Полиуретан доказывает, что он идеально подходит для уплотнений ветроэнергетических установок.

Автор: Участник WPED | 16 октября 2020 г.

Курт Зассманнсхаузен, менеджер по разработке продукции, System Seals

Хотя бутадиен-нитриловый каучук (NBR) на протяжении десятилетий был основным продуктом уплотнений ветряных турбин, достижения в области полиуретановых формул, обработки и конструкции уплотнений быстро отодвинули на второй план место NBR в отрасли. К наиболее полезным качествам относятся стойкость к истиранию, совместимость с жидкостями, стойкость к озону, механическая прочность и способность сохранять все эти свойства при низких температурах.

Полиуретан стал идеальным материалом для уплотнений в главных/генераторных подшипниках, подшипниках продольного и поперечного отклонения. Тем не менее, простая замена материалов в существующих конструкциях часто оказывается недостаточной. Уплотнения должны быть разработаны с учетом полиуретана.

Одним из способов оценки стойкости полиуретана к истиранию является стандартизированное испытание на барабанную абразивную обработку, например ASTM D5963. Часто этот метод используют для оценки каучуков, но он эффективен и для полиуретанов, особенно при сравнении скорости износа. Ниже приведены значения индекса стойкости к истиранию для различных материалов, протестированных в компании System Seals в Кливленде. Обратите внимание, что в то время как NBR и HNBR показывают ARI ~1,5, полиуретан показывает ARI от 4 до 8. Это улучшение почти в шесть раз.

Рисунок 1: ARI эластомеров и полиуретана

Полиуретан сохраняет значение ARI с течением времени и после воздействия широкого спектра жидкостей, особенно жидкостей на масляной основе. Один из способов определить это – выдержать образцы абразивного износа ASTM D5963 в жидкостях в течение 90 дней при температуре 100°C (80°C для жидкостей на водной основе) и повторять испытания каждые 30 дней. Ниже приведены типичные результаты, но рекомендуется подтверждение для каждой жидкости.

Рисунок 2. Сохранение ARI NBR и устойчивого к гидролизу полиуретана после старения в дистиллированной воде при 80°C.

Рисунок 3. Сохранение ARI в NBR и устойчивом к гидролизу полиуретане после выдержки в дистиллированном минеральном масле при 100°C.

Хотя в спецификациях указана совместимость с жидкостью «из коробки», испытания на ускоренное старение – или годы эксплуатации – должны определить долгосрочную производительность и стабильность материала, подвергающегося воздействию конкретной жидкости. System Seals проводит 90-дневные тесты на совместимость с жидкостью, а не стандартные 168-часовые тесты, поскольку System Seals постоянно обнаруживают значительные изменения в критических свойствах материала уже после 168 часов контакта с жидкостью.

По сравнению с NBR, полиуретаны, изготовленные по индивидуальному заказу, демонстрируют улучшенную устойчивость к жидкостям с наиболее распространенными смазками в ветроэнергетике. Ниже представлена ​​таблица совместимости этих популярных смазок.

Рисунок 4: Показатели старения смазки; ниже - лучше

NBR, как известно, подвержен озонолизу – когда молекулы озона разрывают химические связи в ненасыщенном NBR. Растрескивание озона является обычным явлением, когда NBR испытывает даже минимальные нагрузки. Одним из решений является добавление в NBR восков, которые создают антиозоновый барьер, защищающий NBR. К сожалению, воски не меняют химическую связь NBR. Если NBR подвергается воздействию условий окружающей среды, которые удаляют воск, он снова становится подвержен разложению. Некоторые специальные полиуретаны, используемые в уплотнениях для ветроэнергетики, естественным образом устойчивы к озону.

Полиуретан имеет модуль упругости, прочность и удлинение в два-три раза выше, чем у большинства NBR. Благодаря этому полиуретановые уплотнения способны противостоять большей механической деформации и выдерживать более высокие механические нагрузки.

Типичный NBR имеет модуль упругости 10-15 МПа и предел прочности 20 МПа. Большинство полиуретанов имеют модуль упругости 45-60 МПа и предел прочности 50-60 МПа. Это приводит к более жесткому материалу, который менее податлив, чем NBR, что означает лучшее сохранение формы под давлением и более высокую устойчивость к нагрузкам.

Высокие температуры обычно не вызывают беспокойства в ветровых установках. Однако, в зависимости от местоположения и высоты, минимальная температура -40°C не является редкостью. Минимальная рабочая температура для стандартного NBR может составлять -20°C, в то время как многие полиуретаны для ветроэнергетических установок не подвержены воздействию до -40°C, что определяется динамическим механическим анализом.