Konstruktions-Materialien

Konstruktions-Materialien

In diesem Modul werden die Merkmale, Vor- und Nachteile der am häufigsten verwendeten Materialien beschrieben, die in den meisten Dichtungsvorrichtungen zu finden sind, seien es Dichtungen, Packungen, Kompensatoren oder Hydraulikkomponenten. Es ist wichtig, die Eigenschaften der einzelnen Bestandteile zu kennen, um ein besseres Verständnis für die Merkmale und Vorteile der endgültigen Dichtungsvorrichtung zu bekommen.

Basis-Elastomere und Gummi 

Gummi hat drei vorherrschende Eigenschaften:

  • Nicht komprimierbar – kann verformt, aber nicht im Volumen reduziert werden
  • Ausdehnbar – kann gedehnt werden
  • Undurchlässig – kann den Durchlass von Gasen durch das Material verhindern

Die gängigsten Elastomere und Kautschuke für Flüssigkeits-Dichtungs-Komponenten

Ethylen Propylen

Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer (EPDM) oder Ethylen-Propylen-Copolymer (EPM)

  • Beständig gegen tierische und pflanzliche Öle, starke und oxidierende Chemikalien und Ozon
  • Angegriffen durch Erdöl und Lösungsmittel sowie aromatische Kohlenwasserstoffe (z. B. Toluol, Benzol, Xylol usw.)
  • Ausgezeichnete Witterungseigenschaften, niedrige Temperaturbeständigkeit, geringe Luftdurchlässigkeit und gute Durchschlagsfestigkeit
  • Gute Klebeeigenschaften (Dehnungsfugen)
  • Temperaturgrenze: 149°C (300°F)

Fluoroelastomer

Hexafluorpropylen-Vinylidenfluorid (FKM oder FPM)

  • Die gebräuchlichsten Handelsmarken: DuPont VITON® und 3M FLUOREL®
  • Beständig gegen aliphatische, aromatische und halogenierte Kohlenwasserstoffe, Säuren, tierische und pflanzliche Öle
  • Wird von Ketonen, Estern mit niedrigem Molekulargewicht und nitrohaltigen Verbindungen angegriffen
  • Gute Witterungseigenschaften und Beständigkeit gegen hohe Temperaturen
  • Erhältlich in verschiedenen Typen und Qualitäten
  • Temperaturgrenze: 205°C (400°F)

Neopren

Chloropren (CR)

  • Beständig gegen mäßige Chemikalien, Säuren, Öle, Fette, Fette, viele Lösungsmittel und Ozon
  • Wird angegriffen von stark oxidierenden Säuren, Estern, Ketonen, chlorierten, aromatischen und Nitro-Kohlenwasserstoffen
  • Gute Witterungsbeständigkeit
  • Flammenhemmend

Naturgummi

Isopren

  • Im Allgemeinen beständig gegen die meisten mäßigen nassen oder trockenen Chemikalien, organische Säuren und Alkohole
  • Wird von starken Säuren, Fetten, Ölen, Schmiermitteln, den meisten Kohlenwasserstoffen und Ozon angegriffen
  • Ausgezeichnete physikalische Eigenschaften, einschließlich Abrieb- und Reißfestigkeit
  • Temperaturgrenze: 82°C (180°F)

Nitril oder Buna-N

Acrylnitril-Butadien (NBR)

  • Im Allgemeinen beständig gegen Fette, Öle, Fette und aliphatische Kohlenwasserstoffe
  • Nicht ozonbeständig
  • Wird von Ketonen, Estern, Aldehyden und aromatischen, chlorierten und Nitro-Kohlenwasserstoffen angegriffen

SBR oder Buna-S

Styrol-Butadien (SBR)

  • Die Flüssigkeitsverträglichkeit ist ähnlich wie bei "Natural"
  • Gute physikalische Eigenschaften

Chlorbutyl

Chlor-Isobutylen-Isopren

  • Generell beständig gegen tierische und pflanzliche Fette, starke und oxidierende Chemikalien
  • Widerstandsfähig gegen Ozon
  • Wird von Erdöllösungsmitteln, Kohle, Teerlösungsmitteln und aromatischen Kohlenwasserstoffen angegriffen
  • Gute Hitzebeständigkeit, Witterungsbeständigkeit und geringe Luftdurchlässigkeit
  • Standardelastomer für Garlock® Kompensatoren
  • Temperaturgrenze: 121°C (250°F)

HYPALON®

Chlor-Sulfonyl-Polyethylen

  • Ausgezeichnete Witterungsbeständigkeit - ideales Dehnfugenabdeckungsmaterial für Außenanwendungen
  • Kompatibel mit milden Säuren
  • HYPALON® ist eine eingetragene Marke von DuPont Elastomers
  • Temperaturgrenze: 121°C (250°F)

Fasern

Der Begriff "Faser" deckt ein sehr breites Spektrum an natürlichen und künstlichen Materialien ab. Auch in diesem Kurs werden nur die gebräuchlichsten Fasern, die in Dichtungsvorrichtungen verwendet werden, behandelt; sie sind alphabetisch nach Gattungsnamen aufgeführt.

