Uszczelki do wysokich temperatur – materiały od 200 do 1000°C

Od czego zależy odporność uszczelki na temperaturę

Granica temperatury nie jest jedną liczbą. Producenci podają zwykle temperaturę pracy ciągłej i wyższą temperaturę chwilową, a przy płytach uszczelkarskich także wykres ciśnienie–temperatura (p-T). Maksymalna temperatura i maksymalne ciśnienie nie występują jednocześnie: im goręcej, tym niższe dopuszczalne ciśnienie.

Znaczenie ma też medium i otoczenie. Ten sam materiał inaczej zachowuje się w suchym powietrzu, w parze wodnej, w oleju i w atmosferze beztlenowej. Grafit w powietrzu utlenia się w temperaturze, którą w gazie obojętnym znosi bez problemu, a elastomery szybciej starzeją się w gorącym powietrzu niż w zamkniętym układzie. Liczy się wreszcie grubość uszczelki – w wysokiej temperaturze cieńsza uszczelka zwykle pracuje stabilniej, bo mniej pełznie i słabiej traci docisk.

Elastomery: silikon i FKM do ok. 200 °C

Wśród gum najwyższe temperatury wytrzymują silikon (VMQ) i FKM, znany pod nazwą handlową Viton. Standardowe płyty silikonowe pracują orientacyjnie w zakresie od ok. −60 °C do ok. +200 °C, a krótkotrwale wyżej, zależnie od mieszanki. Silikon dobrze znosi gorące powietrze i nadaje się na uszczelki drzwi komór, suszarni, pieców piekarniczych i obudów urządzeń grzewczych. Słabo radzi sobie jednak z olejami, parą pod ciśnieniem i ścieraniem.

FKM pracuje w podobnym zakresie temperatur – orientacyjnie do ok. 200 °C – ale jest odporny na paliwa i oleje, dlatego wybiera się go tam, gdzie gorące medium jest jednocześnie węglowodorem. Ograniczeniem jest cena oraz słaba odporność na parę i niskie temperatury. Porównanie wszystkich gum znajdziesz w poradniku EPDM, NBR, FKM czy silikon – jaką gumę wybrać na uszczelkę.

Płyty włóknisto-elastomerowe i PTFE – zakres 200–400 °C

Klasyczne bezazbestowe płyty uszczelkarskie to włókna (aramidowe, szklane, węglowe lub mineralne) związane kauczukiem NBR albo SBR. To właśnie spoiwo elastomerowe wyznacza ich granicę temperatury – w wysokiej temperaturze stopniowo twardnieje, a uszczelka traci sprężystość. Dla płyt PLASTCAR temperatura pracy stałej wynosi 220–250 °C, w parze ok. 180–200 °C, a chwilowo, zależnie od gatunku, od 250 do 400 °C. Dla wysokich parametrów pary stosuje się płyty Klinger i Temac z wyższej półki – zawsze według wykresu p-T z karty konkretnej płyty.

PTFE nie zawiera elastomeru i jest odporny niemal na całą chemię, ale jego granicą jest ok. 260 °C, a pod obciążeniem płynie na zimno. Jako uszczelka wysokotemperaturowa sprawdza się więc w chemii, ale nie przy dużych naciskach i zmiennych temperaturach. Szczegóły opisaliśmy w poradniku o uszczelkach PTFE.

Grafit ekspandowany – do pary i kołnierzy powyżej 300 °C

Płyty z grafitu ekspandowanego nie mają spoiwa, które mogłoby się zestarzeć, dlatego pracują znacznie wyżej niż płyty z NBR. Dla płyty grafitowej zbrojonej perforowaną blachą ze stali 316L (PLASTCAR GWM) karta podaje pracę stałą do 450 °C i chwilowo do 550 °C. Wkładka metalowa usztywnia płytę i ułatwia montaż, a grafit dobrze wypełnia nierówności przylgi.

