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玻璃處理掃指

個(gè)案研究

VESPEL® SCP-5050 掃出手指和堆疊桿插件

Veda-Pack 是一家 的俄羅斯玻璃包裝公司，需要提高工廠的可靠性。他們測(cè)試了許多不同的玻璃接觸材料，但收效甚微，直到他們看到了 Vespel® SCP-5050 掃出指和堆垛桿插件的結(jié)果

挑戰(zhàn)

為了提高工廠的可靠性、提高效率和降低運(yùn)營(yíng)成本，玻璃瓶制造商不斷尋找使用壽命長(zhǎng)且不會(huì)損壞玻璃的材料。傳統(tǒng)的碳石墨部件在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，但它們存在破損、壽命短、吸油和檢查等問(wèn)題。

磨損量度為失重百分比


解決方案

為了提高工廠的可靠性，Veda-Pack 不斷測(cè)試許多不同的接觸材料，但收效甚微。Veda-Pack 位于圣彼得堡的工廠還測(cè)試了 Vespel® SCP-5050 掃除指和堆垛桿插件。結(jié)果是使用壽命比碳石墨部件長(zhǎng) 2 到 3 倍。Veda-Pack 還報(bào)告稱，Vespel® SCP-5050 組件不吸油，不易破損，易于加工。工廠機(jī)械師和技術(shù)人員評(píng)論說(shuō)，他們從未見(jiàn)過(guò)任何熱玻璃處理材料的性能優(yōu)于 Vespel® 零件。


主要優(yōu)勢(shì)

杜邦™ Vespel® SCP-5050 部件基于專(zhuān)有聚合物，代表了玻璃行業(yè)的產(chǎn)品創(chuàng)新。測(cè)試結(jié)果顯示，在 315°C （600°F） 振蕩條件下，磨損比碳石墨少 3 倍。玻璃瓶廠報(bào)告稱，Vespel® SCP-5050 組件的使用壽命是碳石墨組件的 2 到 11 倍。這意味著耗材的使用壽命顯著延長(zhǎng)，從而提高生產(chǎn)效率。此外，Vespel® SCP-5050 組件具有非常低的導(dǎo)熱性，幾乎不吸油，抗沖擊性增強(qiáng)，使其成為掃出指形和堆垛桿插件應(yīng)用的理想選擇。

Vespel® SCP 高溫聚酰亞胺零件


在航空航天和工業(yè)應(yīng)用中，Vespel® SCP 聚酰亞胺部件擴(kuò)展了使用高溫聚酰亞胺的空間。與傳統(tǒng)聚酰亞胺相比，Vespel® SCP-5050 和 SCP-50094 部件具有更高的耐溫性和更低的熱膨脹系數(shù)。與 Vespel® SP-21 部件相比，填料技術(shù)減少了摩擦并顯著提高了耐磨性。

延長(zhǎng)部件壽命

由于具有優(yōu)異的熱氧化穩(wěn)定性（圖 1）和高溫耐磨性（圖 2），Vespel® SCP-5050 和 SCP-50094 部件在高溫磨損環(huán)境中的使用壽命比傳統(tǒng)聚酰亞胺更長(zhǎng)。

重量更輕

Vespel® SCP-5050 和 SCP-50094 部件通過(guò)在更高溫的環(huán)境中更換金屬來(lái)減輕重量。在高溫下，這兩種材料都比傳統(tǒng)的填充聚酰亞胺硬得多（圖 3）。它們的低熱膨脹系數(shù)允許更緊密的配合和更容易管理的公差疊加。SCP-5050 部件的 CTE 與不銹鋼的 CTE 幾乎相當(dāng)。


圖 1 的熱穩(wěn)定性


降低成本
用 Vespel® SCP-5050 或 SCP-50094 部件替換金屬可以節(jié)省初始和生命周期成本。初始成本低于硬面或經(jīng)過(guò)特殊處理的金屬磨損部件。
減少對(duì)配合的高價(jià)值部件（例如噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)定子）的磨損，可以大大降低維護(hù)成本。



圖 2.耐磨性


如何看待它們

杜邦™ Vespel® SCP-5050 和 SCP-50094 部件在航空航天和其他行業(yè)具有重大優(yōu)勢(shì)。

噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)： 的制造商在發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用中使用 Vespel® SCP-5050 和 SCP-50094 部件，提升了傳統(tǒng)聚酰亞胺部件的磨損性能，并在高溫環(huán)境中替換了金屬部件，因?yàn)橐郧暗臏囟认拗贫鴽](méi)有使用傳統(tǒng)聚酰亞胺。典型應(yīng)用包括耐磨墊和耐磨條、止推墊圈、襯套、軸承、保險(xiǎn)杠等。



圖 3.熱時(shí)僵硬


其他航空航天用途：Vespel® SCP 部件出色的耐磨性能還可以在溫度低于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的情況下提供優(yōu)勢(shì)。示例包括控制連桿組件、門(mén)機(jī)構(gòu)、襯套、軸承、保險(xiǎn)杠、耐磨墊和止推墊圈。

其他行業(yè)：Vespel® SCP-5050 和 SCP-50094 部件為車(chē)輛以及需要比傳統(tǒng)聚酰亞胺和金屬軸承更高的耐溫能力、耐磨性和尺寸穩(wěn)定性的工業(yè)設(shè)備提供成本和性能優(yōu)勢(shì)。

