کدام ماده آب‌بندی برای مته سنگ‌شکن مناسب‌تر است؟ مقایسه PU/ HNBR/ PTFE

پرسش اینکه کدام ماده درزگیر بهترین است، پاسخی ناامیدکننده اما دقیق دارد: این امر بستگی دارد به اینکه شما از کدام نوع خرابی جلوگیری می‌کنید. PU (پلی‌اورتان) در دمای بالاتر از ۹۰ درجه سانتی‌گراد به دلیل تنگ‌شدن حرارتی خراب می‌شود. HNBR (کائوچوی نیتریل هیدروژنه‌شده) در محیط‌های با بار ذرات بالا در اثر سایش سطحی خراب می‌شود. PTFE (پلی‌تترافلورواتیلن) در کاربردهای پویا در صورت عدم استفاده از زیرلایه مناسب، به دلیل خروج از شیارهای سیلندر خراب می‌شود. هر ماده‌ای یک نوع غالب خرابی دارد و انتخاب صحیح، ماده‌ای است که نوع غالب خرابی آن در شرایط عملیاتی خاص شما کمترین احتمال را داشته باشد.

این مسئله‌ای در زمینه علوم مواد به نظر می‌رسد. در عمل، این کار ارزیابی شرایط محل نصب است که سه ورودی دارد: دمای کاری، ترکیب شیمیایی سیال و نرخ چرخه بار دینامیکی. اگر این سه ورودی را به‌درستی تعیین کنید، انتخاب ماده به‌صورت منطقی پیش می‌رود. اما اگر آنها را اشتباه تعیین کنید یا از یک ستاندارد عمومی «کیت پلی‌اورتان (PU)» برای کاربردی استفاده کنید که نیازمند HNBR است، در این صورت آب‌بند با همان الگوی شکست PU در شرایط گرمای بیش از حد از کار می‌افتد: به‌صورت تدریجی و بی‌صدا، بدون نشت خارجی تا زمانی که تنظیم فشار (Compression Set) کامل شده و جریان نشتی (Bypass Flow) ماه‌هاست که در حال افزایش است.

PU: آب‌بند دینامیکی پیش‌فرض و سقف دمایی آن

پلی‌اورتان ماده‌ای اصلی و کاربردی برای آب‌بندی پستون‌های ضربه‌ای، آب‌بندی غلاف راهنما و آب‌بندی جعبه شستشوی پویا در مته‌های سنگی هیدرولیکی است. دلایل این امر از نظر عملیاتی است: پلی‌اورتان مقاومت عالی در برابر سایش، استحکام کششی بالا تحت بارهای پویا و الاستیسیته مناسبی برای حفظ تماس آب‌بندی در فرکانس‌های ضربه‌ای متناوب ۳۰ تا ۶۰ هرتز دارد. این ماده در برابر روغن‌های هیدرولیک معدنی بدون تورم قابل توجهی مقاومت می‌کند و از نظر ابعادی در بازه دمایی معمول عملیات سطحی و زیرزمینی در اقلیم‌های معتدل پایدار است.

محدودیت این ماده از نوع حرارتی است. در دماهای پایدار بالاتر از ۹۰ تا ۹۵ درجه سانتی‌گراد، پلی‌اورتان دچار افزایش سریع تنیدگی فشاری (Compression Set) می‌شود؛ یعنی الاستومر توانایی بازیابی الاستیک خود را از دست می‌دهد و لبه آب‌بندی به‌صورت دائمی با ابعاد شیار سوراخ تطبیق پیدا می‌کند و به هندسه طراحی‌شدهٔ تماس آب‌بندی باز نمی‌گردد. آب‌بندی از نظر ظاهری سالم به نظر می‌رسد؛ اما صرفاً دیگر به‌عنوان یک عنصر آب‌بندی فنری عمل نمی‌کند. نشت از محفظه ضربه‌ای پیش از اینکه هرگونه نشت خارجی قابل مشاهده‌ای رخ دهد، آغاز می‌شود.

