Корзина
11 отзывов

Безасбестовые сальниковые набивки на основе углеродного и графитового волокон

Безасбестовые сальниковые набивки на основе углеродного и графитового волокон

Благодаря  применению новейших компонентов, которые  обеспечивают высокую надежность уплотняемых механизмов, безасбестовые сальниковые набивки на сегодня имеют широкий спектр применения в различных областях промышленности: нефтяной, газодобывающей, химической, машиностроительной, пищевой,  топливно-энергетическом комплексе и т.д.  Большинство оборудования, установленного на современных предприятиях, ориентированное на использование именно этих набивок. Также они обладают  лучшими  эксплуатационными характеристиками по сравнению с асбестосодержащими аналогами, что в сочетании с их экологичностью и простотой монтажа делает безасбестовые сальниковые набивки незаменимыми  при уплотнении промышленного оборудования.

Наиболее частые сферы применения: центробежные и поршневые насосы, уплотнение арматуры высокого давления (различные кольца  и прокладки).

Давайте рассмотрим более подробно, что же из себя представляют современные графитовые и углеродные сальниковые набивки.

Сравнение углеродных и графитовых набивок с позиции уплотнения

Достаточно сложно отличить сальниковую набивку, выполненную из углеродного волокна от набивки из графитового волокна или эластичного графита. Все эти набивки взаимозаменяемы, так как имеют подобные химические свойства и сопротивление высоким температурам. Но, при этом, между ними существуют отличия, каждый вид набивки имеет  свои преимущества и недостатки, что является определяющим  при использовании той или иной набивки.

Углеродные волокна, также как и графитовые, состоят практически  из чистого углерода, но с отличиями во внутренней структуре. Такие отличия возникают из-за разного уровня кристаллизации и типа термической обработки.

Что касается структуры, то графитовые волокна более схожи с кристаллическим графитом, характеризуются более высоким содержанием углерода (больше 95%) а углеродные волокна, в основном, состоят из аморфного углерода.

Графитовые и углеродные  волокна производятся из высокоуглеродного сырья, среди которого: полиакрилонитрил и нефтяной пек. После нагревания и формирования волокон, сырье подвергается пиролизу и карбонизации, позволяя получить углеродное волокно. Углеродное волокно, в свою очередь, подверженное  действию высокой температуры, свыше 2500 градусов, в вакуумной среде, и графитизации, преобразуется в графитовое волокно.

Рис.1. Виды графитовых и углеродных безасбестовых сальниковых набивок

1)      Набивка из эластичного графита для насосов GRA 450

2)      Набивка из графитовых нитей, оплетенной сеткой HTR

3)      Набивка из расширенного графита, пропитанного ПТФЕ

4)      Набивка из графита, усиленная по краям волокном GRAF

5)      Набивка из расширенного графита  ПТФЕ, инкорпорированная графитом

6)      Набивка из волокон ПТФЕ с добавлением колоидального графита

7)      Набивка из углеродных нитей, пропитанная ПТФЕ

8)    Набивка из углеродных нитей, пропитанная порошком К400

Углеродное волокно характеризуется отличной стойкостью, растяжением и сравнительно низкой себестоимостью. Уплотнения на основе  углеродного волокна, обычно, более твердые и стойкие к абразивным средам. Также они характеризуются высокой стойкостью при работе в условиях больших сжимающих нагрузок, с которыми пользователи сталкиваются при высоком давлении. Максимальная рабочая температура составляет 300 градусов, а при высшем качестве поверхности волокон 400 градусов.

Графитовые волокна характеризуются высокой прочностью и упругостью, имеют хорошие смазочные свойства, но не так подвержены стиранию, как углеродные волокна. Данный материал используется в уплотнении вращающегося вала, может работать  при температуре свыше 600 градусов и лучше распространяет тепло, выделяемое в процессе трения. Эти особенности указывают целесообразность использования графитового волокна в чистых средах и в условиях высоких оборотов вращения вала и уплотнения сердцевины вентиля в энергетической арматуре.

Рис.2 Технические характеристики часто используемых сальниковых набивок на основе терморасширенного графита и карбоновых/углеродных волокон

Герметичность материалов из углеродных волокон

Недостатком всех набивок, состоящих из волокнистых материалов является то, что не обеспечивают достаточную герметичность, а лишь ограничивают протекание. Для достижения максимальной герметичности, набивки пропитываются различными блокирующими средствами. К ним относятся  клейкие смазки и дисперсии, которые  можно использовать для заполнения щелей между волокнами, а также для улучшения смазочных материалов и свойств набивки.

В прошлом, типичными пропитками были воск, жир и различные  смазки и масла, которые использовались для улучшения  свойств асбеста, хлопка, льняных и конопляных волокон.

Сейчас  преимущественно используют эмульсию ПТФЭ, графитовую дисперсию или масла высокого качества, наличие которых находится в пределах 10-25%.