在玻璃制造中，SCP-5050 表現(xiàn)出較低的導(dǎo)熱性和吸油性，同時(shí)比傳統(tǒng)的玻璃瓶裝組件具有更高的抗沖擊性和耐磨性

用于密封件、絕緣體等：

Vespel® SCP-5000 是 SCP 系列中未填充的等級(jí)，使用與 SCP-5050 和 SCP-50094 相同的基礎(chǔ)聚酰亞胺。它在需要介電特性的絕緣體或需要增強(qiáng)高溫性能和化學(xué)相容性的密封件和閥座等應(yīng)用中具有重大優(yōu)勢(shì)。

杜邦擁有合適的材料、技術(shù)和技術(shù)資源，可幫助您設(shè)計(jì)和制造 的零件和系統(tǒng)。

Vespel® SCP-5050
具有不同屬性集的 Vespel® S 聚酰亞胺零件和形狀系列 Vespel® S 系列產(chǎn)品是高度耐用的聚酰亞胺，適用于需要出色耐熱性、低磨損和/或低摩擦、強(qiáng)度和抗沖擊性的苛刻應(yīng)用。

杜邦™ Vespel® SCP-5050 零件和形狀提高了高溫性能和耐磨性，可以更換金屬和石墨零件。Vespel® SCP-5050 部件和形狀可實(shí)現(xiàn)更高效、更耐用的系統(tǒng)，提高性能并降低維護(hù)成本。SCP-5050 的熱膨脹系數(shù) （CTE） 與鋼相似。

應(yīng)用
護(hù)罩是一個(gè)分段環(huán)，帶有徑向向外鉆的孔，用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮機(jī)內(nèi)部使用的可變?nèi)~片桿。有些是分裂的。
用于密封件、絕緣體等 Vespel® SCP-5000 是 SCP 系列中的未填充等級(jí)，使用與 SCP-5050 相同的基礎(chǔ)聚酰亞胺。它在需要介電特性的絕緣體或需要增強(qiáng)高溫性能和化學(xué)相容性的密封件和閥座等應(yīng)用中具有重大優(yōu)勢(shì)。
在護(hù)罩上切割凹槽以容納金屬連接環(huán)，通常帶有可磨損的密封件。
內(nèi)護(hù)罩通常漂浮在發(fā)動(dòng)機(jī)軸線上。
噴氣發(fā)動(dòng)機(jī) 的制造商在發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用中使用 Vespel® SCP-5050 部件，提升了傳統(tǒng)聚酰亞胺部件的磨損性能，并在高溫環(huán)境中替換了金屬部件，而傳統(tǒng)聚酰亞胺由于以前的溫度限制而無(wú)法使用。典型應(yīng)用包括耐磨墊和耐磨條、止推墊圈、襯套、軸承、保險(xiǎn)杠等。
其他航空航天用途Vespel® SCP 部件出色的耐磨性能還可以在溫度低于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的情況下提供優(yōu)勢(shì)。
其他行業(yè) 與傳統(tǒng)聚酰亞胺和金屬軸承相比，Vespel® SCP-5050 部件在需要更高溫度能力、耐磨性和尺寸穩(wěn)定性的車(chē)輛以及工業(yè)設(shè)備中具有成本和性能優(yōu)勢(shì)。在玻璃制造中，SCP-5050 表現(xiàn)出較低的導(dǎo)電性和吸油性，同時(shí)提供比石墨部件更高的抗沖擊性。
護(hù)罩通常為鋁、不銹鋼或鈦。
護(hù)罩利用襯套來(lái)增強(qiáng)磨損并減少可變?nèi)~片桿的摩擦。


特別警告
部件需要在預(yù)期的發(fā)動(dòng)機(jī)壽命內(nèi)承受熱偏移。
如果襯套過(guò)早磨損，可能會(huì)損壞昂貴的金屬部件，例如葉片
護(hù)罩的設(shè)計(jì)需要允許同時(shí)組裝多個(gè)葉片。
護(hù)罩需要承受沖擊、負(fù)載并保持葉片的相對(duì)位置。

