Triar el material per al segell és important, ja que influirà en la qualitat, la vida útil i el rendiment d'una aplicació, i en la reducció de problemes en el futur. Aquí, analitzem com afectarà el medi ambient la selecció del material del segell, així com alguns dels materials més comuns i per a quines aplicacions són més adequats.
Factors ambientals
L'entorn al qual estarà exposat un segell és crucial a l'hora de seleccionar el disseny i el material. Hi ha una sèrie de propietats clau que els materials de segellat necessiten per a tots els entorns, com ara la creació d'una cara de segellat estable, capaç de conduir la calor, resistent als productes químics i una bona resistència al desgast.
En alguns entorns, aquestes propietats hauran de ser més fortes que en d'altres. Altres propietats del material que s'han de tenir en compte a l'hora de considerar l'entorn inclouen la duresa, la rigidesa, l'expansió tèrmica, el desgast i la resistència química. Tenir-ho en compte us ajudarà a trobar el material ideal per al vostre segell.
L'entorn també pot determinar si es pot prioritzar el cost o la qualitat del segell. Per a entorns abrasius i durs, els segells poden ser més cars a causa que els materials han de ser prou resistents per suportar aquestes condicions.
Per a aquests entorns, gastar els diners en un segell d'alta qualitat s'amortitzarà amb el temps, ja que ajudarà a evitar les costoses aturades, reparacions i remodelacions o substitucions del segell que comportaria un segell de menor qualitat. Tanmateix, en aplicacions de bombament amb fluid molt net que tingui propietats lubricants, es podria comprar un segell més barat en favor de coixinets de més qualitat.
Materials de segellat comuns
Carboni
El carboni utilitzat en les cares de segellat és una barreja de carboni amorf i grafit, i els percentatges de cadascun determinen les propietats físiques del grau final de carboni. És un material inert i estable que pot ser autolubricant.
S'utilitza àmpliament com una de les parelles de cares finals en segells mecànics, i també és un material popular per a segells circumferencials segmentats i anells de pistó sota lubricació seca o petites quantitats. Aquesta barreja de carboni/grafit també es pot impregnar amb altres materials per donar-li diferents característiques com ara una porositat reduïda, un millor rendiment al desgast o una millor resistència.
Un segell de carboni impregnat de resina termoestable és el més comú per als segells mecànics, i la majoria dels carbonis impregnats de resina són capaços de funcionar en una àmplia gamma de productes químics, des de bases fortes fins a àcids forts. També tenen bones propietats de fricció i un mòdul adequat per ajudar a controlar les distorsions de pressió. Aquest material és adequat per a un servei general fins a 260 °C (500 °F) en aigua, refrigerants, combustibles, olis, solucions químiques lleugeres i aplicacions alimentàries i farmacèutiques.
Els segells de carboni impregnats d'antimoni també han demostrat ser eficaços a causa de la resistència i el mòdul de l'antimoni, cosa que els fa ideals per a aplicacions d'alta pressió quan es necessita un material més fort i rígid. Aquests segells també són més resistents a la formació de butllofes en aplicacions amb fluids d'alta viscositat o hidrocarburs lleugers, cosa que els converteix en el grau estàndard per a moltes aplicacions de refineria.
El carboni també es pot impregnar amb formadors de pel·lícula com ara fluorurs per a funcionament en sec, criogènia i aplicacions de buit, o inhibidors d'oxidació com ara fosfats per a aplicacions d'alta temperatura, alta velocitat i turbines fins a 800 peus/segon i al voltant de 537 °C (1.000 °F).
Ceràmica
Les ceràmiques són materials inorgànics no metàl·lics fets de compostos naturals o sintètics, els més comuns són òxid d'alúmina o alúmina. Té un punt de fusió elevat, una duresa elevada, una resistència al desgast i a l'oxidació elevada, per la qual cosa s'utilitza àmpliament en indústries com la maquinària, la química, el petroli, la farmacèutica i l'automoció.
També té excel·lents propietats dielèctriques i s'utilitza habitualment per a aïllants elèctrics, components resistents al desgast, mitjans de mòlta i components d'alta temperatura. En altes pureses, l'alúmina té una excel·lent resistència química a la majoria de fluids de procés, excepte alguns àcids forts, cosa que fa que s'utilitzi en moltes aplicacions de segellat mecànic. Tanmateix, l'alúmina es pot fracturar fàcilment sota xoc tèrmic, cosa que ha restringit el seu ús en algunes aplicacions on això podria ser un problema.
El carbur de silici es fabrica fusionant sílice i coc. És químicament similar a la ceràmica, però té millors qualitats de lubricació i és més dur, cosa que el converteix en una bona solució resistent per a entorns durs.
També es pot tornar a solapar i polir, de manera que un segell es pot restaurar diverses vegades al llarg de la seva vida útil. Generalment s'utilitza de manera més mecànica, com ara en segells mecànics, per la seva bona resistència a la corrosió química, alta resistència, alta duresa, bona resistència al desgast, baix coeficient de fricció i alta resistència a la temperatura.
