Elastomer trong phớt cơ khí là gì

Trong lĩnh vực phớt cơ khí, chất đàn hồi là vật liệu polyme có đặc tính đàn hồi. Những vật liệu đa năng này được sử dụng trong nhiều thành phần phớt khác nhau, chẳng hạn như vòng chữ O, ống thổi và phớt thứ cấp, để tạo ra lớp bịt kín hiệu quả và ngăn ngừa rò rỉ chất lỏng.

Chất đàn hồi có những đặc tính độc đáo, bao gồm tính linh hoạt, khả năng phục hồi và khả năng chống lại hóa chất và nhiệt độ khắc nghiệt, khiến chúng trở nên không thể thiếu trong các ứng dụng công nghiệp đòi hỏi khắt khe. Việc lựa chọn chất đàn hồi phù hợp cho một phớt cơ khí cụ thể phụ thuộc vào các yếu tố như chất lỏng được bịt kín, nhiệt độ vận hành, áp suất và khả năng tương thích hóa học.

Elastomer trong phớt cơ khí là gì

Một chất đàn hồi là một thành phần quan trọng trong con dấu cơ khí, cung cấp khả năng bịt kín và linh hoạt trong nhiều ứng dụng. Elastomer là vật liệu polyme có đặc tính đàn hồi, cho phép chúng biến dạng dưới ứng suất và trở lại hình dạng ban đầu khi ứng suất biến mất. Trong thiết kế phớt cơ khí, elastomer thường được sử dụng làm phớt thứ cấp, chẳng hạn như vòng chữ O, miếng đệm và ống thổi, để ngăn rò rỉ và thích ứng với chuyển động của trục.

Một ứng dụng phổ biến của chất đàn hồi trong con dấu cơ khí là phớt ống thổi đàn hồi. Loại phớt này bao gồm một ống thổi đàn hồi đóng vai trò vừa là phớt thứ cấp vừa là phần tử lò xo, cung cấp độ linh hoạt theo trục và duy trì lực làm kín không đổi. Phớt ống thổi đàn hồi nhỏ gọn, dễ lắp đặt và có thể hoạt động độc lập với hướng quay, khiến chúng trở nên linh hoạt cho nhiều loại và kích cỡ bơm khác nhau.

Đặc điểm của chất đàn hồi

• Độ đàn hồi và tính linh hoạt: Elastomer có khả năng biến dạng dưới ứng suất và trở lại hình dạng ban đầu khi ứng suất biến mất. Độ đàn hồi này cho phép ống thổi elastomer và các thành phần phớt khác thích ứng với chuyển động trục, độ lệch và độ rung mà không ảnh hưởng đến chức năng phớt.
• Độ cứng Durometer: Độ cứng Durometer của một chất đàn hồi đề cập đến khả năng chống lại vết lõm và là thước đo độ cứng của nó. Chất đàn hồi mềm hơn cung cấp khả năng bịt kín tốt hơn trên các bề mặt không bằng phẳng, trong khi chất đàn hồi cứng hơn cung cấp khả năng chống mài mòn được cải thiện và phù hợp với các ứng dụng có áp suất cao hơn.
• Độ bền nén: Độ bền nén là khả năng của một chất đàn hồi duy trì lực bịt kín và trở lại hình dạng ban đầu sau khi chịu lực nén kéo dài. Chất đàn hồi có độ bền nén cao sẽ giảm thiểu nguy cơ hỏng phớt do biến dạng vĩnh viễn, đảm bảo hiệu suất bịt kín nhất quán trong thời gian dài.
• Độ bền kéo: Độ bền kéo là ứng suất tối đa mà một chất đàn hồi có thể chịu được trước khi bị đứt. Chất đàn hồi được sử dụng trong phớt cơ khí phải có đủ độ bền kéo để chống lại các lực tạo ra bởi áp suất chất lỏng bịt kín và tải trọng lò xo của cụm phớt.
• Độ giãn dài khi đứt: Độ giãn dài khi đứt là độ giãn dài tối đa mà một chất đàn hồi có thể trải qua trước khi đứt. Chất đàn hồi có độ giãn dài khi đứt cao có thể chịu được biến dạng đáng kể mà không bị hỏng, cung cấp biên độ an toàn trong trường hợp ứng suất hoặc chuyển động bất ngờ.
• Khả năng chống hóa chất: Chất đàn hồi được sử dụng trong phớt cơ khí phải chống lại sự phân hủy khi tiếp xúc với chất lỏng bịt kín và môi trường xung quanh.
• Khả năng chịu nhiệt: Phạm vi nhiệt độ hoạt động là một yếu tố quan trọng khác khi lựa chọn chất đàn hồi thích hợp cho phớt cơ khí. Chất đàn hồi phải duy trì các đặc tính và hiệu suất bịt kín của chúng trong phạm vi nhiệt độ dự kiến của ứng dụng.

