PEEK-stoelbalklep met pneumatische actuator of PCTFE-stoel voor toepassingen met hoge prestaties

Er zijn twee hoofdcategorieën van polymeren die worden gebruikt voor kogelafsluitzittingen: PTFE (zowel virgin als gevuld) en PEEK. Dit zijn populaire materialen om verschillende redenen, maar elk heeft toepassingen waarvoor ze beter geschikt zijn.

Kogelkranen

Kogelkranen worden gebruikt om de stroom van water, olie, stoom, lucht, slurries en corrosieve vloeistoffen te regelen. Ze zijn te vinden in HVAC-systemen, petrochemische verwerking, voedselverwerking, waterdistributiesystemen, automatische verbrandingssystemen en instrumentatiebesturing.

Hoewel er verschillende onderdelen in een kogelkraan zitten (bijv. steel, steelmoer, kogel, behuizing), is een van de belangrijkste onderdelen de kogelafsluitzitting. Kogelafsluitzittingen hebben twee hoofdtaken: de zittingsdruk gelijkmatig verdelen en een solide afdichting bereiken - en om dit te bereiken moeten ze van het juiste materiaal worden gemaakt.

Belangrijkste eigenschappen van materialen voor kogelafsluitzittingen

Er zijn zes kritische eigenschappen die elk materiaal voor kogelafsluitzittingen moet bezitten:

• Lage wrijving om het steeldraaimoment te verminderen
• Uitstekende slijtvastheid
• Goede spanningsherstel
• Voldoende elasticiteit om een solide afdichting te behouden
• Dimensionale stabiliteit
• Chemische compatibiliteit met de betrokken media

Als de kogelkranen worden gebruikt in combinatie met voedsel-, zuivel- of farmaceutische toepassingen, kunnen ze ook materialen vereisen die door de FDA zijn goedgekeurd. En hoewel er een verscheidenheid aan polymeermaterialen kan worden gebruikt, zijn PTFE, gevuld PTFE en PEEK de meest gebruikte.

Materiaaleigenschappen voor zware omgevingen

Er zijn ook andere overwegingen, waarvan vele afhankelijk zijn van de werkomgeving. Deze kunnen dimensionale stabiliteit en betrouwbare prestaties bij extreme temperaturen (waaronder cryogene temperaturen) omvatten, evenals het vermogen om sterilisatieroutines te weerstaan die heet water, stoom en/of bijtende reinigingsmaterialen omvatten. En als er langdurige blootstelling aan water of vochtigheid is, moet een kogelafsluitzitting een lage coëfficiënt van hygroscopische uitzetting hebben. Daarnaast kan er behoefte zijn aan materialen die vlamvertragend, brandwerend of geschikt zijn voor gebruik in omgevingen met straling.

PTFE-kogelafsluitzittingen

PTFE is al lange tijd een populaire keuze voor materialen voor kogelafsluitzittingen en is verkrijgbaar in door de FDA goedgekeurde kwaliteiten. Virgin PTFE heeft de laagste wrijvingscoëfficiënt van alle thermoplasten die er bestaan en gevulde PTFE-kwaliteiten zijn ook verkrijgbaar met een zeer lage wrijving. Dit polymeer is ook geschikt voor droogloop (en heeft dus geen smeermiddelen nodig) en vertoont geen stick-slipgedrag.

PTFE biedt uitstekende slijtvastheid en goed spanningsherstel, wat kan worden verbeterd door de juiste keuze van additieven. Het bezit voldoende ductiliteit om een goede afdichting te bieden, zelfs bij extreme temperaturen en zeer corrosieve materialen. Het heeft zowel een lage coëfficiënt van thermische uitzetting als een goede coëfficiënt van hygroscopische uitzettingen, waardoor het dimensionaal stabiel is. Het is ook brandwerend, hydrofoob en niet-bevochtigend

De chemische compatibiliteit en de prestaties bij hoge temperaturen van PTFE betekenen dat het goed werkt met toepassingen waarbij sanitatie en sterilisatie betrokken zijn. Bovendien werkt de chemische compatibiliteit goed met een breed scala aan media, met uitzondering van fluor en vloeibare alkaliën. Het bedrijfstemperatuurbereik omvat cryogene temperaturen tussen -429°F en 400°F. Houd er echter rekening mee dat de temperatuurprestaties van virgin PTFE sterk afhankelijk zijn van de werkdruk.

