W tym artykule omówimy podstawowe różnice między szczeliwem grafitowym i węglowym. Są one do siebie podobne, jednak posiadają różnice, które mają wpływ na ich zastosowanie.
Omawiane produkty znajdziesz w dziale USZCZELNIENIA TECHNICZNE tutaj: SZCZELIWO GRAFITOWE. Zapoznaj się także z pozostałymi rodzajami szczeliw i sznurów uszczelniających. Znajdziesz u nas szczeliwa PTFE, aramidowe, bawełniane, szklane i ceramiczne.
Porównanie szczeliw grafitowych ze szczeliwami węglowymi
Przez wzgląd na wygląd i czarny kolor, łatwo pomylić wypełnienia grafitowe z włóknami węglowymi. W rzeczywistości terminy włókno węglowe i włókno grafitowe są często używane zamiennie, nawet przez producentów pakunków. Oba produkty wykorzystywane są do produkcji szczeliw plecionych i oba charakteryzują się stosunkowo dobrymi właściwościami chemicznymi i temperaturowymi. Jednak są między nimi różnice, z których każda ma swoje wady i zalety.
Różnice i podobieństwa włókien węglowych i grafitowych
Zazwyczaj włókna węglowe mają doskonałą wytrzymałość i są znacznie tańsze w produkcji. Uszczelnienia na bazie włókna węglowego są twardsze niż grafit i bardziej odporne na media ścierne. Mają również zdolność do przenoszenia wyższych obciążeń ściskających, które są wymagane w przypadku zastosowań pod wysokim ciśnieniem.
Włókna grafitowe mogą zbliżyć się do wytrzymałości węgla. Mają lepszą smarowność i jako takie nie są tak odporne na ścieranie. Po uformowaniu w szczeliwo, które służy do uszczelniania obracających się wałów, grafit może działać przy wyższych prędkościach wału z mniejszymi wyciekami. Uszczelki z włókien grafitowych mają również lepszą przewodność cieplną niż włókna węglowe, co oznacza, że mogą lepiej rozpraszać generowane ciepło tarcia. Te właściwości sprawiają, że idealnie nadają się do czystych mediów, a także do dużych prędkości wału, takich jak pompy zasilające kotły.
Włókna węglowe i grafitowe składają się z węgla pierwiastkowego, ale mają wyraźne różnice charakterystyczne. Te różnice właściwości są spowodowane przede wszystkim surowcem, z którego wykonane są włókna oraz rodzajem i zakresem obróbki termicznej.
Historycznie jedną z głównych różnic jest to, że włókno grafitowe ma zazwyczaj zawartość węgla większą niż 95 procent. Włókna grafitowe są bardziej zbliżone do czystości i właściwości grafitu krystalicznego, podczas gdy węgiel jest znacznie mniej krystaliczny, dlatego często nazywany jest „amorficznym”. Bryła węgla i drobny diament są zbudowane z atomów węgla, ale ich struktura elementarna jest zupełnie inna. To sprawia, że są one cenne, ale z różnych powodów.
Zarówno włókna grafitowe, jak i węglowe są wytwarzane z jednego z trzech prekursorów lub surowców: włókien poliakrylonitrylowych (PAN), sztucznego jedwabiu lub włókien paku naftowego. Wszystkie trzy materiały są polimerami organicznymi w postaci włókien, które są podgrzewane, początkowo w niektórych przypadkach na powietrzu, a następnie ostatecznie do wysokich temperatur w piecach bez powietrza, aby zapobiec utlenianiu podczas przetwarzania. Ten proces nazywa się „karbonizacją”.
Po karbonizacji włókna grafitowe są ponownie podgrzewane do znacznie wyższych temperatur w celu zwiększenia krystaliczności, zawartości węgla i czystości. Włókna te w postaci przędzy są następnie poddawane różnym obróbkom, takim jak „zaklejanie” lub powlekanie.
Produkcja szczeliw grafitowych
Kiedy łączy się dużą liczbę włókien (zazwyczaj przez skręcanie ich razem), tworzą one przędze. Przędze są następnie powlekane określonymi środkami zaklejającymi, takimi jak PTFE i splatane w różne kształty i rozmiary. Rolą takiego wypełniacza jak PTFE jest działanie wspomagające splatanie oraz poprawiające końcową szczelność pakunku.
Wadą każdego opakowania z przędzy włóknistej jest to, że włókna nie uszczelniają całkowicie płynów - ograniczają jedynie przepływ. Dlatego aby zapewnić skuteczniejsze uszczelnienie, splecione wypełnienia z włókien węglowych/grafitowych są impregnowane „środkami blokującymi”. Odnosi się to do dowolnego kompatybilnego lepkiego środka smarnego, który można zastosować do wypełnienia pustych przestrzeni i wpłynąć na uszczelnienie między włóknami.
Środki impregnujące szczeliwa grafitowego i węglowego
Historycznie typowymi środkami blokującymi były smary, oleje i woski. Wykorzystano je do zapewnienia niezbędnych właściwości uszczelniających w wypełnieniach z azbestu, bawełny i lnu. Obecnie najpowszechniejszym środkiem blokującym do wypełnień z włókien węglowych/grafitowych jest koloidalna forma PTFE. Włókna węglowo-grafitowe są traktowane dyspergatorem PTFE, który skutecznie uszczelnia puste przestrzenie między włóknami. W niektórych opakowaniach z włókien węglowych/grafitowych zwykle znajduje się od 16 do 25 % PTFE.
PTFE jest skutecznym środkiem blokującym, z wyjątkiem dwóch pułapek. Po pierwsze, w przypadku stosowania na szybkoobrotowych wałach obrotowych, PTFE ma tendencję do spiekania się lub tworzenia twardego, podobnego do tworzywa sztucznego wewnętrznego obszaru pierścienia uszczelniającego, w którym styka się z wałem. To sprawia, że regulacja dławnicy jest trudna lub niemożliwa, co wymaga ewentualnej wymiany. Po drugie, może odpowiadać za przyspieszenie poważnej korozji wżerowej w wałach pomp oraz trzonkach zaworów.
Te wżery i korozja są najbardziej rozpowszechnione, gdy temperatury przekraczają 370 stopni C kiedy PTFE zaczyna się rozkładać. W wyniku rozkładu powstaje gazowy fluorowodór (HF). Gaz HF pod wpływem wilgoci tworzy bardzo żrący kwas fluorowodorowy.
UWAGA
Dlatego szczeliwa z włókna węglowego/grafitowego, zawierające PTFE, nie powinny być stosowane w temperaturach powyżej maksymalnej zalecanej dla PTFE.
Aby zniwelować te problemy, opracowano i zastosowano inne środki blokujące, takie jak grafit koloidalny. Większość z nich nie zawiera żadnych znaczących ilości związków halogenowych, więc mają mniejszą tendencję do powodowania wżerów lub pęknięć korozyjnych naprężeniowych.
Plecione szczeliwa grafitowe i z włókna węglowego są skutecznymi rozwiązaniami w wielu powszechnych zastosowaniach uszczelniających. W celu prawidłowego doboru i instalacji tych szczeliw w dowolnym zastosowaniu, zawsze najlepiej skonsultować się z producentem szczeliwa. My zachęcamy również do kontaktu z naszymi doradcami techniczno-handlowymi. Chętnie doradzimy wybór najbardziej odpowiedniego produktu, w oparciu o indywidualne potrzeby.
