Die Wahl des Dichtungsmaterials ist wichtig, da es die Qualität, Lebensdauer und Leistung einer Anwendung bestimmt und zukünftige Probleme reduziert. Hier sehen wir uns an, wie sich die Umgebung auf die Auswahl des Dichtungsmaterials auswirkt, sowie einige der gängigsten Materialien und ihre optimale Anwendungseignung.
Umweltfaktoren
Die Umgebung, der eine Dichtung ausgesetzt ist, ist entscheidend für die Auswahl von Design und Material. Dichtungsmaterialien müssen für alle Umgebungen eine Reihe wichtiger Eigenschaften aufweisen, darunter eine stabile Dichtfläche, Wärmeleitfähigkeit, chemische Beständigkeit und gute Verschleißfestigkeit.
In manchen Umgebungen müssen diese Eigenschaften stärker ausgeprägt sein als in anderen. Weitere Materialeigenschaften, die bei der Berücksichtigung der Umgebung berücksichtigt werden sollten, sind Härte, Steifigkeit, Wärmeausdehnung, Verschleiß und chemische Beständigkeit. Wenn Sie diese berücksichtigen, finden Sie das ideale Material für Ihre Dichtung.
Auch die Umgebung kann bestimmen, ob Kosten oder Qualität der Dichtung Priorität haben. In abrasiven und rauen Umgebungen können Dichtungen teurer sein, da die Materialien robust genug sein müssen, um diesen Bedingungen standzuhalten.
In solchen Umgebungen zahlt sich die Investition in eine hochwertige Dichtung mit der Zeit aus, da sie dazu beiträgt, kostspielige Abschaltungen, Reparaturen und Aufarbeitungen bzw. den Austausch der Dichtung zu vermeiden, die bei einer Dichtung minderer Qualität anfallen würden. Bei Pumpenanwendungen mit sehr sauberen Flüssigkeiten mit Schmiereigenschaften kann jedoch eine günstigere Dichtung anstelle hochwertigerer Lager erworben werden.
Gängige Dichtungsmaterialien
Kohlenstoff
Der in Dichtungsflächen verwendete Kohlenstoff ist eine Mischung aus amorphem Kohlenstoff und Graphit, wobei die jeweiligen Prozentsätze die physikalischen Eigenschaften der endgültigen Kohlenstoffqualität bestimmen. Es handelt sich um ein inertes, stabiles Material mit selbstschmierender Wirkung.
Es wird häufig als eine der beiden Stirnflächen in Gleitringdichtungen verwendet und ist auch ein beliebtes Material für segmentierte Umfangsdichtungen und Kolbenringe bei Trocken- oder geringer Schmierung. Dieses Kohlenstoff-Graphit-Gemisch kann auch mit anderen Materialien imprägniert werden, um ihm verschiedene Eigenschaften wie reduzierte Porosität, verbessertes Verschleißverhalten oder verbesserte Festigkeit zu verleihen.
Eine mit duroplastischem Harz imprägnierte Kohlenstoffdichtung ist die häufigste Dichtung für Gleitringdichtungen. Die meisten harzimprägnierten Kohlenstoffdichtungen sind für den Einsatz in einer Vielzahl von Chemikalien geeignet, von starken Basen bis hin zu starken Säuren. Sie verfügen außerdem über gute Reibungseigenschaften und einen ausreichenden Elastizitätsmodul zur Kontrolle von Druckverzerrungen. 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 Arzneimittelindustrie.
Antimonimprägnierte Kohlenstoffdichtungen haben sich aufgrund der Festigkeit und des Elastizitätsmoduls von Antimon ebenfalls bewährt und eignen sich daher gut für Hochdruckanwendungen, bei denen ein stärkeres und steiferes Material benötigt wird. Diese Dichtungen sind zudem widerstandsfähiger gegen Blasenbildung bei Anwendungen mit hochviskosen Flüssigkeiten oder leichten Kohlenwasserstoffen und stellen daher die Standardqualität für viele Raffinerieanwendungen dar.
