Van bóng ghế PEEK với máy điều khiển khí nén hoặc ghế PCTFE cho các ứng dụng hiệu suất cao

Có hai loại polyme chính được sử dụng cho đế van bi: PTFE (cả nguyên chất và có chất độn) và PEEK. Đây là những vật liệu phổ biến vì một số lý do, nhưng mỗi loại có các ứng dụng mà chúng thích ứng tốt hơn.

Van bi

Van bi được sử dụng để kiểm soát dòng chảy của nước, dầu, hơi nước, không khí, bùn và chất lỏng ăn mòn. Chúng có thể được tìm thấy trong các hệ thống HVAC, chế biến hóa dầu, chế biến thực phẩm, hệ thống phân phối nước, hệ thống đốt tự động và kiểm soát thiết bị.

Mặc dù có nhiều bộ phận khác nhau trong van bi (ví dụ: thân van, đai ốc thân van, bi, thân van), một trong những bộ phận quan trọng nhất là đế van bi. Đế van bi có hai công việc chính: phân phối ứng suất làm kín đồng đều và đạt được độ kín chắc chắn - và để thực hiện điều này, chúng phải được làm từ vật liệu phù hợp.

Các tính chất chính của vật liệu đế van bi

Có sáu tính chất quan trọng mà bất kỳ vật liệu nào cho đế van bi phải có:

• Ma sát thấp để giảm mô-men xoắn thân van
• Khả năng chống mài mòn tuyệt vời
• Khả năng phục hồi ứng suất tốt
• Độ đàn hồi đủ để duy trì độ kín chắc chắn
• Ổn định kích thước
• Tương thích hóa học với môi trường

Nếu van bi được sử dụng liên quan đến thực phẩm, sữa hoặc các ứng dụng dược phẩm, chúng cũng có thể yêu cầu các vật liệu được FDA chấp thuận. Và mặc dù có nhiều loại vật liệu polyme có thể được sử dụng, PTFE, PTFE có chất độn và PEEK là những loại được sử dụng phổ biến nhất.

Tính chất vật liệu cho môi trường khắc nghiệt

Cũng có những cân nhắc khác liên quan, với nhiều yếu tố phụ thuộc vào môi trường hoạt động. Chúng có thể bao gồm độ ổn định kích thước và hiệu suất đáng tin cậy ở nhiệt độ khắc nghiệt (có thể bao gồm nhiệt độ cực thấp) cũng như khả năng chịu được các quy trình khử trùng liên quan đến nước nóng, hơi nước và/hoặc vật liệu làm sạch ăn da. Và nếu có thời gian tiếp xúc kéo dài với nước hoặc độ ẩm, đế van bi phải có hệ số giãn nở hút ẩm thấp. Ngoài ra, có thể cần các vật liệu chống cháy, chịu lửa hoặc phù hợp để sử dụng trong môi trường có bức xạ.

Đế van bi PTFE

PTFE từ lâu đã là một lựa chọn phổ biến cho vật liệu đế van bi và có sẵn ở các loại được FDA chấp thuận. PTFE nguyên chất có hệ số ma sát thấp nhất trong số bất kỳ loại nhựa nhiệt dẻo nào hiện có và các loại PTFE có chất độn cũng có ma sát rất thấp. Polyme này cũng có khả năng chạy khô (và do đó không cần chất bôi trơn) và không có hiện tượng dính-trượt.

PTFE mang lại khả năng chống mài mòn tuyệt vời và khả năng phục hồi ứng suất tốt, có thể được tăng cường bằng cách lựa chọn chất phụ gia phù hợp. Nó có đủ độ dẻo để tạo ra một lớp đệm tốt, ngay cả khi có nhiệt độ khắc nghiệt và vật liệu ăn mòn cao. Nó có cả hệ số giãn nở nhiệt thấp và hệ số giãn nở hút ẩm tốt, làm cho nó ổn định về mặt kích thước. Nó cũng có khả năng chống cháy, kỵ nước và không thấm ướt

Khả năng tương thích hóa học và hiệu suất nhiệt độ cao của PTFE có nghĩa là nó hoạt động tốt với các ứng dụng liên quan đến vệ sinh và khử trùng. Ngoài ra, khả năng tương thích hóa học của nó hoạt động tốt với nhiều loại môi trường ngoại trừ flo và kiềm lỏng. Phạm vi nhiệt độ hoạt động của nó bao gồm nhiệt độ cực thấp từ -429°F đến 400°F. Tuy nhiên, lưu ý rằng hiệu suất nhiệt độ của PTFE nguyên chất phụ thuộc rất nhiều vào áp suất hoạt động.