解決 方案
設(shè)計(jì)護(hù)罩采用輕質(zhì)、耐高溫、耐磨的 Vespel® SCP-5050 復(fù)合材料代替金屬。

特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)
熱時(shí)僵硬
熱時(shí)僵硬
熱時(shí)僵硬
熱時(shí)僵硬
通過(guò)部件整合降低系統(tǒng)成本。
通過(guò)部件整合降低系統(tǒng)成本。
久經(jīng)考驗(yàn)的抗沖擊性。
久經(jīng)考驗(yàn)的抗沖擊性。
由于復(fù)合材料的密度較低，重量可能比鋁減輕 40%，比不銹鋼和鈦減輕 75%。
由于復(fù)合材料的密度較低，重量可能比鋁減輕 40%，比不銹鋼和鈦減輕 75%。
延長(zhǎng)部件壽命
Vespel® SCP-5050 部件在高溫下具有優(yōu)異的熱氧化穩(wěn)定性和耐磨性，在高溫磨損環(huán)境中比傳統(tǒng)聚酰亞胺使用壽命更長(zhǎng)。
重量更輕
Vespel® SCP-5050 部件可讓您在更高溫的環(huán)境中更換金屬，從而減輕重量。它們?cè)诟邷叵卤葌鹘y(tǒng)的填充聚酰亞胺硬得多。它們的低熱膨脹系數(shù)使您的設(shè)計(jì)更加緊密地配合和更容易管理的公差疊加。SCP-5050 部件的 CTE 與不銹鋼的 CTE 幾乎相當(dāng)。
更耐熱磨損
更耐熱磨損
通過(guò)消除襯套，減少庫(kù)存和組裝的零件。
通過(guò)消除襯套，減少庫(kù)存和組裝的零件。
的熱穩(wěn)定性
的熱穩(wěn)定性
與動(dòng)態(tài)系數(shù)為 .2 或更低的金屬相比，摩擦力更低。
與動(dòng)態(tài)系數(shù)為 .2 或更低的金屬相比，摩擦力更低。
更耐熱磨損
更耐熱磨損
復(fù)合材料與金屬的減振性能。
復(fù)合材料與金屬的減振性能。
提供盡可能大的子裝配體。
提供盡可能大的子裝配體。
類(lèi)似金屬的尺寸穩(wěn)定性
類(lèi)似金屬的尺寸穩(wěn)定性
降低成本
用 Vespel® SCP-5050 部件代替金屬可以節(jié)省初始和生命周期成本。 ? 對(duì)于襯套等零件，初始成本低于硬面或經(jīng)過(guò)特殊處理的金屬。 ? 減少對(duì)配合的高價(jià)值部件（例如噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)定子）的磨損，可以大大降低維護(hù)成本。
在超過(guò) 600 °F/315 °C 的應(yīng)用環(huán)境中，材料具有高溫能力。
在超過(guò) 600 °F/315 °C 的應(yīng)用環(huán)境中，材料具有高溫能力。
由于減少了磨損界面，整個(gè)護(hù)罩使用軸承材料，并消除了襯套壽命問(wèn)題，因此部件壽命更長(zhǎng)。
由于減少了磨損界面，整個(gè)護(hù)罩使用軸承材料，并消除了襯套壽命問(wèn)題，因此部件壽命更長(zhǎng)。



電氣性能
財(cái)產(chǎn) 價(jià)值 單位 方法
表面電阻率 體積電阻率 介電強(qiáng)度 ASTM D-257 歐姆/平方 歐姆·厘米 （Ohm·in） 伏特/米 （Volt/in） 4.1 x 105 約9.4 x 107 （3.7 x 107） 導(dǎo)電
介電常數(shù)，102 Hz 104 赫茲 106 赫茲 ASTM D-150 — 21.1 20.6 19.1
耗散因數(shù)，102 Hz 104 赫茲 106 赫茲 ASTM D-150 — 0.0075 0.0112 0.0165
其他屬性
財(cái)產(chǎn) 價(jià)值 單位 方法
24 小時(shí)后的吸水率 ASTM D-570 重量變化百分比 0.04
比重 ASTM D-792 — 1.76
熱性能
財(cái)產(chǎn) 價(jià)值 單位 方法
熱膨脹系數(shù) 平行 Z 軸 垂直 X-Y ASTM E-831 m/m·°C （in/in·°F） 51 x 10–6 （29 x 10–6） 16 x 10–6 （9 x 10–6）
比熱 ASTM E-1269 焦耳/千克°C （Btu/lb°F） 887 (0.212) 920 (0.22)
熱膨脹系數(shù) ASTM E-831 m/m·°C 或 m/m·K （in/in·°F） 29 x 10–6 （16 x 10–6）
導(dǎo)熱 ASTM F-433 W/mK （Btu/hr 單位為 °F） 1.65 (0.08) 1.78 (0.09) 1.38 (0.07)
磨損特性
財(cái)產(chǎn) 價(jià)值 單位 方法
摩擦系數(shù) / 無(wú)潤(rùn)滑，Air 25K PV 100K 光伏 法萊克斯 — 0.20 0.08
磨損系數(shù) / 無(wú)潤(rùn)滑，Air 25K PV 100K 光伏 法萊克斯 毫米-秒/MPa-m-hr （3 分鐘/英尺磅-小時(shí)） 4.0 x 10–3 （55 x 10–10） 1.9 x 10–3 （26 x 10–10）
吸水率 ASTM D-570 重量變化百分比 0.07
機(jī)械性能
財(cái)產(chǎn) 價(jià)值 單位 方法
壓縮應(yīng)變， ASTM D-695 % 13 27
負(fù)載變形，10 分鐘 24 小時(shí) ASTM D-621 % 變形 0.00 0.04
壓縮模量 ASTM D-695 MPa （千倍壓力） 2,997 (435) 3,138 (455)
負(fù)載變形 24 小時(shí)，14 MPa （2 kpsi） ASTM D-621 % 變形 0.03
抗壓強(qiáng)度 ASTM D-695 MPa （千倍壓力） 154 (22) 106 (15) 219 (32) 240 (35)
壓縮蠕變，10 小時(shí) 100 小時(shí) 1000 小時(shí) ASTM D-2990 % 0.05 0.07 0.09
彎曲模量 ASTM D-790 MPa （千倍壓力） 7820 (1130) 5270 (764) 7,800 (1,130) 5,080 (740)
拉伸伸長(zhǎng)率 ASTM D-638 E-8 標(biāo)本 ASTM D-638 D-1708 標(biāo)本 % 2.3 3.1 2.5 5.3
10% 應(yīng)變時(shí)的壓應(yīng)力 ASTM D-695 MPa （千倍壓力） 156 (23) 73 (11) 172 (25.0) 184 (26.7)
彎曲強(qiáng)度 ASTM D-790 MPa （千倍壓力） 120 (17) 73 (11) 130 (19) 73 (11)
楊氏模量 ASTM D-638 E-8 標(biāo)本 ASTM D-638 D-1708 標(biāo)本 MPa （千倍壓力） 9590 (1390) 3860 (561) 8,928 (1,295) 2,931 (425)
抗張強(qiáng)度 ASTM D-638 E-8 標(biāo)本 ASTM D-638 D-1708 標(biāo)本 MPa （千倍壓力） 79 (11.5) 41 (6.0) 72 (10.5) 38 (5.6)
洛氏 “E” 硬度 ASTM D-785 — 12 63
泊松比 ASTM D-638 — 0.22 0.23


