolframcarbid und dem Metallbinder aufweist.
Dies wurde vorteilhaft genutzt, da dadurch eine höhere Zähigkeit und Schlagfestigkeit als mit reinem Wolframcarbid erzielt werden konnte. Eine der Schwächen von Hartmetall ist seine hohe Dichte. Früher wurde kobaltgebundenes Wolframcarbid verwendet, das jedoch aufgrund mangelnder chemischer Beständigkeit in der Industrie nach und nach durch nickelgebundenes Wolframcarbid ersetzt wurde.
Nickelgebundenes Wolframcarbid wird häufig für Dichtflächen verwendet, bei denen hohe Festigkeit und hohe Zähigkeit erwünscht sind, und weist eine gute chemische Verträglichkeit auf, die im Allgemeinen durch das freie Nickel begrenzt ist.
GFPTFE
GFPTFE zeichnet sich durch gute Chemikalienbeständigkeit aus, und der Glasanteil reduziert die Reibung der Dichtflächen. Es eignet sich ideal für relativ saubere Anwendungen und ist kostengünstiger als andere Materialien. Verschiedene Varianten ermöglichen eine optimale Anpassung der Dichtung an die jeweiligen Anforderungen und Umgebungsbedingungen und verbessern so die Gesamtleistung.
Buna
Buna (auch bekannt als Nitrilkautschuk) ist ein kostengünstiges Elastomer für O-Ringe, Dichtstoffe und Formteile. Es ist für seine guten mechanischen Eigenschaften bekannt und eignet sich hervorragend für Anwendungen in der Erdöl-, Petrochemie- und Chemieindustrie. Aufgrund seiner Formstabilität wird es auch häufig für Anwendungen mit Rohöl, Wasser, verschiedenen Alkoholen, Silikonfetten und Hydraulikflüssigkeiten eingesetzt.
Da Buna ein synthetisches Kautschuk-Copolymer ist, eignet es sich gut für Anwendungen, die Metallhaftung und Abriebfestigkeit erfordern. Aufgrund seiner chemischen Eigenschaften ist es auch ideal für Dichtungsanwendungen. Darüber hinaus ist es kältebeständig, da es nur eine geringe Säure- und schwache Laugenbeständigkeit aufweist.
Buna ist nur bedingt geeignet für Anwendungen, die extremen Faktoren wie hohen Temperaturen, Witterungseinflüssen, Sonnenlicht und Dampfbeständigkeit ausgesetzt sind, und ist nicht geeignet für die Verwendung mit CIP-Reinigungsmitteln (Clean-in-Place), die Säuren und Peroxide enthalten.
EPDM
EPDM ist ein synthetischer Kautschuk, der häufig in der Automobil-, Bau- und Maschinenbauindustrie für Dichtungen, O-Ringe, Schläuche und Unterlegscheiben eingesetzt wird. Er ist zwar teurer als Buna, widersteht aber aufgrund seiner dauerhaft hohen Zugfestigkeit einer Vielzahl von thermischen, witterungsbedingten und mechanischen Belastungen. EPDM ist vielseitig einsetzbar und ideal für Anwendungen mit Wasser, Chlor, Bleichmitteln und anderen alkalischen Substanzen.
Aufgrund seiner elastischen und adhäsiven Eigenschaften kehrt EPDM nach dem Dehnen unabhängig von der Temperatur in seine ursprüngliche Form zurück. EPDM ist nicht für Anwendungen mit Erdöl, Flüssigkeiten, chlorierten Kohlenwasserstoffen oder Kohlenwasserstofflösungsmitteln geeignet.
Viton
Viton ist ein langlebiges, leistungsstarkes, fluoriertes Kohlenwasserstoff-Kautschukprodukt, das hauptsächlich für O-Ringe und Dichtungen verwendet wird. Es ist zwar teurer als andere Kautschukmaterialien, aber die bevorzugte Option für besonders anspruchsvolle Dichtungsanforderungen.
Es ist beständig gegen Ozon, Oxidation und extreme Wetterbedingungen, einschließlich Materialien wie aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe, halogenierte Flüssigkeiten und stark saure Stoffe, und zählt damit zu den robusteren Fluorelastomeren.
Die Wahl des richtigen Dichtungsmaterials ist entscheidend für den Erfolg einer Anwendung. Obwohl viele Dichtungsmaterialien ähnlich sind, erfüllt jedes Material unterschiedliche Zwecke, um spezifischen Anforderungen gerecht zu werden.
Veröffentlichungsdatum: 12. Juli 2023