книги из ГПНТБ / Райт П. Полиуретановые эластомеры

11.4. Прокладки и уплотнения

Широко используются полиуретаны для изготовления прокладок и уплотнений самого разного назначения. Уплотнения могут быть статическими, возвратно-поступательного действия или вращающимися: они могут использоваться в пневматических или гидравлических системах или как простые скреперные уплотнения для плоских поверхностей или валов. В связи с огромным разнообра­ зием уплотнений — кольцеобразных, фланцевых или простых прямо­ угольных — совершенно невозможно подробно описать все, так как для этого пришлось бы рассматривать все отрасли промышленности.

Мы укажем лишь на основные преимущества и недостатки ис­ пользования полиуретановых уплотнений и проиллюстрируем это несколькими конкретными примерами.

Экономические преимущества использования полиуретанов в качестве материала для уплотнений обусловлены повышенной изно­ состойкостью и пониженным коэффициентом трения. При давлении до 100 кгс/см2, уплотнения из нитрильного каучука оказываются вполне удовлетворительными, но при более высоком давлении это уплотнение приходится усиливать пластиком или тканью, иначе оно выдавливается. Более твердые виды полиуретана выдерживают без

зовались литьевые полиуретаны. Исключением были кольцеобразные уплотнения, где из-за специфичности формы применялись вальцуе­ мые марки; сейчас во многих случаях вместо вальцуемых исполь­ зуются термопластичные полиуретаны. U-образные уплотнения и манжеты небольших размеров также можно делать из термопластич­ ных полиуретанов без ухудшения свойств и со значительной эконо­ мией расходов при изготовлении. При использовании полиурета­ новых уплотнений в контакте с гидравлическими жидкостями основ­ ным недостатком является ограниченный диапазон допустимых тем­ ператур: так, при непрерывной эксплуатации верхний предел не должен превышать 70 °С Если масло имеет примесь воды или ис­ пользуется гидравлическая жидкость на водной основе, верхний пре­ дел снижается до 40 °С. Синтетические масла также разрушают поли­ уретаны. Эти ограничения, однако, не столь серьезны, как может показаться на первый взгляд, потому что существует множество примеров использования полиуретановых уплотнений, которые не выходят за указанные пределы. Очень важно, что действие гидравли­ ческой жидкости на полиуретан известно.

Хотя стойкость полиуретанов к истиранию при низких скоростях вращения исключительно высока, при высоких скоростях может наблюдаться преждевременное разрушение материала. Именно по

тации в тех же условиях, а с усиливающим кольцом может работать при давлении до 560 кгсісм2, что было бы совершенно невозможно при применении уплотнения из нитрильного каучука. Кроме того, полиуретановое уплотнение было сконструировано таким образом, что герметизирующая поверхность была относительно небольшой; благодаря этому, а также меньшему коэффициенту трения величина трения всего уплотнения снизилась: это облегчает проблемы, свя­ занные с «плотным замыканием» гидравлических затворов при низ­ ких давлениях. Усиливающие кольца изготовляются обычно из делрина.

В горнодобывающей промышленности полиуретановые уплотне­ ния используются также в регулирующих (распределительных) клапанах тормозных колодок, т. е. в узлах соединения нескольких кре­ пежных стоек. В этом случае уплотнение является одновременно и уплотнением выпускного клапана высокого давления. На поверх­ ность уплотнения при этом непрерывно действует быстро движущийся поток гидравлической жидкости, который сильно разрушает нитрильный каучук, в то время как более износостойкий полиуретан держится дольше.

При использовании полиуретановых уплотнений такого типа воз­ никает лишь одна проблема — связанная с гидравлическими жидко­ стями. Иногда гидравлическая жидкость представляет собой масляную эмульсию в воде, и эта система может быть очень щелочной. В таких случаях полиуретановые уплотнения неприменимы; строго говоря, в системах с полиуретановыми уплотнениями нужно использовать только рекомендованные жидкости. Эта же проблема характерна

идля уплотнений из нитрильного каучука, хотя и не в такой степени.

Вряде применений полиуретановые уплотнения удлиняют срок эксплуатации благодаря стойкости к высоким давлениям и износу: уплотнительные кольца гидравлических плунжеров в землеройных машинах; уплотнения для смазочных аппаратов с высоким давле­ нием всех систем, используемых в гаражах; большинство видов уплот­ нений статических и возвратно-поступательного действия для пневмо-

игидравлических систем, работающих под высоким давлением.

Гидравлические уплотнения из полиуретана очень эффективны для систем, эксплуатирующихся в загрязненной среде, например в землеройных машинах, где хорошая герметизация имеет большое значение, так как простой машин обходится очень дорого. Дольше, чем обычные, служат полиуретановые уплотнения и на самосвалах, что дает значительный экономический эффект.

