شیر توپی صندلی PEEK با محرک پنوماتیکی یا صندلی PCTFE برای کاربردهای با عملکرد بالا

دو دسته اصلی از پلیمرها برای نشیمنگاه‌های شیر توپی استفاده می‌شوند: PTFE (هم باکره و هم پر شده) و PEEK. اینها به دلایل مختلفی مواد محبوبی هستند، اما هر کدام کاربردهایی دارند که برای آنها بهتر سازگار شده‌اند.

شیرهای توپی

شیرهای توپی برای کنترل جریان آب، روغن، بخار، هوا، دوغاب و سیالات خورنده استفاده می‌شوند. آنها را می‌توان در سیستم‌های HVAC، فرآوری پتروشیمی، فرآوری مواد غذایی، سیستم‌های توزیع آب، سیستم‌های احتراق خودکار و کنترل ابزار دقیق یافت.

در حالی که قسمت‌های مختلفی در داخل یک شیر توپی وجود دارد (به عنوان مثال، ساقه، مهره ساقه، توپ، بدنه)، یکی از مهم‌ترین قسمت‌ها نشیمنگاه شیر توپی است. نشیمنگاه‌های شیر توپی دو کار اصلی دارند: توزیع یکنواخت تنش نشیمنگاه و دستیابی به یک مهر و موم محکم - و برای انجام این کار باید از مواد مناسب ساخته شوند.

ویژگی‌های کلیدی مواد نشیمنگاه شیر توپی

شش ویژگی مهم وجود دارد که هر ماده‌ای برای نشیمنگاه‌های شیر توپی باید داشته باشد:

• اصطکاک کم برای کاهش گشتاور ساقه
• مقاومت در برابر سایش عالی
• بازیابی تنش خوب
• کشش کافی برای حفظ یک مهر و موم محکم
• پایداری ابعادی
• سازگاری شیمیایی با مواد مورد استفاده

اگر شیرهای توپی در ارتباط با مواد غذایی، لبنیات یا کاربردهای دارویی استفاده شوند، ممکن است به موادی نیاز داشته باشند که مورد تایید FDA نیز باشند. و در حالی که انواع مختلفی از مواد پلیمری وجود دارد که می‌توان از آنها استفاده کرد، PTFE، PTFE پر شده و PEEK رایج‌ترین مواد مورد استفاده هستند.

ویژگی‌های مواد برای محیط‌های خشن

موارد دیگری نیز وجود دارد که باید در نظر گرفته شوند، که بسیاری از آنها به محیط عملیاتی بستگی دارد. این موارد می‌تواند شامل پایداری ابعادی و عملکرد قابل اعتماد در دماهای شدید (که ممکن است شامل برودتی باشد) و همچنین توانایی مقاومت در برابر روال‌های استریل‌سازی باشد که شامل آب گرم، بخار و/یا مواد تمیزکننده سوزاننده است. و اگر قرار گرفتن در معرض آب یا رطوبت طولانی مدت وجود داشته باشد، نشیمنگاه شیر توپی باید ضریب انبساط رطوبتی کمی داشته باشد. علاوه بر این، ممکن است نیاز به موادی باشد که مقاوم در برابر شعله، مقاوم در برابر آتش یا مناسب برای استفاده در محیط‌هایی با تشعشع باشند.

نشیمنگاه‌های شیر توپی PTFE

PTFE مدت‌هاست که یک انتخاب محبوب برای مواد نشیمنگاه شیر توپی بوده است و در گریدهای مورد تایید FDA موجود است. PTFE باکره کمترین ضریب اصطکاک را در بین هر ترموپلاستیک موجود دارد و گریدهای PTFE پر شده نیز با اصطکاک بسیار کم در دسترس هستند. این پلیمر همچنین قادر به خشک کار کردن است (و بنابراین نیازی به روان‌کننده ندارد) و هیچ رفتار چسبندگی-لغزشی از خود نشان نمی‌دهد.

PTFE مقاومت در برابر سایش عالی و بازیابی تنش خوبی را فراهم می‌کند که می‌تواند با انتخاب مناسب افزودنی‌ها افزایش یابد. این ماده به اندازه کافی شکل‌پذیری دارد تا یک مهر و موم خوب را حتی در حضور دماهای شدید و مواد بسیار خورنده فراهم کند. هم ضریب انبساط حرارتی کم و هم ضریب انبساط رطوبتی خوبی دارد و از نظر ابعادی پایدار است. همچنین در برابر آتش مقاوم، آبگریز و غیر خیس‌شونده است.