Trong số những nhược điểm của PTFE là dễ bị biến dạng nguội, tốt nhất là ở nhiệt độ không quá 5 ksi và có hiệu suất hạn chế khi có bức xạ do liều bức xạ tối đa trong suốt vòng đời là 1×104 rad. Nó cũng dễ gặp các vấn đề về giảm áp suất sau khi chịu áp suất cao và không nên để nhiệt độ dao động lớn hơn 167°F.

Đế van bi PTFE có chất độn

Về PTFE có chất độn, các kết hợp thích ứng nhất là than chì cacbon và thủy tinh. PTFE gia cường than chì cacbon được chọn thay cho PTFE nguyên chất khi nhiệt độ và áp suất cao là một phần của môi trường hoạt động bình thường. Nó mang lại các đặc tính mài mòn tốt hơn và ít có khả năng bị biến dạng nguội hơn PTFE nguyên chất trong khi vẫn duy trì hệ số ma sát khá thấp.

PTFE có chất độn thủy tinh cũng giữ lại nhiều khía cạnh tích cực của PTFE nguyên chất trong khi mang lại khả năng chống đùn tốt hơn và các đặc tính mài mòn tốt hơn. Nó thường là vật liệu đế van bi được lựa chọn cho ngành thực phẩm, sữa và dược phẩm và vẫn duy trì hệ số ma sát khá thấp. Tuy nhiên, do các sợi thủy tinh, nó có nhiều khả năng bị mài mòn và cũng không tương thích với các hóa chất được biết là tấn công thủy tinh, chẳng hạn như axit và chất ăn da mạnh. Lưu ý rằng PTFE có chất độn thủy tinh có khả năng chống cháy.

Một lựa chọn khác là PTFE gia cường bằng thép không gỉ bao gồm 50% PTFE và 50% SS 316 dạng bột. Loại PTFE có chất độn đặc biệt này mang lại phạm vi nhiệt độ hoạt động lớn hơn một chút so với PTFE nguyên chất (lên đến 550°F) và có thể chịu được áp suất cao hơn nhiều. Nhược điểm chính của nó là hệ số ma sát cao hơn đáng kể, có thể dẫn đến mài mòn nhanh hơn và mô-men xoắn thân van cao. Tuy nhiên, nó có khả năng chống cháy.

Đế van bi PEEK

PEEK có nhiều điểm chung với PTFE, bao gồm phạm vi nhiệt độ rộng từ -70°F đến 600°F và khả năng tương thích hóa học tốt. Hệ số ma sát của nó không thấp bằng PTFE nhưng nó hoạt động cực kỳ tốt trong các ứng dụng liên quan đến nhiệt độ và áp suất cao. Nó cũng có khả năng chống mài mòn và bền hơn PTFE.

Không giống như PTFE, nó mang lại hiệu suất tuyệt vời khi tiếp xúc với bức xạ, làm cho nó thích ứng tốt với các ứng dụng hạt nhân và hoạt động tốt hơn ở nhiệt độ cực cao mà PTFE không thể xử lý, khiến nó trở thành một lựa chọn tuyệt vời cho ngành dầu khí. Nó cũng chống cháy.

PEEK không có phạm vi tương thích hóa học rộng như PTFE và không bao giờ được tiếp xúc với axit sulfuric hoặc sử dụng trong môi trường ăn mòn. Tuy nhiên, nó hoạt động tốt trong các tình huống liên quan đến việc tiếp xúc liên tục với nước nóng và hơi nước cũng như áp suất chân không cực cao. Ngoài việc cứng hơn đáng kể so với PTFE, PEEK thể hiện hành vi giòn ở nhiệt độ thấp hơn.

Kết luận

PTFE, PTFE có chất độn và PEEK là những polyme hiệu suất cao tuyệt vời cho đế van bi trong nhiều ứng dụng.