Die gebräuchlichsten Fasermaterialien für Flüssigkeits-Dichtungs-Komponenten

Aramid

  • Organische Kunstfaser
  • Eingeführt von DuPont unter dem Handelsnamen KEVLAR® in den frühen 1970er Jahren
  • Gute Verschleißfestigkeit
  • Gute thermische und elektrische Isolationseigenschaften
  • Sehr hohe Zugfestigkeit, hoher Modulus und geringe Dichte
  • Beginnt sich zwischen 260°C (500°F) und 315°C (600°F) zu zersetzen, wobei bei 425°C (800°F) nur sehr wenig Aramid übrig bleibt.
  • Angreifbar durch konzentrierte heiße Säuren oder Laugen

Kohlenstoff / Carbon

  • Stabförmige Fasern mit verschiedenen Durchmessern und Längen
  • Hergestellt durch Pyrolyse (Wärmebehandlung) von Materialien mit unterschiedlichem Kohlenstoffgehalt (z. B. Rayon, Acrylnitrile, Pech usw.)
  • Gute Hitze- und Chemikalienbeständigkeit

Zellulose

  • Naturfasern; am häufigsten: Baumwolle und sogenannte "pflanzliche" Fasern
  • Leicht verfügbar in großen Mengen; niedriger Preis
  • Mäßige chemische und allgemeine Flüssigkeitsbeständigkeit
  • Im Allgemeinen nicht zur Verwendung bei über 121°C (250°F) empfohlen

Glasfaser

  • Ausgezeichnete Hitzebeständigkeit und nicht brennbar
  • Beginnt bei ca. 399°C (750°F) zu zerfallen
  • Nimmt keine Feuchtigkeit auf, verrottet nicht und zerfällt nicht
  • Beständig gegen Säuren, Öle, viele Lösungsmittel, Witterung und korrosive Dämpfe
  • Elektrischer Isolator
  • Wird in Kombination mit Aramidfasern zur Verstärkung von Garlock Kompensatoren verwendet

Graphit

  • Stabförmige Fasern mit verschiedenen Durchmessern und Längen
  • Hergestellt durch spezielle Wärmebehandlung von Kohlenstofffasern bei ca. 2800°C (5072°F)
  • Ausgezeichnete Hitze- und Chemikalienbeständigkeit
  • Vielseitig; die Beliebtheit in der Dichtungsindustrie nimmt weiter zu

Mineral/Gestein

  • Die Fasern sind aufgrund ihrer Metamorphose aus vulkanischem Gestein amorph und sehr homogen.
  • Nicht brennbar; chemisch inert
  • Widerstandsfähig gegen hohe Temperaturen; über 500°C (930°F)

NYLON®

Reifencord (Kompensatoren)

  • Künstlich hergestelltes Polyamid mit hoher Zugfestigkeit und guten Dehnungseigenschaften
  • Gute Beständigkeit gegen gängige Lösungsmittel, Kraftstoffe, Öle und Fette
  • Wird von starken Laugen (Ätzmitteln) und Säuren, Oxidationsmitteln, Phenol und Ameisensäure angegriffen
  • Temperaturgrenze: 121°C (250°F)

Polyester

  • Hochwertiges, synthetisches Material
  • In gesponnener Form hat Polyester eine sehr hohe Dichte und Fadenzahl, was es resistent gegen Permeation macht
  • Polyestergewebe gilt als das Standard-Verstärkungsmaterial in Garlock Kompensatoren

Andere Konstruktions-Materialien

Graphit, FEP und PTFE sind drei häufig verwendete Komponenten, die in diesem Modul separat kategorisiert werden.