Een van de nadelen van PTFE is de gevoeligheid voor koude kruip, is het beste voor temperaturen van niet meer dan 5 ksi en heeft het beperkte prestaties in de aanwezigheid van straling vanwege een maximale levensduurstralingsdosis van 1×104 rads. Het is ook onderhevig aan problemen met decompressie nadat het onder hoge druk is gezet en mag niet worden blootgesteld aan temperatuurschommelingen van meer dan 167°F.

Gevulde PTFE-kogelafsluitzittingen

Wat betreft gevuld PTFE, zijn de best aangepaste combinaties koolstofgrafiet en glas gevuld. Koolstofgrafietversterkt PTFE wordt gekozen boven virgin PTFE wanneer hoge temperaturen en drukken deel uitmaken van de normale werkomgeving. Het biedt betere slijtage-eigenschappen en is minder gevoelig voor koude kruip dan virgin PTFE, terwijl het een vrij lage wrijvingscoëfficiënt behoudt.

Glasgevuld PTFE behoudt ook veel van de positieve aspecten van virgin PTFE en biedt tegelijkertijd een betere extrusiebestendigheid en betere slijtage-eigenschappen. Het is vaak het materiaal van keuze voor kogelafsluitzittingen voor de voedings-, zuivel- en farmaceutische industrie en behoudt nog steeds een vrij lage wrijvingscoëfficiënt. Vanwege de glasvezels is het echter waarschijnlijker dat het schurend is en is het ook niet compatibel met chemicaliën waarvan bekend is dat ze glas aantasten, zoals zuur en sterke logen. Merk op dat glasgevuld PTFE brandwerend is.

Een andere optie is roestvrij staalversterkt PTFE, bestaande uit 50% PTFE en 50% poedervormig 316 SS. Deze specifieke kwaliteit gevuld PTFE biedt een iets groter bedrijfstemperatuurbereik dan virgin PTFE (tot 550°F) en kan veel hogere drukken aan. Het belangrijkste nadeel is dat de wrijvingscoëfficiënt aanzienlijk hoger is, wat kan leiden tot snellere slijtage en een hoog steeldraaimoment. Het is echter brandwerend.

PEEK-kogelafsluitzittingen

PEEK heeft veel gemeen met PTFE, waaronder een uitgebreid temperatuurbereik van -70°F tot 600°F en een goede chemische compatibiliteit. De wrijvingscoëfficiënt is niet zo laag als PTFE, maar het presteert extreem goed in toepassingen waarbij hoge temperaturen en drukken betrokken zijn. Het is ook slijtvaster en taaier dan PTFE.

In tegenstelling tot PTFE biedt het uitstekende prestaties bij blootstelling aan straling, waardoor het goed is aangepast voor nucleaire toepassingen, en werkt het beter bij extreem hoge temperaturen die PTFE niet aankan, waardoor het een uitstekende keuze is voor de olie- en gasindustrie. Het is ook vlamvertragend.

PEEK heeft niet helemaal het bereik van chemische compatibiliteit als PTFE en mag nooit worden blootgesteld aan zwavelzuur of worden gebruikt in corrosieve omgevingen. Het presteert echter goed in situaties waarbij continue blootstelling aan heet water en stoom, evenals ultra-hoogvacuümdrukken, betrokken zijn. Naast dat het aanzienlijk harder is dan PTFE, vertoont PEEK broos gedrag bij lagere temperaturen.

Conclusie

PTFE, gevuld PTFE en PEEK zijn uitstekende hoogwaardige polymeren voor kogelafsluitzittingen in een breed scala aan toepassingen.