سازگاری شیمیایی و عملکرد در دمای بالای PTFE به این معنی است که با کاربردهایی که شامل بهداشت و استریل‌سازی می‌شوند، به خوبی کار می‌کند. علاوه بر این، سازگاری شیمیایی آن با طیف وسیعی از مواد به جز فلوئور و قلیاهای مایع به خوبی کار می‌کند. محدوده دمای عملیاتی آن شامل دماهای برودتی بین -429 درجه فارنهایت و 400 درجه فارنهایت است. با این حال، توجه داشته باشید که عملکرد دمایی PTFE باکره بسیار به فشار عملیاتی بستگی دارد.

از جمله معایب PTFE می‌توان به حساسیت آن به خزش سرد اشاره کرد، برای دماهای بیشتر از 5 کیلو پوند بر اینچ مربع مناسب نیست و به دلیل حداکثر دوز تشعشع در طول عمر 1×104 راد، عملکرد محدودی در حضور تشعشع دارد. همچنین در معرض مشکلاتی با کاهش فشار پس از تحت فشار قرار گرفتن زیاد است و نباید در معرض نوسانات دمایی بیش از 167 درجه فارنهایت قرار گیرد.

نشیمنگاه‌های شیر توپی PTFE پر شده

از نظر PTFE پر شده، بهترین ترکیبات، گرافیت کربن و پر شده با شیشه هستند. PTFE تقویت شده با گرافیت کربن زمانی انتخاب می‌شود که دما و فشارهای بالا بخشی از محیط عملیاتی عادی باشد. این ماده ویژگی‌های سایش بهتری را ارائه می‌دهد و نسبت به PTFE باکره کمتر مستعد خزش سرد است و در عین حال ضریب اصطکاک نسبتاً کمی را حفظ می‌کند.

PTFE پر شده با شیشه نیز بسیاری از جنبه‌های مثبت PTFE باکره را حفظ می‌کند و در عین حال مقاومت در برابر اکستروژن بهتر و ویژگی‌های سایش بهتری را ارائه می‌دهد. این ماده اغلب ماده نشیمنگاه شیر توپی انتخابی برای صنایع غذایی، لبنیات و دارویی است و همچنان ضریب اصطکاک نسبتاً کمی را حفظ می‌کند. با این حال، به دلیل الیاف شیشه، احتمال سایش بیشتر است و همچنین با مواد شیمیایی که برای حمله به شیشه شناخته شده‌اند، مانند اسید و مواد سوزاننده قوی، ناسازگار است. توجه داشته باشید که PTFE پر شده با شیشه در برابر آتش مقاوم است.

گزینه دیگر، PTFE تقویت شده با فولاد ضد زنگ است که از 50٪ PTFE و 50٪ پودر 316 SS تشکیل شده است. این گرید خاص از PTFE پر شده، محدوده دمای عملیاتی کمی بزرگتر از PTFE باکره (تا 550 درجه فارنهایت) را ارائه می‌دهد و می‌تواند فشارهای بسیار بالاتری را تحمل کند. عیب اصلی آن این است که ضریب اصطکاک آن به طور قابل توجهی بالاتر است که می‌تواند منجر به سایش سریع‌تر و گشتاور ساقه بالا شود. با این حال، در برابر آتش مقاوم است.

نشیمنگاه‌های شیر توپی PEEK

PEEK با PTFE اشتراکات زیادی دارد، از جمله محدوده دمایی گسترده از -70 درجه فارنهایت تا 600 درجه فارنهایت و سازگاری شیمیایی خوب. ضریب اصطکاک آن به اندازه PTFE کم نیست، اما در کاربردهایی که شامل دمای بالا و فشار هستند، عملکرد بسیار خوبی دارد. همچنین در برابر سایش مقاوم‌تر و از PTFE سخت‌تر است.

برخلاف PTFE، عملکرد عالی در هنگام قرار گرفتن در معرض تشعشع ارائه می‌دهد و آن را برای کاربردهای هسته‌ای بسیار مناسب می‌کند و در دماهای بسیار بالا که PTFE نمی‌تواند تحمل کند، بهتر عمل می‌کند و آن را به انتخابی عالی برای صنعت نفت و گاز تبدیل می‌کند. همچنین مقاوم در برابر شعله است.

PEEK به اندازه PTFE سازگاری شیمیایی ندارد و هرگز نباید در معرض اسید سولفوریک قرار گیرد یا در محیط‌های خورنده استفاده شود. با این حال، در شرایطی که شامل قرار گرفتن مداوم در معرض آب گرم و بخار و همچنین فشارهای خلاء فوق‌العاده بالا می‌شود، عملکرد خوبی دارد. علاوه بر این که به طور قابل توجهی سخت‌تر از PTFE است، PEEK در دماهای پایین‌تر رفتار شکننده‌ای از خود نشان می‌دهد.

نتیجه‌گیری

PTFE، PTFE پر شده و PEEK پلیمرهای عالی با عملکرد بالا برای نشیمنگاه‌های شیر توپی در طیف گسترده‌ای از کاربردها هستند.