Graphit

  • Eine der beiden kristallinen Formen des Elements Kohlenstoff (die andere ist Diamant); es gibt auch künstlich hergestellte/n Kohlenstoff, Graphit und Diamanten
  • Eines der stabilsten und chemisch beständigsten Materialien der Welt
  • Schmelzt nicht, sondern sublimiert; geht bei Temperaturen über 2980 °C (5400 °F) oder bei Sauerstoffoxidation über 450 °C (850 °F) vom festen in den gasförmigen Zustand über, wobei der flüssige Zustand umgangen wird
  • Hervorragender Wärme- und Stromleiter
  • Leicht erhältlich in verschiedenen Formen; mäßig teuer bis sehr teuer

Polytetrafluorethylen (PTFE)

  • Künstlich hergestellter Thermoplast, der in den späten 1940er oder frühen 1950er Jahren eingeführt wurde
  • Extrem gute chemische Inertheit und Beständigkeit gegen eine Vielzahl von Flüssigkeiten; nur wenige, sehr seltene Flüssigkeiten greifen es an
  • Widersteht einem breiten Temperaturbereich von -268°C (-450°F) bis 260°C (500°F)
  • Ein sehr niedriger statischer Reibungskoeffizient; sehr rutschig
  • Schlechter Wärmeleiter; guter Wärmeisolator
  • Hoher thermischer Ausdehnungskoeffizient; quillt bei Wärme stark auf
  • Fließen (Kriechen) bei relativ geringer Belastung, selbst bei Raumtemperatur (üblicherweise als "Kaltfluss" bezeichnet)
  • Kann leicht mit anderen Materialien gemischt werden, um seine Eigenschaften und Leistungsmerkmale zu verbessern
  • Leicht verfügbar zu mäßig hohen Preisen

FEP

Fluoriertes Ethylen-Propylen

  • Ähnliche chemische Beständigkeit wie bei PTFE
  • In Bezug auf Garlock® Produkte, die überwiegend als Auskleidungsmaterial in GUARDIAN® Dehnungsfugen verwendet werden
  • Temperaturgrenze: 232°C (450°F)

Metalle und Legierungen

Metall ist ein weiterer häufiger Bestandteil von Dichtungsvorrichtungen. In vielen Fällen werden Metallteile zur Verstärkung der nichtmetallischen Komponenten einer Dichtungsvorrichtung verwendet. Darüber hinaus kann das Metall das Hauptdichtungselement sein, wie z. B. bei einer doppelt ummantelten Dichtung. Daher ist ein allgemeines Verständnis der Eigenschaften und der Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit von Metallen wichtig.

Übliche Metalle für Dichtungskomponenten

Aluminum

  • Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit gegenüber Süß- und Salzwasser
  • Die empfohlene maximale Betriebstemperatur beträgt 472°C (800°F)

Messing

  • Kupferlegierung, die typischerweise mit nicht oxidierenden Säuren, Laugen und neutralen Salzlösungen verwendet wird
  • Die empfohlene maximale Betriebstemperatur beträgt 260°C (500°F).

Kohlenstoff-Stahl / Carbonstahl

  • Häufigstes Metall für doppelt ummantelte Dichtungen
  • Geringe Korrosionsbeständigkeit
  • Nicht empfohlen für Wasser oder verdünnte Säuren
  • Empfohlene maximale Betriebstemperatur von 540°C (1000°F)

Kupfer

  • Erfolgreicher Einsatz bei Essigsäure, Nitraten und vielen organischen Chemikalien
  • Empfohlene maximale Betriebstemperatur von 316°C (600°F)

HASTELLOY B®

  • Eingetragenes Warenzeichen von Haynes International
  • Korrosionsbeständige Legierung
  • Beständig gegen Salzsäure, Phosphorsäure, andere Halogensäuren und reduzierende Bedingungen
  • Empfohlene maximale Betriebstemperatur von 1090°C (2000°F)

HASTELLOY C®

  • Eingetragenes Warenzeichen von Haynes International
  • Legierung mit außergewöhnlicher Beständigkeit gegen schwere Oxidationsbedingungen in Salpetersäure, freiem Chlor und starken wässrigen und sauren Lösungen
  • Die empfohlene maximale Betriebstemperatur beträgt 1090°C (2000°F)

INCONEL®

  • Eingetragene Marke von Inco Alloys International, Inc.
  • Hervorragende Beständigkeit gegen Korrosion durch Halogengase und -verbindungen
  • Widersteht hohen Temperaturen; maximale Betriebstemperatur von 1090°C (2000°F)

MONEL®

  • Eingetragene Marke von Inco Alloys International, Inc.
  • Ausgezeichnete Beständigkeit gegen die meisten Säuren und Laugen, mit Ausnahme von extrem oxidierenden Säuren
  • Wird üblicherweise in Flusssäureanwendungen verwendet
  • Empfohlene maximale Betriebstemperatur von 820°C (1500°F)

Nickel

  • Beständig gegen ätzende Medien und Korrosion durch neutrales und destilliertes Wasser
  • Empfohlene maximale Betriebstemperatur von 760°C (1400°F)

Edelstahl Typ 304

  • Weit verbreitet für industrielle Abdichtungen
  • Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit
  • Empfohlene maximale Betriebstemperatur von 760°C (1400°F)

