Tihendustehnika tõeline piir on põhimõtteliselt tihendusmehhanismide piir. Elastomeersed tihendid tuginevad peamiselt elastsele taastumisele pärast kokkusurumist, et tekitada esialgne tihendusjõud, ja keskmine rõhk võimendab kontaktpinget veelgi. Kui kokkusurumine muutub ülemääraseks ja materjal kaotab oma elastse mälu, tekib tihendustõrge. Seevastu tehnilistel plastidel, nagu PTFE, UHMWPE ja PEEK, on oma olemuselt nõrk elastsuse taastumine ning eriti PTFE-l on tugev külmvool või roome. Seetõttu ei toimi need materjalid "tagasivedrudes nagu kumm", vaid toetuvad tihendusvõime säilitamiseks geomeetrilisele disainile, eelpingele, rõhu aktiveerimisele, vedrudele või O-rõnga pingele. See määratleb mitte--elastomeeride tihendusmaterjalide põhipiiri: põhiküsimus ei ole materjali tugevus, vaid see, millist rolli see süsteemis mängib,-kas see tagab elastse kompensatsiooni või täidab selliseid funktsioone nagu madal hõõrdumine, kulumiskindlus, keemiline vastupidavus, ekstrusioonikindlus või koormus{8}}taluvus. Esimene kuulub elastomeeride hulka, teine aga selgitab, miks insenerplastid satuvad tihendusrakendustesse.
1. PTFE
PTFE-d ei tohiks mõista lihtsalt kui "kõrg{0}}plasti", vaid pigem materjalina, mis nihutab samaaegselt kolme peamist piiri: keemiline vastupidavus, temperatuuritaluvus ja madal hõõrdumine. Vastavalt AGC andmetele on selle tüüpiline töötemperatuuri vahemik ligikaudu -180 kraadist +260 kraadini ja see on keemiliselt inertne peaaegu kõigi kandjate suhtes. Parkeri andmed näitavad, et PTFE kuivlibisemise hõõrdetegur terase suhtes on umbes 0,10, mis on oluliselt madalam kui UHMWPE (umbes 0,25) ja neitsi PEEK (ligikaudu 0,35). See tähendab, et PTFE pikendab põhjalikult elastomeeripõhiste tihendite toimivuse ülemist piiri kõrgel temperatuuril, tugevalt söövitavas ja vähese hõõrdumisega dünaamilises keskkonnas.
Selle piirangud on aga sama olulised. Parker märgib, et puhtal PTFE-l on pideva koormuse korral isegi toatemperatuuril märgatav roome ja sellel peaaegu puudub elastne taastumine. Kuigi selle hõõrdumine on väga väike, on selle kulumiskindlus suhteliselt halb. Seetõttu ei ole PTFE käsitlemine kõrgtemperatuurse-kummina või elastomeersete O-rõngaste jäiga asendajana sobimatu. Levinud inseneriviga on segi ajada madal hõõrdumine usaldusväärse elastse tihendusvõimega. Praktilistes rakendustes kasutatakse PTFE-d seetõttu harva üksinda. Üks lähenemisviis on täiteaine muutmine, kasutades materjale, nagu klaaskiud, süsinikkiud, grafiit või pronks, et parandada roomamiskindlust, kulumiskindlust, survetugevust ja -ekstrusioonivastast võimet. Teine lähenemisviis on pingestatud tihendusstruktuuride kasutamine, nagu vedruga pingestatud tihendid või elastomeerpingega konstruktsioonid, kus vedrud või O-rõngad kompenseerivad madala rõhuga kokkupuudet ja pikaajalist deformatsiooni.
Tehnilisest vaatenurgast tuleks PTFE-d pidada materjaliks, mis rikub kandja ühilduvuse, temperatuuri ja hõõrdumise piire, mitte materjalina, mis tagab geomeetrilise või elastse kompensatsiooni. See sobib kõige paremini tingimustesse, kus domineerivad kõrge temperatuur, tugev keemiline kokkupuude või vähese hõõrdumisega dünaamiline liikumine-, samas kui see pole ideaalne, kui esmane nõue on vastavus suurele deformatsioonile või pikaajaline elastne taastumine.