Vespel® 取出插件

個(gè)案研究


體 外

用于熱玻璃處理的 Vespel® SCP-5050 取出插件

Vitro 是一家 的玻璃容器制造商，總部位于墨西哥。在瓜達(dá)拉哈拉（墨西哥）的工廠，他們?cè)谏a(chǎn)特種伏特加酒瓶時(shí)遇到了制造挑戰(zhàn)。體外測(cè)試了杜邦™ Vespel® SCP-5050 取出插件，結(jié)果是顯著的改進(jìn)。

挑戰(zhàn)

為了提高工廠的可靠性和效率并降低運(yùn)營(yíng)成本，玻璃瓶制造商尋找經(jīng)久耐用且不會(huì)損壞玻璃的材料。傳統(tǒng)的碳石墨部件在工業(yè)中被廣泛使用，但這些部件存在破損、壽命短、吸油和檢查等問(wèn)題。

總部位于墨西哥的 玻璃容器制造商 Vitro 報(bào)告稱，由于不斷破損，碳石墨取出插件只能使用 2 天，因此遇到了制造挑戰(zhàn)。這種破損導(dǎo)致了許多過(guò)程中斷，從而降低了可靠性并增加了運(yùn)營(yíng)成本。

解決方案

體外測(cè)試了杜邦™ Vespel® SCP-5050 取出插件，并報(bào)告稱，與 21 天不間斷運(yùn)行相比，使用壽命比碳石墨長(zhǎng)了 10 倍。

主要優(yōu)勢(shì)

杜邦™ Vespel® SCP-5050 基于專(zhuān)有聚合物，代表了玻璃行業(yè)的產(chǎn)品創(chuàng)新。測(cè)試結(jié)果表明，與碳石墨相比，它的抗沖擊性提高了 75%（在 315°C （600°F） 下老化 100 小時(shí)后）。這減少了部件在制造、處理和操作過(guò)程中的破損，從而延長(zhǎng)了接觸部件的使用壽命，提高了工藝可靠性并降低了運(yùn)營(yíng)成本。此外，Vespel® SCP-5050 組件具有非常低的導(dǎo)熱性、很少的吸油性和更高的耐磨性，這使其成為取出插件的理想選擇。


用于電池和氫動(dòng)力汽車(chē)的高性能聚酰亞胺解決方案


作者：

Christoph Berger
杜邦公司應(yīng)用開(kāi)發(fā)經(jīng)理
，位于新伊森堡（德國(guó)）

相片：

MTZextra（MTZ 雜志）




近年來(lái)，電動(dòng)汽車(chē)從根本上改變了汽車(chē)行業(yè)，并帶來(lái)了許多技術(shù)挑戰(zhàn)，包括不斷增長(zhǎng)的

對(duì)更高動(dòng)力總成效率的需求。必須考慮整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)中的摩擦阻力，例如電動(dòng)機(jī)、減速箱和差速器中的摩擦阻力，以優(yōu)化車(chē)輛的性能和行駛里程。高性能聚合物在摩擦學(xué)傳動(dòng)系統(tǒng)組件中發(fā)揮著越來(lái)越大的作用，使變速箱在各種應(yīng)用中具有高性能、耐用性和效率。本文將仔細(xì)研究?jī)蓚€(gè)要求苛刻的應(yīng)用：變速器中的摩擦優(yōu)化止推墊圈和水力發(fā)電推進(jìn)系統(tǒng)中的高性能密封件。

杜邦開(kāi)發(fā)了一種新型材料，甚至可以承受 挑戰(zhàn)性的摩擦條件，例如高負(fù)載和極高速度的組合。

與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)相比，電動(dòng)汽車(chē)往往更強(qiáng)大，千瓦、馬力和牛頓米的數(shù)量不斷增加。從電機(jī)到車(chē)輪的傳動(dòng)系統(tǒng)不僅受系統(tǒng)功率增加的影響，還受電驅(qū)動(dòng)特性的影響。圖 1 顯示了內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)的典型扭矩和功率曲線。電動(dòng)機(jī)在低速時(shí)已經(jīng)提供 扭矩。與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)相比，在傳遞扭矩時(shí)沒(méi)有離合器或換檔延遲。因此，直接通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)的扭矩往往更直接，因此也更高。雖然傳統(tǒng)的多速齒輪減速機(jī)沒(méi)有被使用，但制造商依靠單級(jí)或兩級(jí)的齒輪減速機(jī)，使電動(dòng)機(jī)能夠在更有利和高效的高速范圍內(nèi)運(yùn)行[1]。