Прочие области применения. Уплотнения и особенно другие элементы клапанов одновременно должны выдерживать действие потока жидкостей (иногда абразивных) и шламов. На рис. 11.8 показан клапан для системы, рабочей средой которой является абра­ зивный керамический шлам. На фотографии видна степень износа детали из закаленной стали после 50 ч работы и почти полное отсут­ ствие износа на детали из полиуретана, которая проработала 300 ч. Полиуретаны проявляют особую стойкость именно к такому типу

безмасляных компрессоров [7] . Для этих систем недавно была раз­ работана новая мембрана, благодаря которой вместо герметизации пространства, заполненного газом, герметизируется пространство, заполненное маслом, откуда допустима некоторая утечка (рис. 11.10). Полиуретановая мембрана не требует уси­ ления из ткани. Это одно из ее преимуществ, так как выяснилось, что такие армированные прокладки укорачивают срок службы мембраны.

Последний зависит от температуры,

иоб этом не следует забывать. Полиуретаны успешно используются

ив качестве сальниковых уплотнений благодаря их относительно низкому

11.5.Штамповка металлов

Вметаллообрабатывающей промышленности натураль­

ный каучук довольно долгое время использовался для гибки, вытяжки и формовки листового металла. Большая твердость, высокое сопро­ тивление раздиру и порезам, стойкость к маслам полиуретановых эластомеров позволили заменить ими натуральный каучук. Каучук в таких случаях используется под давлением и может рассматриваться как несжимаемая жидкость, т. е. он не меняет объема, но изменяет форму. Когда сжимающая нагрузка снимается, материал принимает свою первоначальную форму. При этом наиболее подходящими ока­ зываются материалы с более высоким модулем сжатия, при условии что они сохраняют эластичность. Полиуретаны как раз относятся к этой категории материалов, в то время как натуральный каучук с высокой твердостью в значительной мере теряет свою исходную эластичность, а также сопротивление порезам и раздиру.

Гибка. Принцип гибки металлических деталей с помощью рези­ нового блока показан на рис. 11.11. Обычно эта операция состоит в сгибании листового металла под углом или в дугу с помощью фасон­ ных матрицы и пуансона. Замена фасонной матрицы прямоугольным

На рис. І1.16 показаны штамповки с пробитыми отверстиями. Отверстия, пробитые на трубке из нержавеющей стали (а), отли­ чаются точными размерами; заусенцев нет ни на наружной, ни на внутренней поверхности. Однако при штамповке отожженного алю­ миния (б) на наружной поверхности детали могут быть заусенцы. Следы осевого сдвига, различимые на алюминиевом образце, указы­ вают на возможности применения этого метода обработки.

Преимущества использования полиуретановых деталей перед при* менением полностью металлического оборудования для пробивки и вырубки заключаются в весьма значительном снижении стоимости оборудования и меньших затратах времени на его изготовление. Кроме того, указанные операции можно объединить с неглубокой штамповкой в начале или в конце хода плунжера. Операцию формовки также можно объединить с пробивкой отверстий, расположенных точно по радиусу.

11.6.Горнодобывающая промышленность

икарьерные разработки

Вгорном деле и карьерных разработках широко ис­

пользуют полиуретан вместо обычного каучука или даже твердой стали. Эти применения связаны с транспортировкой абразивных шламов, состоящих из частиц относительно небольшого размера, например в шаровых и стержневых мельницах, флотационных уста­ новках, гидроциклонах и трубопроводах.

В шаровых и стержневых мельницах обычно использовалась съемная облицовка из марганцевой стали, но в последние годы пере­ шли на каучуковую. В зависимости от рабочих условий эта новая футеровкаможет служить в несколько раз дольше, чем из марган­ цевой стали, а_полиуретановая еще значительно дольше, чем из обыч­ ной резины. Дополнительное преимущество состоит в том, что поли­ уретан требует меньшей механической обработки, а также в том, что более твердые сорта могут служить конструкционным материалом без усиления металлом.

На флотационных установках крыльчатки, роторы, статоры и скребки делаются из стали, покрытой чаще всего обычными эласто­ мерами. В некоторых случаях можно использовать полиуретаны, при этом срок службы деталей увеличивается. Главные ограниче­ ния — температура, а также повышенная кислотность или щелоч­ ность шлама.

В гидроциклонах, используемых для разделения руды и глин, су­ ществует сильная образивная среда, и полиуретаны с успехом приме­ няются в этих условиях. Например, сравнивалась стойкость к истира­ нию облицовок для ловушки циклона (рис. 11.17) из различных мате­ риалов по отношению к мягкой стали [9]. В этот циклон диаметром 508 мм загружали смесь промежуточного продукта, сланцевой глины и магнитного железняка. На стенках ловушки образовывалась канавка от износа, и глубина ее была мерой износостойкости. Резуль-