Granicą grafitu jest utlenianie. Na powietrzu, zwłaszcza gdy krawędź uszczelki jest odsłonięta, grafit powoli się wypala, więc w gorących spalinach i otwartych układach trzeba to uwzględnić. W parze i atmosferze beztlenowej grafit znosi wyższe temperatury, ale wtedy wiążąca jest karta producenta. Więcej w artykule Uszczelki grafitowe – do pary, wysokich temperatur i kołnierzy.

Mika i włókna ceramiczne – powyżej 500 °C

Tam, gdzie kończy się grafit, zaczynają się materiały mineralne. Płyty mikowe (na bazie flogopitu lub muskowitu, często z wkładką stalową) wytrzymują bardzo wysokie temperatury – na przykład KLINGER Milam PSS ma według producenta granicę ok. 900 °C. Ich słabością jest ciśnienie: mika uszczelnia przy niewielkim nadciśnieniu, więc stosuje się ją w kolektorach wydechowych, kanałach spalin, turbinach gazowych i palnikach, a nie w rurociągach wysokociśnieniowych.

Na drzwi pieców, włazy, klapy i połączenia obmurza używa się sznurów i taśm z włókien szklanych, krzemionkowych i glinokrzemianowych. Te ostatnie pracują orientacyjnie do ok. 1100 °C. Nie uszczelniają medium pod ciśnieniem, ale ograniczają przepływ gorących gazów i chronią konstrukcję przed przegrzaniem. Opisaliśmy je w poradniku Sznury i taśmy termoizolacyjne – szklane, ceramiczne, krzemionkowe.

Zestawienie materiałów wysokotemperaturowych

Wartości w tabeli są orientacyjne i dotyczą pracy ciągłej. Dokładna granica zależy od gatunku, medium, ciśnienia i grubości, dlatego przy doborze zawsze sprawdź kartę techniczną konkretnego materiału.

Przy najwyższych ciśnieniach i temperaturach w energetyce i petrochemii stosuje się też uszczelki spiralne z wypełnieniem grafitowym, które łączą metal z miękkim materiałem uszczelniającym.

Jak dobrać uszczelkę do wysokiej temperatury

• Zmierz temperaturę w miejscu uszczelki – kołnierz czy rama drzwiczek bywa wyraźnie chłodniejsza niż medium lub komora spalania, ale nie zawsze. Dobieraj materiał do realnej temperatury przylgi, z zapasem.
• Uwzględnij ciśnienie razem z temperaturą – sprawdź, czy punkt pracy mieści się w polu wykresu p-T płyty, a nie tylko pod jej maksymalną temperaturą.
• Określ medium i atmosferę – para, olej, spaliny i powietrze stawiają różne wymagania, a utlenianie ogranicza grafit.
• Weź pod uwagę cykle nagrzewania – częste nagrzewanie i chłodzenie sprzyja relaksacji docisku; pomaga cieńsza uszczelka i materiał o małym pełzaniu.
• Nie używaj ponownie – uszczelka po pracy w wysokiej temperaturze jest trwale odkształcona i nie nadaje się do ponownego montażu.

Najczęstsze przyczyny awarii uszczelnień, także termicznych, zebraliśmy w artykule Dlaczego uszczelka przecieka – 8 najczęstszych przyczyn.

Uszczelki wysokotemperaturowe na wymiar w PLASTCAR

W hurtowni PLASTCAR we Wrocławiu mamy ponad 50 rodzajów płyt, w tym płyty silikonowe, FKM, PTFE, płyty uszczelkarskie PLASTCAR, Klinger i Temac, na zamówienie płyty grafitowe, a także sznury termoizolacyjne i uszczelki spiralne. Uszczelki wycinamy nożem oscylacyjnym CNC według rysunku, pliku DXF lub wzoru – od jednej sztuki do serii. Napisz, jaka jest temperatura, ciśnienie i medium, a dobierzemy materiał i przygotujemy wycenę.