Các loại chất đàn hồi được sử dụng trong phớt cơ khí

Nitrile (NBR)

Nitrile, còn được gọi là Buna-N, là một lựa chọn elastomer phổ biến cho phớt cơ khí do khả năng chống chịu tuyệt vời với dầu, nhiên liệu và các chất lỏng gốc hydrocarbon khác. Nó có khả năng chống mài mòn tốt và có thể chịu được nhiệt độ từ -30°C đến 110°C. NBR thường được sử dụng trong các ứng dụng liên quan đến các sản phẩm dầu mỏ, chẳng hạn như chất lỏng và chất bôi trơn ô tô.

Fluoroelastomer (FKM)

Fluoroelastomers, thường được gọi là Viton®, có khả năng chống hóa chất đặc biệt và có thể chịu được nhiệt độ cao lên đến 200°C. Chúng có khả năng chống lại nhiều loại hóa chất mạnh, bao gồm axit, bazơ và dung môi. FKM là lựa chọn lý tưởng cho phớt cơ khí trong các ngành công nghiệp chế biến hóa chất, dược phẩm và dầu khí.

Silicôn (VMQ)

Chất đàn hồi silicon được biết đến với độ ổn định nhiệt và độ linh hoạt tuyệt vời trong phạm vi nhiệt độ rộng, từ -60°C đến 230°C. Chúng có khả năng chống chịu tốt với ôzôn, bức xạ UV và thời tiết. Tuy nhiên, silicon có khả năng chống chịu hạn chế với dầu và dung môi. Nó thường được sử dụng trong thực phẩm và đồ uống, y tế và dược phẩm.

Ethylene Propylene Diene Monomer (EPDM)

EPDM là một loại elastomer đa năng có khả năng chống chịu nhiệt, ozon và thời tiết tuyệt vời. Nó có thể chịu được nhiệt độ từ -50°C đến 150°C và tương thích với nhiều loại chất lỏng, bao gồm nước, hơi nước và hóa chất nhẹ. EPDM thường được sử dụng trong các ứng dụng ô tô, HVAC và công nghiệp.

Perfluoroelastomer (FFKM)

Các chất đàn hồi perfluoro, chẳng hạn như Kalrez® và Chemraz®, là các chất đàn hồi có khả năng chống hóa chất tốt nhất hiện có. Chúng có thể chịu được nhiệt độ khắc nghiệt lên đến 327°C và tương thích với hầu như tất cả các loại hóa chất, bao gồm cả axit, bazơ và dung môi có tính ăn mòn cao. FFKM được sử dụng trong các ứng dụng quan trọng, nơi mà sự cố hỏng phớt có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng, chẳng hạn như trong sản xuất chất bán dẫn và xử lý hóa chất.

Polyurethane chống thủy phân (HPU)

Chất đàn hồi HPU được thiết kế đặc biệt để chống lại quá trình thủy phân, tức là sự phân hủy của chất đàn hồi do tiếp xúc với nước và nhiệt độ cao. Chúng có khả năng chống mài mòn tuyệt vời và có thể chịu được nhiệt độ lên tới 120°C. HPU thường được sử dụng trong phớt cơ khí cho máy bơm xử lý nước, nước thải và các dung dịch nước khác.

Ưu điểm của Elastomer

Hiệu suất niêm phong tuyệt vời

Chất đàn hồi được sử dụng trong phớt cơ khí cung cấp hiệu suất bịt kín tuyệt vời trong nhiều ứng dụng. Độ đàn hồi và tính linh hoạt của chúng cho phép chúng bám chặt vào bề mặt mà chúng bịt kín, tạo ra một rào cản chặt chẽ ngăn ngừa rò rỉ. Điều này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng động như máy bơm ly tâm, trong đó phớt phải thích ứng với chuyển động của trục trong khi vẫn duy trì độ kín đáng tin cậy.

Khả năng tương thích hóa học

Một lợi thế quan trọng khác của elastomer trong các ứng dụng bịt kín là khả năng chống hóa chất của chúng. Các hợp chất elastomer khác nhau được tạo thành để chịu được sự tiếp xúc với nhiều loại hóa chất, dung môi, dầu và các chất lỏng khác. Ví dụ, fluoroelastomer (FKM) thể hiện khả năng chống chịu tuyệt vời với nhiều loại hóa chất, nhiên liệu và dầu có tính ăn mòn, khiến chúng phù hợp để sử dụng trong các môi trường công nghiệp khắc nghiệt. Tương tự như vậy, elastomer EPDM có khả năng chống nước, hơi nước và nhiều dung môi phân cực tốt.

Khả năng chịu nhiệt

Các chất đàn hồi được sử dụng trong phớt cơ khí cũng có khả năng hoạt động trong phạm vi nhiệt độ rộng. Các hợp chất đàn hồi khác nhau có khả năng chịu nhiệt độ khác nhau, một số có thể chịu được nhiệt độ cực cao hoặc cực thấp. Ví dụ, các chất đàn hồi fluoro có thể chịu được nhiệt độ lên đến 200°C hoặc cao hơn, trong khi các chất đàn hồi silicon vẫn duy trì các đặc tính của chúng ở nhiệt độ thấp tới -60°C.