Kohlenstoff kann auch mit Filmbildnern wie Fluoriden für Trockenlauf-, Kryotechnik- und Vakuumanwendungen oder mit Oxidationsinhibitoren wie Phosphaten für Hochtemperatur-, Hochgeschwindigkeits- und Turbinenanwendungen bis 800 Fuß/Sekunde und etwa 537 °C (1.000 °F) imprägniert werden.
Keramik
Keramik ist ein anorganischer, nichtmetallischer Werkstoff aus natürlichen oder synthetischen Verbindungen, meist Aluminiumoxid oder Aluminiumoxid. Keramik hat einen hohen Schmelzpunkt, eine hohe Härte, hohe Verschleißfestigkeit und Oxidationsbeständigkeit und wird daher häufig in Branchen wie Maschinenbau, Chemie, Erdöl, Pharmazie und Automobilindustrie eingesetzt.
Es verfügt außerdem über hervorragende dielektrische Eigenschaften und wird häufig für elektrische Isolatoren, verschleißfeste Komponenten, Schleifmittel und Hochtemperaturkomponenten verwendet. In hoher Reinheit weist Aluminiumoxid eine ausgezeichnete chemische Beständigkeit gegenüber den meisten Prozessflüssigkeiten mit Ausnahme einiger starker Säuren auf, weshalb es in vielen Gleitringdichtungen eingesetzt wird. Aluminiumoxid kann jedoch bei Temperaturschocks leicht brechen, was seinen Einsatz in einigen Anwendungen, in denen dies ein Problem darstellen könnte, einschränkt.
Siliziumkarbid wird durch die Verschmelzung von Kieselsäure und Koks hergestellt. Es ähnelt chemisch Keramik, verfügt jedoch über bessere Schmiereigenschaften und ist härter, was es zu einer robusten Lösung für raue Umgebungen macht.
Es kann auch nachgeläppt und poliert werden, sodass eine Dichtung im Laufe ihrer Lebensdauer mehrmals erneuert werden kann. Es wird im Allgemeinen eher mechanisch verwendet, beispielsweise in Gleitringdichtungen, da es eine gute chemische Korrosionsbeständigkeit, hohe Festigkeit, hohe Härte, gute Verschleißfestigkeit, einen geringen Reibungskoeffizienten und eine hohe Temperaturbeständigkeit aufweist.
Bei der Verwendung von Siliziumkarbid für Gleitringdichtungen verbessert sich die Leistung, die Lebensdauer der Dichtungen, die Wartungskosten und die Betriebskosten rotierender Anlagen wie Turbinen, Kompressoren und Kreiselpumpen. Siliziumkarbid kann je nach Herstellungsverfahren unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Reaktionsgebundenes Siliziumkarbid entsteht durch die Verbindung von Siliziumkarbidpartikeln in einem Reaktionsprozess.
Dieser Prozess beeinflusst die meisten physikalischen und thermischen Eigenschaften des Materials nicht wesentlich, schränkt jedoch dessen chemische Beständigkeit ein. Die häufigsten problematischen Chemikalien sind Ätzmittel (und andere Chemikalien mit hohem pH-Wert) und starke Säuren. Daher sollte reaktionsgebundenes Siliziumkarbid bei diesen Anwendungen nicht verwendet werden.
Selbstgesintertes Siliziumkarbid wird durch direktes Sintern von Siliziumkarbidpartikeln unter Verwendung nichtoxidischer Sinterhilfsmittel in einer inerten Umgebung bei Temperaturen über 2.000 °C hergestellt. Da kein Sekundärmaterial (wie Silizium) vorhanden ist, ist das direkt gesinterte Material chemisch beständig gegen nahezu alle Flüssigkeiten und Prozessbedingungen, die in einer Kreiselpumpe auftreten können.
Wolframkarbid ist wie Siliziumkarbid ein äußerst vielseitiges Material, eignet sich jedoch besser für Hochdruckanwendungen, da es eine höhere Elastizität aufweist, die eine sehr leichte Biegung ermöglicht und Oberflächenverzerrungen verhindert. Wie Siliziumkarbid kann es nachgeläppt und poliert werden.
