PEEK VS PTFE: конкурс высокотемпературных уплотнительных материалов

PEEK (полиэфирэфиркетон) и PTFE (политетрафторэтилен) — два широко используемых высокотемпературных уплотнительных материала. Каждый из них имеет уникальные преимущества и ограничения в производительности и подходит для различных сценариев эксплуатации. Следующий сравнительный анализ фокусируется на ключевых аспектах производительности и суммирует их применимые области применения:

Обработанные детали из PEEK

I. Сравнение производительности ядра

1. Устойчивость к высоким температурам

PEEK: Длительная рабочая температура достигает 250°C, а кратковременное сопротивление может достигать 310°C. Его температура теплового прогиба (HDT, 1,8 МПа) составляет около 315°С, а сохранение механических свойств остается высоким при высоких температурах (предел прочности при 200°С составляет более 80%).

ПТФЭ: Длительная рабочая температура составляет около 260°C, но он легко размягчается при высоких температурах (>200°C). Его температура теплового отклонения составляет всего 120°С (1,8 МПа), а механические свойства значительно снижаются с повышением температуры (предел прочности при 200°С составляет всего 30% от комнатной температуры).

Вывод: хотя оба материала обладают одинаковой долговременной термостойкостью, PEEK обеспечивает превосходную механическую стабильность при высоких температурах, что делает его пригодным для применения в условиях высоких температур, высокого давления и несущих нагрузок.

2. Механические свойства

PEEK: отличные общие механические свойства, предел прочности на разрыв 90–100 МПа, модуль упругости 3,6 ГПа, сильное сопротивление ползучести (деформация ползучести <1% при 200°C/1000 часов) и низкая остаточная деформация при сжатии (примерно 15 % деформации после 50 % сжатия при 200 °C/22 часа).

ПТФЭ: мягкий материал с пределом прочности всего 20–25 МПа и модулем упругости 0,5 ГПа, плохим сопротивлением ползучести (деформация ползучести > 10 % при 250 °C/1000 часов) и высокой остаточной деформацией при сжатии (примерно 30 % деформации после 50 % сжатия при 25 °C/24 часа, более серьезной при высоких температурах).

Вывод: жесткость, устойчивость к деформации и несущая способность PEEK намного превосходят показатели ПТФЭ, что делает его пригодным для высокоточных уплотнений, работающих под высоким давлением. ПТФЭ требует модификации (например, стекловолокном или углеволокном) для повышения его прочности (прочность может достигать 40-50 МПа после наполнения), но все же слабее, чем ПЭЭК.

3. Химическая стабильность.

PEEK: устойчив к большинству органических растворителей (таких как спирты и углеводороды), маслам, слабым кислотам и основаниям, но подвержен коррозии под действием высокополярных растворителей (таких как концентрированная серная кислота и азотная кислота) или высокотемпературных галогенов (таких как расплавленная сера).

ПТФЭ: почти не реагирует со всеми химическими веществами (кроме расплавленных щелочных металлов и элементарного фтора), его коррозионная стойкость к сильным кислотам (царская водка), сильным основаниям и органическим растворителям делает его «королем пластмасс».

Вывод: химическая стойкость ПТФЭ превосходит PEEK по всем показателям, что делает его пригодным для сред с высокоагрессивными средами.

4. Сопротивление трению и износу.

PEEK: Коэффициент трения составляет примерно 0,3 (без смазки), который можно уменьшить до 0,15 за счет наполнения ПТФЭ или графитом. Оно обладает превосходной износостойкостью и подходит для смазываемых динамических уплотнений.

ПТФЭ: отличная самосмазывающаяся часть (коэффициент трения 0,04 без смазки), однако чистый ПТФЭ подвержен хладотекучему износу. Наполнение повышает износостойкость, что делает его пригодным для применения на низких скоростях, без смазки или с граничной смазкой.

Вывод: Чистый ПТФЭ имеет более низкий коэффициент трения, но склонен к износу; PEEK обладает лучшей износостойкостью и подходит для герметизации сред со средними и высокими скоростями или абразивными частицами.