Khả năng chống mài mòn và mài mòn

Trong các ứng dụng liên quan đến vật liệu mài mòn hoặc hạt, chất đàn hồi cung cấp khả năng chống mài mòn và chống mài mòn tốt so với các vật liệu bịt kín khác. Bản chất đàn hồi của chất đàn hồi cho phép chúng hấp thụ tác động từ các hạt mài mòn mà không bị hư hỏng vĩnh viễn. Một số hợp chất chất đàn hồi, chẳng hạn như polyurethane chống thủy phân (HPU), được pha chế đặc biệt để tăng cường khả năng chống mài mòn.

Rung động và hấp thụ sốc

Các đặc tính giảm chấn vốn có của chất đàn hồi làm cho chúng trở nên tuyệt vời trong việc hấp thụ rung động và tải trọng va đập trong các hệ thống cơ khí. Trong các ứng dụng có độ rung cao hoặc lực tác động đột ngột, các thành phần đàn hồi trong phớt cơ khí giúp bảo vệ bề mặt phớt và các thành phần quan trọng khác khỏi bị hư hỏng. Chất đàn hồi hoạt động như một bộ đệm, phân tán năng lượng và giảm sự truyền rung động đến các mặt phớt.

Hiệu quả chi phí

Chất đàn hồi thường tiết kiệm chi phí hơn các vật liệu bịt kín chuyên dụng khác. Nguyên liệu thô và quy trình sản xuất chất đàn hồi thường ít tốn kém hơn so với hợp kim lạ hoặc gốm sứ tiên tiến. Ngoài ra, tính linh hoạt của chất đàn hồi cho phép chúng được sử dụng trong nhiều thiết kế và ứng dụng phớt cơ khí, giúp giảm nhu cầu về các giải pháp tùy chỉnh tốn kém.

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của Elastomer

Nhiệt độ hoạt động

Chất đàn hồi có giới hạn nhiệt độ cụ thể mà vượt quá giới hạn này, tính chất cơ học của chúng sẽ bị suy giảm. Ví dụ, nitrile (NBR) thích hợp cho nhiệt độ từ -30°C đến 110°C, trong khi fluoroelastomer (FKM) có thể chịu được nhiệt độ từ -20°C đến 200°C. Vượt quá phạm vi nhiệt độ khuyến nghị có thể khiến chất đàn hồi bị cứng, mềm hoặc phân hủy, làm giảm hiệu suất và tuổi thọ của phớt.

Khả năng tương thích hóa học

Chất đàn hồi phải chịu được môi trường hóa học mà không bị phồng, co lại hoặc phân hủy quá mức. Các chất đàn hồi khác nhau có khả năng chống lại nhiều loại hóa chất khác nhau:

• Nitrile (NBR): Chịu được dầu khoáng, mỡ và một số nhiên liệu
• Fluoroelastomer (FKM): Khả năng chống chịu tuyệt vời với hóa chất, dầu và dung môi mạnh
• EPDM: Khả năng chống lại xeton, rượu và dầu phanh tốt, nhưng khả năng chống lại dầu kém
• FFKM: Khả năng chống hóa chất vượt trội, chịu được nhiều loại hóa chất mạnh

Sự không tương thích giữa chất đàn hồi và môi trường có thể dẫn đến hỏng phớt và rò rỉ.

Áp lực

Áp suất cao có thể gây ra sự nén quá mức, làm giảm khả năng duy trì độ kín thích hợp của chất đàn hồi. Giới hạn áp suất phụ thuộc vào loại chất đàn hồi và thiết kế phớt. Ví dụ, phớt ống cao su có thiết kế nhỏ gọn có thể chịu được áp suất cao hơn so với vòng chữ O tiêu chuẩn.

Mài mòn và hao mòn

Trong các ứng dụng liên quan đến các hạt mài mòn hoặc phương tiện, chất đàn hồi phải thể hiện khả năng chống mài mòn tốt để ngăn ngừa mài mòn sớm. Chất đàn hồi cứng hơn, chẳng hạn như FKM hoặc FFKM, thường có khả năng chống mài mòn tốt hơn so với các vật liệu mềm hơn như silicone hoặc EPDM. Tuy nhiên, chất đàn hồi cứng hơn có thể làm giảm hiệu suất bịt kín trong các ứng dụng động đòi hỏi tính linh hoạt.

Tốc độ trục và độ lệch

Chất đàn hồi phải thích ứng với chuyển động trục và độ lệch tâm trong các ứng dụng bịt kín động. Tốc độ trục cao có thể sinh nhiệt và khiến chất đàn hồi bị mòn nhanh hơn. Độ lệch tâm trục quá mức hoặc không thẳng hàng có thể dẫn đến mòn không đều và rò rỉ. Chất đàn hồi có khả năng chống nén và độ đàn hồi tốt, chẳng hạn như FKM hoặc FFKM, phù hợp hơn cho các ứng dụng tốc độ cao. Thiết kế phớt phù hợp, chẳng hạn như kết hợp lò xo cuộn hoặc các lớp xoắn, có thể giúp bù cho chuyển động trục và duy trì hiệu quả bịt kín.