Wolframkarbide werden meist als Hartmetalle hergestellt, sodass keine Bindung zwischen Wolframkarbid und sich selbst erfolgt. Ein Sekundärmetall wird hinzugefügt, um die Wolframkarbidpartikel zu binden oder zu verkleben. Das Ergebnis ist ein Material, das die kombinierten Eigenschaften von Wolframkarbid und Metallbinder aufweist.
Dies wurde zu einem Vorteil genutzt, da es eine höhere Zähigkeit und Schlagfestigkeit bietet, als dies mit Wolframkarbid allein möglich wäre. Eine der Schwächen von Wolframkarbid ist seine hohe Dichte. Früher wurde kobaltgebundenes Wolframkarbid verwendet, das jedoch aufgrund mangelnder chemischer Verträglichkeit für die Industrie allmählich durch nickelgebundenes Wolframkarbid ersetzt wurde.
Nickelgebundenes Wolframkarbid wird häufig für Dichtungsflächen verwendet, bei denen hohe Festigkeit und Zähigkeit gefragt sind. Seine gute chemische Verträglichkeit wird im Allgemeinen durch das freie Nickel eingeschränkt.
GFPTFE
GFPTFE weist eine gute chemische Beständigkeit auf, und das hinzugefügte Glas reduziert die Reibung der Dichtflächen. Es eignet sich ideal für relativ saubere Anwendungen und ist günstiger als andere Materialien. Es sind Untervarianten erhältlich, um die Dichtung besser an die Anforderungen und die Umgebung anzupassen und so ihre Gesamtleistung zu verbessern.
Buna
Buna (auch bekannt als Nitrilkautschuk) ist ein kostengünstiges Elastomer für O-Ringe, Dichtungen und Formteile. Es ist für seine mechanische Leistung bekannt und eignet sich gut für ölbasierte, petrochemische und chemische Anwendungen. Aufgrund seiner Unflexibilität wird es auch häufig für Rohöl, Wasser, verschiedene Alkohole, Silikonfette und Hydraulikflüssigkeiten verwendet.
Da Buna ein synthetisches Kautschukcopolymer ist, eignet es sich gut für Anwendungen, die Metallhaftung und abriebfestes Material erfordern. Dank seines chemischen Hintergrunds eignet es sich auch ideal für Dichtungsanwendungen. Darüber hinaus hält es niedrigen Temperaturen stand, da es eine geringe Säure- und Laugenbeständigkeit aufweist.
Buna ist nur begrenzt für Anwendungen mit extremen Einflüssen geeignet, beispielsweise bei hohen Temperaturen, Witterungseinflüssen, Sonneneinstrahlung und Dampfbeständigkeit. Zudem ist es nicht für CIP-Desinfektionsmittel (Clean-in-Place) geeignet, 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 verwendet wird. Es ist teurer als Buna, hält aber dank seiner dauerhaft hohen Zugfestigkeit einer Vielzahl von thermischen, witterungsbedingten und mechanischen Belastungen stand. Es ist vielseitig einsetzbar und ideal für Anwendungen mit Wasser, Chlor, Bleichmittel und anderen alkalischen Materialien.
Aufgrund seiner elastischen und haftenden Eigenschaften nimmt EPDM nach dem Dehnen unabhängig von der Temperatur seine ursprüngliche Form wieder an. EPDM wird nicht für Anwendungen mit Erdöl, Flüssigkeiten, chlorierten Kohlenwasserstoffen oder Kohlenwasserstofflösungsmitteln empfohlen.
Viton
Viton ist ein langlebiger, leistungsstarker Fluorkohlenwasserstoffkautschuk, der vor allem in O-Ringen und Dichtungen verwendet wird. Es ist zwar teurer als andere Gummimaterialien, wird aber für die anspruchsvollsten Dichtungsanforderungen bevorzugt.
Es ist beständig gegenüber Ozon, Oxidation und extremen Witterungsbedingungen, einschließlich Materialien wie aliphatischen und aromatischen Kohlenwasserstoffen, halogenierten Flüssigkeiten und stark säurehaltigen Materialien und zählt 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 und erfüllt spezifische Anforderungen.
Veröffentlichungszeit: 12. Juli 2023