圖 1 典型扭矩和功率曲線 （ © Victor Barreto）


基于聚酰亞胺的止推墊圈

Vespel SP 材料系列常用于制造止推墊圈。它是一種燒結(jié)聚酰亞胺，在遠(yuǎn)高于 400 °C 的分解溫度下沒(méi)有可觀察到的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度或熔點(diǎn)。 這種獨(dú)特的特性對(duì)于摩擦應(yīng)用至關(guān)重要，在短期邊界潤(rùn)滑狀態(tài)下可能會(huì)出現(xiàn)高溫點(diǎn)。一個(gè)突出的例子是福伊特的 DIWA 齒輪箱，其相對(duì)轉(zhuǎn)速超過(guò) 20,000 rpm。在這些情況下，Vespel 聚酰亞胺墊圈的較低摩擦特性還有助于通過(guò)在摩擦界面處保持較低的溫度來(lái)延長(zhǎng)連續(xù)換油之間的范圍[2]。當(dāng)潤(rùn)滑水平不足時(shí)，摩擦功率損失會(huì)產(chǎn)生極高的溫度。如果使用不合適的材料，這會(huì)導(dǎo)致接觸溫度升高、熱機(jī)械效應(yīng)和隨后的熱彈性不穩(wěn)定，最終導(dǎo)致過(guò)度局部磨損 [3]。

聚酰亞胺塑料的獨(dú)特性能主要是由于其化學(xué)結(jié)構(gòu)，圖 2。





圖 2 Vespel SP 的化學(xué)結(jié)構(gòu) （ © 杜邦 ）


聚酰亞胺在聚合物主鏈中具有很強(qiáng)的共價(jià)鍵。此外，聚合物鏈之間存在分子間相互作用，提供了額外的機(jī)械穩(wěn)定性。因此，聚酰亞胺對(duì)高溫和長(zhǎng)期變形（也稱為蠕變）表現(xiàn)出非凡的抵抗力。

Vespel S 部件通過(guò)粉末燒結(jié)獲得，可以被描述為熱固性材料。相比之下，熱塑性聚合物的機(jī)械穩(wěn)定性較差，尤其是在高溫下，并且由于其化學(xué)性質(zhì)而無(wú)法處理高接觸壓力。

由于在 條件下具有機(jī)械穩(wěn)定性，Vespel 減摩組件可以提高變速器的效率和功率密度。為了更好地了解聚酰亞胺聚合物的高性能，圖 3 顯示了比較摩擦學(xué)止推墊圈測(cè)試的結(jié)果。





圖 3 摩擦系數(shù)比較 （ © DuPont）


摩擦系數(shù) （COF） 是在不同的潤(rùn)滑制度下測(cè)量的。壓力保持恒定，滑動(dòng)速度逐漸增加到 27 m/s，以模擬行星齒輪箱中止推墊圈的狀況。Vespel 達(dá)到了測(cè)試終點(diǎn)，而其他材料由于卡住、振動(dòng)或溫度突然升高至 220 °C 以上而過(guò)早失效。

在設(shè)計(jì)和選擇適合止推墊圈應(yīng)用的材料時(shí)，要考慮的另一個(gè)基本參數(shù)是所謂的“PV 極限”。PV 是表面壓力 （P） 和摩擦分量的相對(duì)速度 （V） 的乘積。材料的 PV 極限是一個(gè)失效點(diǎn)，通常表現(xiàn)為材料磨損率的突然增加 [4]。鋼制止推墊圈的 PV 極限通常約為 1 MPa×m/s [5]。這大大減少了它們?cè)诟咝阅軕?yīng)用中的使用。與 Vespel 材料（高達(dá) 38 MPa×m/s）相比，所有其他測(cè)試材料在未潤(rùn)滑狀態(tài)下的 PV 極限都明顯較低。測(cè)試中 好的競(jìng)爭(zhēng)材料顯示，PV 極限幾乎低了 5 倍，接近 8 MPa×m/s。

然而，當(dāng)存在油時(shí)，會(huì)出現(xiàn)不同的情況。由磷青銅制成的止推墊圈在潤(rùn)滑環(huán)境中可以承受約 16 MPa×m/s 的 PV 值，而 Vespel SP-21 級(jí)止推墊圈可以達(dá)到高達(dá) 40 MPa×m/s 的更高 PV 值。然而，隨著更嚴(yán)峻的負(fù)載和潤(rùn)滑條件的增加，開(kāi)發(fā)了一種新的高 PV Vespel 等級(jí)，其 PV 極限超過(guò) 55 MPa×m/s。這使得這些止推墊圈適用于最苛刻的環(huán)境。圖 4 展示了與 Vespel SP-21 和磷青銅相比，這種新牌號(hào)的 PV 性能。

行星齒輪箱是要求越來(lái)越高的一個(gè)突出例子。它們是許多現(xiàn)代電動(dòng)汽車(chē)的關(guān)鍵元件，以便在狹小的安裝空間內(nèi)有效傳輸高水平扭矩并減少摩擦。