2. UHMWPE
UHMWPE kujutab endast PTFE-ga võrreldes täiesti teistsugust materjalipiiri. Võttes näiteks Ensinger PE1000, iseloomustab UHMWPE äärmiselt kõrge löögikindlus, suurepärane kulumis- ja kulumiskindlus, tugev libisemiskäitumine ja suurepärane jõudlus madalal{2}}temperatuuril. Tüüpilised omadused hõlmavad tõmbemoodulit umbes 700 MPa, voolavuspiiri umbes 19 MPa ja kasutustemperatuuri vahemikus umbes -260 kraadi kuni +80 kraadi.
Selle materjali iseloom ei ole kõrge{0}}temperatuuri-kindel plastik, vaid kulumiskindel ja löögikindel-polümeer. Parkeri sõnul on UHMWPE üks tugevamaid ja kulumiskindlamaid materjale, kuid sellel on võrreldes PTFE-ga piiratum temperatuuri- ja keemilise vastupidavus ning see sobib paremini edasi-tagasi liikuvateks või väga aeglaseks libisemiseks ning suurema hõõrdeteguriga kui PTFE-l. Trelleborg positsioneerib UHMWPE peamiselt hüdrosilindrite juhtrõngaste ja kulumisrõngaste materjalina, kus see neelab külgkoormusi, juhib kolbe või vardaid ning takistab metallide -kontakti -metalliga.
Teisisõnu, UHMWPE on optimeeritud kulumiskindluse, juhiste, vastupidavuse madalal{0}}temperatuuril ja aeglase libisemise jaoks, selle asemel, et konkureerida PTFE-ga kõrgel temperatuuril või keemiliselt agressiivses keskkonnas. Levinud arusaamatus seisneb selles, et UHMWPE-d käsitletakse PTFE-le odava-alternatiivina, kuigi tegelikkuses on nende rollid põhimõtteliselt erinevad: PTFE on loodud äärmise keemilise vastupidavuse, kõrge temperatuuri ja ülimadala hõõrdumise jaoks, samas kui UHMWPE on mõeldud kulumiskindluse, löögikindluse ja madalal temperatuuril{5}}vastupidavuse tagamiseks.
3. PEEK
PEEK-il on tihendussüsteemides struktuursem roll. Victrexi andmetel pakub PEEK kõrget-temperatuuri, suurt keemilist vastupidavust, suurt mehaanilist tugevust, suurepärast mõõtmete stabiilsust, hüdrolüüsikindlust ja kulumiskindlust. Näiteks standardse 450G klassi tõmbemoodul on ligikaudu 4,0 GPa, tõmbetugevus ligikaudu 98 MPa ja pidev töötemperatuur kuni 260 kraadi.
See näitab selgelt, et PEEK ei ole mitte pehme{0}}kontakttihendusmaterjal, vaid suure-mooduliga struktuurpolümeer. Tihendusrakendustes kasutatakse seda peamiselt tugirõngaste, -ekstrusioonivastaste komponentide, juhtelementide ja koormust{5}}kandvate konstruktsiooniosade jaoks. Trelleborg klassifitseerib PEEK-i kõrge-mooduliga tehniliseks plastiks, mida kasutatakse juht- ja kulumisrakendustes, ning PEEK-ist valmistatud taga{8}}võrgad on spetsiaalselt loodud selleks, et vältida O-- või X--rõngaste väljapressimist kõrge rõhu all.
PEEKi väärtus seisneb rõhukindluse, pilu reguleerimise, kandevõime-ja mõõtmete stabiilsuse piiride laiendamises. PEEK ei ole siiski universaalne tihendusmaterjal. See ei sobi olukordades, mis nõuavad suurt deformatsioonivastavust või tolerantsi neeldumist ning selle hõõrdetegur on kõrgem kui PTFE-l. Seetõttu tuleks PEEK-i mõista eelkõige konstruktsiooni- ja ekstrusioonivastase-materjalina, mitte peamise tihenduselemendina.