Edelstahl Typ 316L

  • Höhere Korrosionsbeständigkeit als SS Typ 304, aufgrund des zugesetzten Molybdäns
  • Empfohlene maximale Betriebstemperatur von 760°C (1400°F)

Edelstahl Typ 321

  • Ähnlich wie Edelstahl Typ 304, jedoch mit Titanzusatz
  • Weit verbreitet in korrosiven Hochtemperaturanwendungen
  • Empfohlene maximale Betriebstemperatur von 760°C (1400°F)

Edelstahl Typ 347

  • Ähnlich wie Edelstahl Typ 304, jedoch mit Zusatz von Kolumbium und Titan
  • Gute Leistung bei korrosiven Hochtemperaturanwendungen, bis 870°C (1600°F)

Edelstahl Typ 410

  • Martensitischer Edelstahl
  • Wärmebehandelbarer 12%iger Chromstahl
  • Gute Korrosionsbeständigkeit, hohe Festigkeit
  • Empfohlene maximale Betriebstemperatur von 650°C (1200°F)

Titan

  • Gute Beständigkeit gegen nasses Chlor und Chlordioxid
  • Nicht geeignet für trockenes Chlor
  • Empfohlene maximale Betriebstemperatur von 1090°C (2000°F)

Füllstoffe

Füllstoffe sind alle Materialien, die einem anderen Material hinzugefügt werden, um die Qualität zu verbessern, die Kosten zu senken oder beides. Leider hat der Begriff "Füllstoff" oft den Beigeschmack, dass er zur Verbilligung von Produkten verwendet wird. Im Gegensatz dazu können Füllstoffe sehr wichtige Bestandteile sein, wenn es darum geht, die physikalischen Eigenschaften und die chemische Beständigkeit zu verbessern, was zu effizienteren und wirksameren Dichtungsmitteln führt.

Füllstoffe können in Form von Pulvern, Fasern oder einer Kombination aus beidem vorliegen.

Gängige Füllstoffe für Dichtungskomponenten

Barium-Sulfat

  • Allgemein als "Baryt" bezeichnet
  • Natürlich und aus der Erde gewonnen oder synthetisch hergestellt
  • Gute Beständigkeit gegen fast alle Flüssigkeiten, mit Ausnahme von konzentrierter Schwefelsäure
  • Verwendung in Gummiprodukten, gepressten Dichtungen und GYLON® Style 3510

Carbon Black / Industrieruß

  • Gleiche Eigenschaften wie Kohlenstoff/Graphit
  • Nicht empfohlen für Temperaturen über 450°C (850°F) in oxidierender Atmosphäre oder für starke chemische Oxidationsmittel
  • Wird in einigen Gummiprodukten und komprimierten Dichtungen verwendet, um die Eigenschaften, wie z. B. die chemische Beständigkeit, zu verbessern

Keramik

  • Faserförmiges, aluminosilikathaltiges Füllmaterial
  • Wird im Allgemeinen für Hochtemperatur- und Niederdruckanwendungen verwendet, bei denen die Dichtheit nicht im Vordergrund steht
  • Verzahnt sich nicht und verdichtet sich nicht unter Druckbeanspruchung, im Gegensatz zu anderen asbestfreien Materialien
  • Wird in spiralförmig gewickelten Dichtungen verwendet
  • Hochtemperaturfähigkeit bis 1090°C (2000°F)

Flexibler Graphit

  • Wird in Bandform als Füllstoff in spiralgewickelten Dichtungen verwendet
  • Ausgezeichnete chemische Beständigkeit und Brandsicherheit
  • Temperaturbeständigkeit bis 510°C (950°F) je nach Sorte des flexiblen Graphits und Anwendung
  • Die Materialzusammensetzung, z.B. der Gehalt an auslaugbaren Halogenen, kann kontrolliert werden.
  • Ideal für nukleare Anwendungen

PTFE

  • Weit verbreitet in GYLON® und spiralgewickelten Dichtungen
  • Hohe chemische Beständigkeit, geringe Durchlässigkeit
  • Besonders erfolgreich in Kohlenwasserstoff-Alkylierungsanlagen in Raffinerien und in der Lebensmittelindustrie
  • Temperaturbegrenzung bei diesem Material; nicht brandsicher

Silizium

  • Natürliches Material (Sand)
  • Viele verschiedene Strukturen, alle mit ähnlichen Eigenschaften
  • Empfohlen für die meisten Flüssigkeiten außer anorganischen Fluoriden, wie Flusssäure, und starken Laugen

Fazit und Test

Damit ist der Kurs Garlock Konstruktions-Materialien abgeschlossen. Sie können mit dem Prüfungsteil fortfahren:

Garlock Fluid Sealing Basics: Konstruktions-Materialien Test