5. Обработка и стоимость

PEEK: Для переработки требуется высокотемпературное оборудование (температура впрыска 360-400°C), что приводит к сложным процессам и высоким затратам на сырье.

ПТФЭ: легко обрабатывается (формование и прессование), с контролируемой усадкой и низкими затратами на сырье.

AHD стержень из ПТФЭ

Ⅱ. Краткое описание преимуществ

Размеры производительности	Преимущества уплотнения PEEK	Преимущества уплотнений из ПТФЭ
Устойчивость к высоким температурам и высокому давлению	Превосходная механическая стабильность при высоких температурах, включая сопротивление ползучести и остаточной деформации при сжатии.	Немного более высокий верхний температурный предел для длительной стойкости, но значительное размягчение при высоких температурах.
Механические свойства	Высокая прочность, высокая жесткость и высокая несущая способность.	Требует модификации наполнителя; чистый материал относительно мягкий
Химическая коррозия	Устойчив к большинству распространенных сред	Устойчив практически к любой химической коррозии (кроме расплавленных щелочных металлов и т. д.).
Сопротивление трению и износу	После наполнения он обладает превосходной износостойкостью, что делает его пригодным для динамического уплотнения.	Оно обладает превосходными самосмазывающимися свойствами, что делает его особенно подходящим для низкоскоростных применений без смазки.
Расходы	Высокий	Низкий

Стержень AHD из натурального PEEK

III. Сравнение приложений

Типичные области применения уплотнений из PEEK

Применение при высоких температурах и высоких давлениях: нефтехимия (например, устьевые уплотнения, реакторы высокого давления), авиационные двигатели (уплотнения топливной/гидравлической системы), автомобильные турбокомпрессоры (высокие температуры 200-300°C и высокое давление нефти и газа).

Динамические уплотнения: Механические уплотнения и уплотнения вала насоса (требуются износостойкость и несущая способность).

Среды, устойчивые к маслам и растворителям: Гидравлические системы и смазочные сальники (устойчивы к коррозии от минеральных и синтетических масел).

Типичные области применения уплотнений из ПТФЭ

Высококоррозионные среды: химические реакторы (подверженные воздействию царской водки, концентрированных кислот/щелочей), фармацевтическое оборудование (кислотные/растворяющие среды), линии очистки полупроводников (плавиковая кислота и т. д.).

Уплотнения для малой нагрузки/низкой скорости: пищевое оборудование (например, поршневые уплотнения машин для розлива напитков), клапаны для ванных комнат (уплотнения для воды/газа низкого давления).

Требования к низкому трению: точные инструменты (например, фокусирующие механизмы в оптическом оборудовании), криогенное оборудование (ПТФЭ обеспечивает превосходную низкотемпературную вязкость по сравнению с ПЭЭК).

Пластиковый стержень PEEK для деталей PEEK

IV. Рекомендации по выбору

Отдайте предпочтение PEEK, если требования к уплотнению связаны с высокими температурами (>200°C) и высоким давлением (>10 МПа), динамическим трением и устойчивостью к маслу/растворителям.

Предпочитайте ПТФЭ, если среда высококоррозионная (например, царская водка или концентрированная кислота), рабочие условия — низкое давление и низкая скорость, или если цена чувствительна (некоторая ползучесть допустима).

Варианты модификации: ПТФЭ можно улучшить, наполнив его стекловолокном (для повышения прочности) или углеродным волокном (для улучшения теплопроводности) или смешав его с ПТФЭ/ПЭЭК, сужая зазор с ПЭЭК, сохраняя при этом более низкую стоимость, чем чистый ПЭЭК.

Таким образом, выбор между PEEK и PTFE требует всестороннего учета температуры, давления, коррозионной активности среды, механической нагрузки и стоимости. Каждый из них имеет свои уникальные преимущества в разных сценариях.

Деталь из ПТФЭ