圖 4 測(cè)試結(jié)果 PV 極限比較 （ © 杜邦）


止推墊圈位于行星和行星齒輪架之間，圖 5。它們吸收軸向力并防止動(dòng)態(tài)和靜態(tài)配合表面之間的接觸。與傳統(tǒng)金屬解決方案相比，Vespel 聚酰亞胺墊圈具有優(yōu)勢(shì)。它們的制造厚度可以小至 0.4 mm，從而允許同軸齒輪箱設(shè)計(jì)進(jìn)一步小型化。這反過(guò)來(lái)又有助于減小驅(qū)動(dòng)軸的角度，從而提高效率和 NVH（噪聲振動(dòng)粗糙度）性能并減少磨損。聚晶墊圈比傳統(tǒng)的鋼部件輕得多。

除了減少安裝空間要求外，還可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)重量的減輕。Vespel 優(yōu)化的摩擦和磨損性能也有助于進(jìn)一步減少 CO2排放。杜邦 Vespel 零件還可以與鋁等軟合金一起使用，從而進(jìn)一步減輕重量。

Vespel 聚酰亞胺部件不會(huì)熔化，并具有緊急操作性能，因此它也可以在稀薄和低粘度潤(rùn)滑條件下運(yùn)行。此外，Vespel 止推墊圈的聚合物特性提供了有利的阻尼特性，進(jìn)一步優(yōu)化了 NVH 系統(tǒng)的整體性能。金屬和聚合物溶液的磨損機(jī)制有很大不同。Vespel 將粘著磨損、卡住和微動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)降至 ，并且不會(huì)產(chǎn)生磨料顆粒。油槽也可以嵌入墊圈表面，以幫助在摩擦接觸區(qū)域內(nèi)保持恒定的油膜，從而顯著降低摩擦系數(shù)和扭矩?fù)p失。

耐高壓速度材料將是滿足先進(jìn)齒輪箱要求的關(guān)鍵。高滑動(dòng)速度通常是齒輪箱更關(guān)鍵的方面，而 Vespel 在密封功能方面大放異彩的是耐壓性。



圖 5帶 Vespel 止推墊圈的行星齒輪架 （ © 杜邦 ）


用于氫氣應(yīng)用的聚酰亞胺基密封材料

氫氣已成為下一代燃料的有前途的候選者，因?yàn)樗軌騼?chǔ)存綠色能源，通過(guò)天然氣管道運(yùn)輸，并用于燃料電池和內(nèi)燃機(jī)。然而，暴露于氫氣的應(yīng)用需要特殊的材料，這些材料可以抵抗氫脆并表現(xiàn)出低滲透性，同時(shí)又不會(huì)污染氫氣。在這種情況下，用于密封的材料在防止泄漏和確保系統(tǒng)安全方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。除了新的高 PV Vespel 牌號(hào)外，還提供已被證明非常適合氫氣應(yīng)用的共聚物。例如，Vespel SCP-5000 具有出色的耐氫性，并在高壓和超低溫等 條件下保持其機(jī)械性能。這在氫氣應(yīng)用中非常重要，因?yàn)闅錃鈶?yīng)用中，由于負(fù)的焦耳-湯姆遜效應(yīng)（氫氣膨脹過(guò)程中溫度升高），或者由于氫氣在氧氣（空氣）存在下通過(guò)靜電火花點(diǎn)燃的能力，泄漏可能會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后果。Vespel SCP-5000 對(duì)氫的滲透性較低，如圖 6 所示。它的性能明顯優(yōu)于其他材料，其氫滲透系數(shù)比聚醚醚酮 （PEEK） 低 26 倍。



圖 6 透氫性測(cè)試結(jié)果（由九州大學(xué)測(cè)量）（©杜邦）


Vespel 展示適當(dāng)密封性能的另一個(gè)例子是車(chē)輛中的油箱閥。即使在數(shù)百萬(wàn)次循環(huán)后，這些閥門(mén)仍必須安全可靠地容納氫氣，以避免事故并確保操作安全 [6]。與某些類(lèi)型的鋼相比，Vespel 沒(méi)有氫脆的跡象，并且不易快速減壓。此外，它在低溫條件 （-253 °C） 下保持相對(duì)的延展性，而聚三氟氯乙烯 （PCTFE） 等其他聚合物會(huì)變脆。

杜邦 Vespel SCP-5000 的機(jī)械性能可以概括為“柔軟但堅(jiān)固”：與鋼相比，Vespel 的 5.62 GPa 低壓縮模量確保了密封性能的“柔軟”，而超過(guò) 600 MPa 的壓縮應(yīng)力極限則表明了“強(qiáng)”的機(jī)械彈性。這些特性轉(zhuǎn)化為在很寬的溫度和負(fù)載范圍內(nèi)良好的抗蠕變性，即使不需要增強(qiáng)填料。這些聚酰亞胺材料是關(guān)鍵密封應(yīng)用的理想選擇，可確保在各種條件下安全處理氫氣，包括液化氫。