Дисперсия ПТФЭ – отличная пропитка, но при температурах до 300°С. При более высоких температурах  (более 370°с) полимер ПТФЭ может разлагаться и выделять вредные соединения фтора, а также способствовать коррозии элементов набивки. Эти проблемы решают пропитки на основе коллоидного или расслоившегося графита, который можно использовать при температуре до 450°С, а  восстановительной среде – практически без ограничений – до 2000°С.

Эластичный графит, как уплотнитель

Эластичный графит, который также называют расширенным графитом, производится из натурального хлопьеподобного графита, который характеризуется отличными смазывающими свойствами, но худшими уплотнительными свойствами. После расширения  и последующего сжатия, он преобразуется в мягкую однородную массу, из чего и возникло название - эластичный графит. Стойкий к воздействию химических веществ и высокой температуре, имеет очень низкий коэффициент трения и является лучшим проводником тепла, в сравнении с углеродными и графитовыми волокнами. Благодаря этому такой тип графита может использоваться при уплотнении клапанов, даже при ограниченной протечке и при отсутствии системы охлаждения.

 В связи с тем, что эластичный графит обладает низкой механической стойкостью, изготовление волокна либо пряжи из него, стандартными  методами является невозможным. Обычно это происходит путем прессования эластичного графита вокруг  небольшой связки укрепляющих волокон, что приводит к тому, что герметик наследует свойства, как эластичного графита, так и волокон, используемых при намотке. Обычно используются углеродные, графитовые, стеклянные или натуральные волокна. Для достижения максимальной стойкости к высокому давлению, к пряже добавляют проволоку или высокотемпературный сплав, как инконель, хромированная сталь или никелевый сплав.

Так как эластичный графит являются однородным  материалом с низкой проводимостью газо и жидкостей, по сути не требует дополнительных фиксирующих средств, но слишком большое  содержание укрепляющих волокон, может отрицательно сказаться на плотности и привести к необходимости применения пропитки. Чистый же графит – относительно крохкий материал, благодаря добавлению пропитывающего компонента может улучшить свои механические свойства, делая консистенцию графита лучшей, а это очень важно для качественного монтажа и эксплуатации уплотнения.

Сферы применения графитовых и углеродных сальниковых набивок

Как ранее упоминалось, сфера применения набивок из углеродистых и графитовых волокон выбирается в первую очередь, исходя из ограничений температуры для смазывающих средств, таких как ПТФЭ. Набивки из эластичного графита без добавления смазки могут работать при более высоких температурах (до 450 градусов) в щелочах и 550 градусов при паре. В нещелочной среде высококачественный графит практически не имеет температурных ограничений.

Рис.3 Пример мультифункционального использования углеродного волокна и графита в современной набивке GRT. Сердцевина набивки выполнена из однородного расширенного графита, который участвует в проводимости тепла из зоны трения, сохраняя эластичность и стойкость, благодаря усилению углеродными волокнами (темные точки на сердцевине). Добавление дисперсии колоидального графита к нитям плетения набивки, улучшает скользящие свойства и предотвращает затвердеваемость шнура.

 

Уплотнения из эластичного графита и графитовых волокон сохраняют химическое сопротивление в диапазоне 0-14ph. Единственным ограничением является сильно щелочная среда, такая как концентрат серной, фтористоводородной, азотной кислот, содержанием более 20% жидкий кислород и т.п. К сожалению, графит – анизотропный и поддающийся стиранию материал (отсюда его пропитывающие свойства), поэтому не рекомендуется применение этих набивок в абразивной, кристаллизационной средах или жидкостях, содержащих частицы. В таких ситуациях  рекомендуется применять набивки, уплотненные по краям материалом , стойким к стиранию.

Рис.4 Набивка предназначена для энергетической арматуры, выполнена из графитовых нитей, оплетенных металлической сеткой. Этот вид графитовой набивки, помимо высокого содержания металла, сохраняет эластичность, облегчает монтаж и предотвращает сдвиг при крайне высоком давлении. Уплотнения на основе металло-графитовых композитов вбирают в себя лучшие качества мягких уплотнений и прочность металлических уплотнений

Данные ограничения не касаются углеродных набивок, т.к. они больше поддаются химическому влиянию, но при этом они более устойчивы  к стиранию и оправдывают себя в дренажных системах.

Можно сказать, что пройден долгий путь от времен, когда основой уплотнений были органические волокна и асбест, и до момента, когда ставка делается на графит, высокоэффективные полимеры и арамидные волокна. Можно сказать что будущее сальниковых набивок видится в черных тонах, так как их основа-углерод и графит, форма же их-волокнистая, однородная, композитная. Вышеупомянутые материалы, на данный момент, интенсивно развиваются в области технических достижений, а также в области новых, более экономичных методов производства.

Пример мультифункционального использования углеродного волокна и графита в современной набивки GRT. Сердцевина набивки выполнена из однородного расширенного графита, участвует в проводимости тепла из зоны трения,  сохраняя эластичность и стойкость, благодаря усилению углеродными волокнами (темные точки на сердцевине). Добавление дисперсии колоидального графита к нитям плетения набивки, улучшает скользящие свойства и предотвращает затвердеваемость шнура.

Предыдущие статьи