Основными материалами, применяемыми для изготовления уплотнений, до настоящего времени остаются материалы на основе фторопласта. Уникальные свойства фторопласта – а именно химстойкость, теплостойкость, хладостойкость, пластичность, невысокая твердость, низкий коэффициент трения – обеспечили ему широкое применение в уплотнительной технике.
По-настоящему достойной замены ему не было, поскольку отсутствовали материалы с таким сочетанием свойств и невысокой стоимостью. Тем не менее этот, безусловно, уникальный материал, применяемый уже в течение более чем 50 лет, имеет известные недостатки: невысокую прочность, ограничивающую его применение при повышенных давлениях, высокую ползучесть, что не позволяет поддерживать надлежащий уровень контактных давлений без применения специальных методов, высокий коэффициент линейного расширения, низкую износостойкость. Поэтому существуют серьезные стимулы для разработки новых материалов, лишенных вышеперечисленных недостатков.
В ООО «Константа-2» на протяжении последних 10 лет ведутся разработки композиционных материалов, обладающих лучшим комплексом свойств. Безусловно, сложно получить материал, лишенный недостатков, поэтому была создана линейка отечественных композиционных материалов под брендом «Констафтор», включающая материалы для широкого диапазона условий эксплуатации. Разработанные композиции не уступают применяемым для конструирования и производства уплотнений за рубежом, а некоторые обладают уникальными характеристиками. Основой композиционных материалов являются как известные полимеры, такие как фторопласт Ф-4 (teflon) и его сополимеры Ф-2 (PVDF), Ф-3, Ф-4МБ (FEP), Ф-40 (ETFE), Ф-50 (PFA), сверхвысокомолекулярный полиэтилен (UHMWPE), полиамиды ПА6, ПА12, ПА66 (nylon), полисульфон (PSU), так и суперконструкционные пластики более поздней разработки: полифениленсульфид (PPS), ароматические полиамиды (PPA) и поликетоны (PEEK, PEK, PAEK).
Основные требования, предъявляемые к материалу уплотнения, как было выявлено в более ранних исследованиях [1, 2] – высокая прочность, позволяющая эксплуатацию при высоких давлениях, высокий модуль упругости и, соответственно, малая деформируемость под нагрузкой и низкая ползучесть, обеспечивающая неизменность деформации уплотнения во времени. Кроме того, материал уплотнения должен обладать низким коэффициентом трения, поскольку с увеличением условного прохода растет усилие, действующее на уплотнение, а отсюда и усилие на преодоление сил трения, необходимое для управления затвором.
Низкий коэффициент термического линейного расширения (КТЛР) обеспечивает согласованность работы уплотнения с материалом корпуса арматуры. Важнейшим показателем является твердость, определяющая показатели герметичности. Безусловно, важно отсутствие деградации во времени под воздействием внешней среды, которая зависит от физико-химических свойств материала.
Опираясь на эти требования, специалисты ООО «Константа-2» разработали материалы и технологию производства высоконаполненных фторопластов с аппретированными, дисперсными и волокнистыми наполнителями «Констафтор 400». Этот фторопласт сохраняет все преимущества, но имеет более высокий предел текучести при растяжении и сжатии и низкую ползучесть при нормальной и повышенных температурах, а также уникально низкий КТЛР – практически на порядок ниже, чем у фторопласта Ф-4. Соответственно, применять этот материал возможно при более высоких температурах и давлениях – его рабочие характеристики ограничены давлением 20 МП и температурой 200 ºС.
Материалы серии «Констафтор 1000» – композиты на основе термостойких высокопрочных термопластов, в которые, в зависимости от требуемых характеристик, в качестве добавок вводятся углеродные, стеклянные, полиэфирные, базальтовые волокна, фторопласт, графит и другие функциональные наполнители. Эти материалы предназначены для высоконагруженных уплотнений, работающих в сильно загрязненных средах, оказывающих абразивное воздействие, при температурах до 250 ºС и даже до 300 ºС, при давлениях до 150 МПа, а также при высокой концентрации агрессивных агентов.
ООО «Константа-2», опираясь на длительный опыт поставок и эксплуатации седел из фторопласта Ф-4 и композитов на его основе, учитывая его негативные свойства, главным из которых является высокая ползучесть над нагрузкой, особенно при повышенных температурах, предлагает для тестирования наш фирменный материал «Констафтор-С», разработанный специально для изготовления уплотнений шаровых кранов.
Оставаясь практически таким же эластичным как Ф-4, что позволяет наилучшим способом обеспечивать герметичность, он не уступает ему в химической стойкости, то есть может эксплуатироваться практически во всех коммерчески применяемых средах. Но в отличие от Ф-4 он имеет высокий предел текучести – 50 МПа вместо 10 МПа для Ф-4, – что позволяет применять его при давлениях до 50 МПа.
Очень важным преимуществом «Констафтора С» по отношению к фторопластовым композитам является высокая размерная стабильность, что позволяет использовать его в узлах повышенной точности.
Высокая технологичность и способность к рециклингу, а также невысокая стоимость обеспечивают ему существенные преимущества перед материалами на основе фторопласта Ф-4.
В таблице 1 представлены сравнительные данные серийно применяемых материалов и «Констафтора-С».
В таблице 2 представлены данные о химической стойкости материала «Констафтор-С» по отношению к внешней среде.
«Констафтор С» имеет несколько модификаций, которые различаются по содержанию наполнителей, физико-механическим свойствам и, следовательно, по стоимости. Это подразделение обусловлено необходимостью обеспечить рынок как материалами с оптимальными свойствами, так и максимально экономичными решениями.
В зависимости от этого материалы подразделяются на более дешевые (для уплотнений, используемых в комплектации наиболее экономичной трубопроводной арматуры, в частности, шаровых кранов для систем ЖКХ), а также более дорогие и, соответственно, более прочные (для ответственных узлов и более высоких температур), и, наконец, композиты, предназначенные для контакта с пищевыми продуктами.
1. Зерщиков, К. Ю. Полимерные уплотнения для экстремальных условий эксплуатации / К. Ю. Зерщиков, Ю. В. Семенов [и др.] // Трубопроводная арматура и оборудование. – 2007. – № 3 (30). – С. 55-56.
2. Зерщиков, К. Ю. Материалы серии «Констафтор» для уплотнений шаровых кранов / К. Ю. Зерщиков, Ю. В. Семенов, Е. К. Кузахметова // Арматуростроение. – 2014. – № 4 (91). – С. 52-56.