結(jié)論

杜邦 Vespel 品牌下的高性能聚酰亞胺基聚合物是出色的材料，可在電氣化傳動(dòng)系統(tǒng)和氫暴露應(yīng)用中展示其優(yōu)勢(shì)。Vespel 聚酰亞胺的特性對(duì)于提高未來(lái)移動(dòng)出行技術(shù)的效率和可持續(xù)性非常重要。Vespel 止推墊圈以更高的允許 PV 極限突破極限，將有助于進(jìn)一步優(yōu)化齒輪箱性能，并致力于復(fù)雜齒輪箱設(shè)計(jì)的進(jìn)一步小型化。此外，在氫密封中使用聚酰亞胺有助于提高氫應(yīng)用的安全性和可靠性，這將在綠色能源儲(chǔ)存和分配中發(fā)揮關(guān)鍵作用。高性能聚酰亞胺具有獨(dú)特的性能和優(yōu)于其他材料的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于提高電動(dòng)汽車(chē)和氫能技術(shù)的效率和可持續(xù)性至關(guān)重要。


Vespel® SCP 高溫聚酰亞胺零件

品



在航空航天和工業(yè)應(yīng)用中，Vespel® SCP 聚酰亞胺部件擴(kuò)展了使用高溫聚酰亞胺的空間。與傳統(tǒng)聚酰亞胺相比，Vespel® SCP-5050 和 SCP-50094 部件具有更高的耐溫性和更低的熱膨脹系數(shù)。與 Vespel® SP-21 部件相比，填料技術(shù)減少了摩擦并顯著提高了耐磨性。

延長(zhǎng)部件壽命

由于具有優(yōu)異的熱氧化穩(wěn)定性（圖 1）和高溫耐磨性（圖 2），Vespel® SCP-5050 和 SCP-50094 部件在高溫磨損環(huán)境中的使用壽命比傳統(tǒng)聚酰亞胺更長(zhǎng)。

重量更輕

Vespel® SCP-5050 和 SCP-50094 部件通過(guò)在更高溫的環(huán)境中更換金屬來(lái)減輕重量。在高溫下，這兩種材料都比傳統(tǒng)的填充聚酰亞胺硬得多（圖 3）。它們的低熱膨脹系數(shù)允許更緊密的配合和更容易管理的公差疊加。SCP-5050 部件的 CTE 與不銹鋼的 CTE 幾乎相當(dāng)。



圖 1 的熱穩(wěn)定性


降低成本
用 Vespel® SCP-5050 或 SCP-50094 部件替換金屬可以節(jié)省初始和生命周期成本。初始成本低于硬面或經(jīng)過(guò)特殊處理的金屬磨損部件。
減少對(duì)配合的高價(jià)值部件（例如噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)定子）的磨損，可以大大降低維護(hù)成本。





圖 2.耐磨性


如何看待它們

杜邦™ Vespel® SCP-5050 和 SCP-50094 部件在航空航天和其他行業(yè)具有重大優(yōu)勢(shì)。

噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)： 的制造商在發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用中使用 Vespel® SCP-5050 和 SCP-50094 部件，提升了傳統(tǒng)聚酰亞胺部件的磨損性能，并在高溫環(huán)境中替換了金屬部件，因?yàn)橐郧暗臏囟认拗贫鴽](méi)有使用傳統(tǒng)聚酰亞胺。典型應(yīng)用包括耐磨墊和耐磨條、止推墊圈、襯套、軸承、保險(xiǎn)杠等。



圖 3.熱時(shí)僵硬


其他航空航天用途：Vespel® SCP 部件出色的耐磨性能還可以在溫度低于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的情況下提供優(yōu)勢(shì)。示例包括控制連桿組件、門(mén)機(jī)構(gòu)、襯套、軸承、保險(xiǎn)杠、耐磨墊和止推墊圈。

其他行業(yè)：Vespel® SCP-5050 和 SCP-50094 部件為車(chē)輛以及需要比傳統(tǒng)聚酰亞胺和金屬軸承更高的耐溫能力、耐磨性和尺寸穩(wěn)定性的工業(yè)設(shè)備提供成本和性能優(yōu)勢(shì)。

在玻璃制造中，SCP-5050 表現(xiàn)出較低的導(dǎo)熱性和吸油性，同時(shí)比傳統(tǒng)的玻璃瓶裝組件具有更高的抗沖擊性和耐磨性

用于密封件、絕緣體等：

Vespel® SCP-5000 是 SCP 系列中未填充的等級(jí)，使用與 SCP-5050 和 SCP-50094 相同的基礎(chǔ)聚酰亞胺。它在需要介電特性的絕緣體或需要增強(qiáng)高溫性能和化學(xué)相容性的密封件和閥座等應(yīng)用中具有重大優(yōu)勢(shì)。

杜邦擁有合適的材料、技術(shù)和技術(shù)資源，可幫助您設(shè)計(jì)和制造 的零件和系統(tǒng)。

Vespel 是杜邦公司生產(chǎn)的一系列耐用高性能聚酰亞胺基塑料的商標(biāo)。

特點(diǎn)和應(yīng)用
Vespel 主要用于航空航天、半導(dǎo)體和運(yùn)輸技術(shù)。它結(jié)合了耐熱性、潤(rùn)滑性、尺寸穩(wěn)定性、耐化學(xué)性和抗蠕變性,可用于惡劣和 的環(huán)境條件。
與大多數(shù)塑料不同,即使在高溫下也不會(huì)產(chǎn)生明顯的釋氣,這使得它可用于輕質(zhì)隔熱罩和坩堝支撐。它在真空應(yīng)用中也表現(xiàn)良好,低至極低的低溫。然而,Vespel 往往會(huì)吸收少量的水,從而導(dǎo)致放置在真空中的泵時(shí)間更長(zhǎng)。