معادن عمیق که دمای سطحی محیط بالای ۳۵ درجه سانتی‌گراد و دمای روغن بازگشتی هیدرولیک بالای ۷۵ درجه سانتی‌گراد دارند، به‌طور معمول در طول ضربه‌زنی‌های طولانی‌مدت و پیوسته، محدوده دمایی پلی‌اورتان (PU) را فراتر می‌برند. عملیات سطحی در اقلیم‌های گرمسیری بدون سیستم خنک‌کننده مناسب برای روغن نیز می‌تواند چنین وضعیتی ایجاد کند. در این محیط‌ها، استفاده از پلی‌اورتان (PU) از نظر اقتصادی اشتباه نیست زیرا ارزان است؛ بلکه اشتباه است زیرا بازه زمانی تعویض آن (سرویس‌اینتروال) در لحظه شکست غیرقابل پیش‌بینی است و در صورت شکست واشرهای مدار ضربه‌زنی، هشدار واضحی ایجاد نمی‌شود.

HNBR: ارتقاء مقاومت در برابر دما و مواد شیمیایی

کائوچوی نیتریل هیدروژنه‌شده (HNBR) با اشباع کردن پیوندهای دوگانه کربن–کربن غیراشباع در زنجیره اصلی نیتریل با هیدروژن، ضعف پلی‌اورتان (PU) در برابر دما را برطرف می‌کند. پلیمر حاصل، مقاومت نیتریل در برابر روغن را حفظ می‌کند — گروه‌های قطبی C≡N که از تورم در روغن‌های معدنی جلوگیری می‌کنند، بدون تغییر باقی می‌مانند — در عین حال زنجیره اشباع‌شده آن در برابر تخریب حرارتی و حمله شیمیایی از سوی اوزون، آب با ترکیب شیمیایی تهاجمی و روغن‌های هیدرولیک مبتنی بر استر مقاوم است.

HNBR خواص آب‌بندی مفیدی را تا دمای ۱۵۰°C به‌صورت پایدار حفظ می‌کند — یعنی حاشیه‌ای ۶۰°C بالاتر از PU. در محیط‌های گرم معادن، این حاشیه مستقیماً به بازه‌های طولانی‌تر و قابل‌پیش‌بینی‌تر خدمات تبدیل می‌شود. در یک درفتر (دستگاه حفاری) در یک معدن عمیق طلا که دمای روغن بازگشتی به‌طور مداوم به ۹۵°C می‌رسد، واشرهای HNBR در مدار ضربه‌ای ۴۰ تا ۷۰ درصد طولانی‌تر از واشرهای PU عمر می‌کنند. این به‌هیچ‌وجه بهبود جزئی نیست؛ بلکه در طول عمر تجهیزات به مدت ۵۰۰۰ ساعت، تفاوتی بین ۱۲ و ۸ تعویض ست واشر در هر واحد است.

HNBR همچنین در مقابله با زهکشی اسیدی معادن و آب‌های زیرزمینی شور عملکردی بهتر از PU دارد. در عملیات مس و طلا که آب تشکیل‌شده در سازند از نظر اسیدیته (pH ۴ تا ۵) بالاست، زنجیره اصلی پلیمری PU توسط غلظت یون هیدروژن تخریب می‌شود، در حالی که پلیمر اشباع‌شده HNBR در برابر این حمله مقاومت می‌کند. علامت این پدیده، ترک‌خوردگی سطحی شتاب‌یافته در واشرهای PU است — یعنی ترک‌های ریزی که به‌سوی داخل گسترش یافته و مسیرهای جریان دورزدنی ایجاد می‌کنند — در حالی که واشرهای HNBR در همان مدار الگوی سایشی عادی را نشان می‌دهند.

PTFE: از نظر شیمیایی بی‌اثر، اما از نظر مکانیکی نیازمند شرایط سخت‌تر

پلی‌تترافلورواتیلن—PTFE—در دسته‌بندی متفاوتی نسبت به PU و HNBR قرار دارد. زنجیرهٔ کربن-فلوئور آن اساساً از نظر شیمیایی بی‌اثر است؛ بنابراین در اسیدها، بازها، حلال‌ها یا هر یک از سیالات خورنده‌ای که در صنعت معدن با آن‌ها روبرو می‌شویم، متورم نمی‌شود. این ماده ضریب اصطکاک بسیار پایینی دارد و نسبت به واشرهای الاستومری، نیاز کمتری به روان‌کننده دارد و ویژگی‌های خود را در گسترهٔ وسیعی از دماها حفظ می‌کند.