Quan s'utilitza per a cares de segellat mecànic, el carbur de silici millora el rendiment, augmenta la vida útil del segellat, redueix els costos de manteniment i redueix els costos de funcionament dels equips rotatius com ara turbines, compressors i bombes centrífugues. El carbur de silici pot tenir diferents propietats segons com s'ha fabricat. El carbur de silici unit per reacció es forma unint partícules de carbur de silici entre si en un procés de reacció.
Aquest procés no afecta significativament la majoria de les propietats físiques i tèrmiques del material, però sí que limita la resistència química del material. Els productes químics més comuns que representen un problema són els càustics (i altres productes químics de pH alt) i els àcids forts, i per tant, el carbur de silici enllaçat per reacció no s'hauria d'utilitzar amb aquestes aplicacions.
El carbur de silici autosinteritzat es fabrica sinteritzant partícules de carbur de silici directament juntes utilitzant ajudes de sinterització sense òxid en un ambient inert a temperatures superiors a 2.000 °C. A causa de la manca d'un material secundari (com el silici), el material sinteritzat directament és químicament resistent a gairebé qualsevol fluid i condició de procés que es pugui veure en una bomba centrífuga.
El carbur de tungstè és un material molt versàtil com el carbur de silici, però és més adequat per a aplicacions d'alta pressió, ja que té una elasticitat més alta que li permet flexionar-se molt lleugerament i evitar la distorsió de la superfície. Com el carbur de silici, es pot tornar a lapar i polir.
Els carburs de tungstè es fabriquen majoritàriament com a carburs cimentats, de manera que no hi ha cap intent d'unir el carbur de tungstè a si mateix. S'afegeix un metall secundari per unir o cimentar les partícules de carbur de tungstè, donant com a resultat un material que té les propietats combinades del carbur de tungstè i de l'aglutinant metàl·lic.
Això s'ha utilitzat amb avantatge, ja que proporciona una major tenacitat i resistència a l'impacte que la possible amb el carbur de tungstè sol. Una de les debilitats del carbur de tungstè cimentat és la seva alta densitat. En el passat, s'utilitzava carbur de tungstè lligat al cobalt, però gradualment s'ha substituït pel carbur de tungstè lligat al níquel, ja que no té la gamma de compatibilitat química necessària per a la indústria.
El carbur de tungstè lligat a níquel s'utilitza àmpliament per a cares de segellat on es desitgen propietats d'alta resistència i tenacitat, i té una bona compatibilitat química generalment limitada pel níquel lliure.
GFPTFE
El GFPTFE té una bona resistència química i el vidre afegit redueix la fricció de les cares de segellat. És ideal per a aplicacions relativament netes i és més econòmic que altres materials. Hi ha subvariants disponibles per adaptar millor el segellat als requisits i a l'entorn, millorant el seu rendiment general.
Buna
La Buna (també coneguda com a cautxú de nitril) és un elastòmer rendible per a juntes tòriques, segelladors i productes emmotllats. És coneguda pel seu rendiment mecànic i té un bon rendiment en aplicacions a base de petroli, petroquímiques i químiques. També s'utilitza àmpliament per a aplicacions de petroli cru, aigua, diversos alcohols, greixos de silicona i fluids hidràulics a causa de la seva inflexibilitat.
Com que la Buna és un copolímer de cautxú sintètic, té un bon rendiment en aplicacions que requereixen adherència metàl·lica i un material resistent a l'abrasió, i aquest fons químic també la fa ideal per a aplicacions de segellador. A més, pot suportar baixes temperatures, ja que està dissenyada amb poca resistència als àcids i als àlcalis suaus.
La Buna està limitada en aplicacions amb factors extrems com ara altes temperatures, inclemències del temps, llum solar i resistència al vapor, i no és adequada amb agents desinfectants de neteja in situ (CIP) que continguin àcids i peròxids.
EPDM
L'EPDM és un cautxú sintètic que s'utilitza habitualment en aplicacions d'automoció, construcció i mecànica per a segells, juntes tòriques, tubs i volanderes. És més car que el Buna, però pot suportar una varietat de propietats tèrmiques, meteorològiques i mecàniques gràcies a la seva alta resistència a la tracció de llarga durada. És versàtil i ideal per a aplicacions que impliquen aigua, clor, lleixiu i altres materials alcalins.
A causa de les seves propietats elàstiques i adhesives, un cop estirat, l'EPDM torna a la seva forma original independentment de la temperatura. L'EPDM no es recomana per a aplicacions amb petroli, fluids, hidrocarburs clorats o dissolvents d'hidrocarburs.
Vitó
El vitó és un producte de cautxú d'hidrocarbur fluorat i de llarga durada i alt rendiment que s'utilitza més habitualment en juntes tòriques i segells. És més car que altres materials de cautxú, però és l'opció preferida per a les necessitats de segellat més exigents i desafiadores.
Resistent a l'ozó, l'oxidació i les condicions meteorològiques extremes, incloent-hi materials com ara hidrocarburs alifàtics i aromàtics, fluids halogenats i materials àcids forts, és un dels fluoroelastòmers més robustos.
Triar el material correcte per al segellat és important per a l'èxit d'una aplicació. Tot i que molts materials de segellat són similars, cadascun serveix per a diversos propòsits per satisfer qualsevol necessitat específica.
Data de publicació: 12 de juliol de 2023