4. PU (TPU)
Polüuretaani, mida tihendusrakendustes tavaliselt nimetatakse TPU-ks, peetakse hüdraulilise dünaamilise tihendamise standardmaterjaliks. Parker kirjeldab TPU-d kui kauaaegset-etalonainet vedelike toitesüsteemides tänu selle suurepärasele kulumiskindlusele, termilisele stabiilsusele, hüdrolüüsikindlusele, survekomplekti jõudlusele ja elastsele taastumisele. Covestro tõstab esile ka oma kõrget kulumiskindlust, laia paindlikkuse ulatust, suurt elastsust ning head vastupidavust õlidele ja teatud lahustitele.
See asetab TPU elastomeeride ja tehniliste plastide vahepealsesse asendisse. See säilitab elastsuse, parandades samal ajal oluliselt kulumisaega ja mehaanilist vastupidavust, muutes selle eriti tõhusaks kõrgrõhuga dünaamilistes hüdraulilistes rakendustes. Selle tõeline tugevus seisneb aga pigem dünaamilises hüdraulilises tihenduses kui universaalses keemilises vastupidavuses või staatilistes tihendustingimustes.
Peamine arusaamatus seisneb selles, et TPU-d käsitletakse ühtse materjalina, samas kui tegelikkuses sõltub selle keemiline vastupidavus suuresti koostisest, kõvadusest, temperatuurist, kontsentratsioonist ja kokkupuuteajast. Tugevad happed ja leelised võivad TPU-d lagundada, aromaatsed süsivesinikud põhjustavad turset, ketoonid ja estrid põhjustavad märkimisväärset paisumist ning lahustid, nagu DMF, DMSO, NMP ja THF, võivad seda lahustada. Temperatuuritaluvus varieerub ka koostise lõikes: MDI{2}}põhised süsteemid ulatuvad tavaliselt umbes 100 kraadini ja PPDI-põhised süsteemid ulatuvad ligikaudu 135 kraadini. Seetõttu ei ole PU määratletud ühe kindla piiriga, vaid süsteemist{7}}sõltuvate formuleerimispiiridega.
5. Tehniline piir elastomeeride ja tehniliste plastide vahel
Kui insenerplaste ja elastomeere vaadelda koos, võib põhipiiri mõista mitmel viisil. Elastomeerid vastutavad peamiselt tihendusjõu loomise eest elastse taastumise kaudu, samas kui tehnilised plastid, nagu PTFE, UHMWPE ja PEEK, ei tugine elastsele deformatsioonile, vaid laiendavad toimivuspiire madala hõõrdumise, kulumiskindluse, keemilise vastupidavuse, ekstrusioonikindluse ja mõõtmete stabiilsuse kaudu.
Nende funktsionaalsed rollid on selgelt eristatud: PTFE käsitleb peamiselt keemilisi, temperatuuri- ja hõõrdepiire; UHMWPE keskendub kulumiskindlusele, juhistele, madalal{0}}temperatuuril toimimisele ja aeglasele libisemisele; PEEK-i kasutatakse koormuse-kandevõime, -ekstrusioonivastase ja kõrgrõhuga konstruktsiooni stabiilsuse tagamiseks; ja PU on optimeeritud kulumiseaks dünaamilistes hüdraulilistes tingimustes. Praktikas ei ole parimad tihenduslahendused sageli mitte asendused, vaid hübriidsüsteemid. Näiteks võib O-rõngas pakkuda eelkoormust ja esialgset kontaktjõudu, samas kui PTFE-hülss vähendab hõõrdumist ja parandab keemilist vastupidavust ning PEEK-i või täidetud PTFE--tagurdusrõngas takistab surve all väljapressimist.
Kõige tavalisem tehniline viga on materjalide võrdlemine erinevate tihendusmehhanismide vahel. PTFE ei ole kõrgekvaliteediline-kumm, PEEK ei ole universaalne plast, UHMWPE ei ole PTFE odav versioon ja PU pole lihtsalt NBR-i kõvem versioon. Kui domineeriv rikkerežiim on õigesti tuvastatud, saab materjali piir selgeks.