واقعیت مکانیکی این است که PTFE انعطاف‌پذیری بسیار پایینی دارد. این ماده مانند یک الاستومر، به هندسهٔ سوراخ (بور) تطبیق نمی‌یابد و برای حفظ تماس آب‌بندی در طول سایش سطح، نیازمند یک عامل فشرده‌کنندهٔ فنری یا یک عنصر پشتیبان است. در کاربردهای ضربه‌ای پویا، واشر خالص PTFE بدون حلقهٔ پشتیبان، تحت پیک‌های فشار دوره‌ای ۱۶۰ تا ۲۲۰ بار در کاربردهای ضربه‌ای، به فضای خالی بین پیستون و بور تراوش می‌کند. مادهٔ تراوش‌یافته ظرف چند ساعت از کار می‌افتد.

نقش مناسب PTFE در ست کیت آببندی مته سنگ‌شکن، در مدارهای ایستا است: واشرهای O-شکل در پورت انباشته‌کننده، آب‌بندی‌های نشیمنگاه ورودی آب شستشو، و رابط‌های ایستای بلوک شیر. در یک دستگاه خردکن هیدرولیکی سنگ با حرکت سریع که در یک معدن بوکسیت آزمایش شد، آببندی‌های پیستون از جنس الاستومر HNBR به دلیل آلودگی و دمای بالا دچار خرابی می‌شدند. جایگزینی آن‌ها با آببندی‌های خودفعال مبتنی بر PTFE، چرخه تعویض مکرر را حذف کرد — زیرا در آن کاربرد خاص با حرکت سریع و محیط آلوده، مقاومت سایشی و بی‌اثری شیمیایی PTFE از کشسانی پایین‌تر آن ارجحیت داشت. این یک کاربرد خاص است و نمی‌توان آن را به تمام آببندی‌های ضربه‌ای پویا تعمیم داد.

مقایسه مواد بر اساس مدار و شرایط مته سنگ‌شکن

اتخاذ تصمیم مناسب بدون آزمایشگاه

در بیشتر موارد، در زمان سفارش ست آب‌بند، داده‌های تجزیه و تحلیل روغن یا شیمی آب معادن در محل موجود نیست. سه شاخص میدانی، این تصمیم‌گیری را بدون آزمایش رسمی قابل اعتماد می‌سازند. اول: دمای بازگشت روغن هیدرولیک چقدر است؟ از ترمومتر مادون قرمز روی لوله بازگشتی پس از ۳۰ دقیقه عملیات ضربه‌ای استفاده کنید. اگر دما به‌طور مداوم بالاتر از ۸۰ درجه سانتی‌گراد باشد، برای مدار ضربه‌ای از HNBR استفاده شود. دوم: ظاهر آب معادن در صورت حفاری چگونه است؟ رنگ سبز یا نارنجی نشان‌دهنده وجود اسیدهای معدنی است؛ بنابراین برای آب‌بندهای شستشو از HNBR استفاده شود. سوم: آیا ست‌های قبلی پلی‌اورتان زودتر از موعد و با ترک‌خوردگی سطحی یا تنظیم فشار (Compression Set) به جای سایش سایشی از کار افتاده‌اند؟ اگر پاسخ مثبت است، علت خرابی دما یا شیمی است، نه عوامل مکانیکی؛ بنابراین باید نوع ترکیب را تغییر داد.

HOVOO کیت‌های آب‌بندی مته‌های سنگ‌شکن را در مواد پلی‌اورتان (PU) و هیدروژن‌دارشده‌نیتریل‌بوتادین‌ربر (HNBR) برای تمامی مدل‌های اصلی دریفترها عرضه می‌کند و گزینه‌های آب‌بندی استاتیک با ترکیب پلی‌تترافلوئورواتیلن (PTFE) را نیز برای کاربردهای با خاصیت شیمیایی تهاجمی فراهم می‌سازد. ارجاع کیت شامل نام ترکیب مورد استفاده است تا سفارش‌ها به‌صورت دقیق و مشخص صادر شوند، نه اینکه به‌طور پیش‌فرض تنها بر اساس یک استاندارد واحد تعیین گردند. ارجاع‌های کامل مدل و ترکیب در وب‌سایت hovooseal.com موجود است.