盡管在這些特性中,有些聚合物都超過(guò)了聚酰亞胺,但它們的結(jié)合是 Vespel 的主要優(yōu)勢(shì)。

熱物理性質(zhì)
Vespel 通常用作測(cè)試熱絕緣體的導(dǎo)熱性參考材料,因?yàn)樗哂懈咴佻F(xiàn)性和熱物理性能的一致性。例如,它可以承受高達(dá) 300 °C 的反復(fù)加熱,而不會(huì)改變其熱性能和機(jī)械性能。已經(jīng)發(fā)布了大量測(cè)量的熱擴(kuò)散率、比熱容和推導(dǎo)密度的表格,這些表格都是溫度的函數(shù)。
磁性
Vespel 用于 NMR 波譜的高分辨率探針,因?yàn)樗捏w積磁化率(Vespel SP-1 在 21.8 °C 時(shí)為 -9.02 ± 0.25×10?6[5])接近室溫下的水(20 °C 時(shí)為 -9.03×10?6 [6]) 負(fù)值表示兩種物質(zhì)都是抗磁性的.將NMR樣品周?chē)牧系捏w積磁化率與溶劑的體積磁化率相匹配,可以減少磁共振線的磁化率展寬。
制造應(yīng)用加工
Vespel 可以通過(guò)直接成型 (DF) 和等靜壓成型(基本形狀 - 板材、棒材和管材)進(jìn)行加工。對(duì)于原型數(shù)量,通常使用基本形狀以提高成本效益,因?yàn)?DF 零件的工具成本相當(dāng)高。對(duì)于大規(guī)模的CNC生產(chǎn),DF零件通常用于降低每個(gè)零件的成本,而犧牲的材料性能不如等靜壓生產(chǎn)的基本形狀。
類(lèi)型
對(duì)于不同的應(yīng)用,特殊配方被混合/復(fù)合。形狀由三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程生成:
壓縮成型(用于板材和環(huán));
等靜壓成型(棒材用);和
直接成型(用于大批量生產(chǎn)的小尺寸零件)。
與從壓縮成型或等靜壓形狀加工而成的零件相比,直接成型零件的性能特征較低。等靜壓形狀具有各向同性的物理性質(zhì),而直接成型和壓縮成型的形狀表現(xiàn)出各向異性的物理性質(zhì)。

性能優(yōu)勢(shì)

飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)外件
杜邦™ Vespel® 可以幫助解決飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)外部部件的嚴(yán)苛密封、磨損、摩擦、振動(dòng)和耐熱性挑戰(zhàn)。

Vespel® 飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片材料
杜邦™ Vespel® 為飛機(jī)風(fēng)扇葉片耐磨條和葉片墊片提供經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的強(qiáng)度、耐磨性和低摩擦。

發(fā)動(dòng)機(jī)部件
杜邦™ Vespel® 零件在高溫下具有持久的性能,摩擦和磨損小,是襯套、墊圈和密封圈的理想選擇。

渦輪增壓器
杜邦™ Vespel® 部件有助于減少排放,同時(shí)具有耐熱性和隔熱性,是渦輪增壓器和 EGR 系統(tǒng)的理想選擇。

Vespel® SCP-5050 減輕重量并延長(zhǎng)裹尸布?jí)勖?br />
個(gè)案研究

由耐高溫的 VespelSCP-5050 復(fù)合材料制成的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)護(hù)罩具有經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的抗沖擊性，并可能顯著減輕重量（與鋁相比減少 40%，與不銹鋼和鈦相比減少 75%）。使用 VespelSCP-5050 制成的護(hù)罩還具有更長(zhǎng)的部件壽命，這要?dú)w功于減少了磨損界面、整個(gè)護(hù)罩使用了軸承材料以及消除了襯套壽命問(wèn)題。® ®

復(fù)合護(hù)罩提供低摩擦、耐磨的表面，可防止損壞昂貴的金屬葉片桿。此外，VespelSCP-5050 可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和組裝，使用這種材料實(shí)現(xiàn)的重量減輕有助于提高飛機(jī)的燃油效率、航程和有效載荷能力。®

應(yīng)用

護(hù)罩是一個(gè)分段環(huán)，其孔徑向向外鉆孔，用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮機(jī)內(nèi)部使用的可變?nèi)~片桿。有些是分裂的。
凹槽被切成護(hù)罩以接受金屬連接環(huán)，通常帶有可磨損的密封。
護(hù)罩通常是鋁、不銹鋼或鈦。
護(hù)罩利用襯套來(lái)增強(qiáng)磨損并減少可變?nèi)~片桿的摩擦。
內(nèi)罩通常漂浮在發(fā)動(dòng)機(jī)軸線上。
挑戰(zhàn)

如果襯套過(guò)早磨損，昂貴的金屬部件（如葉片）可能會(huì)損壞。
組件需要在預(yù)期的發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命內(nèi)承受熱偏移。
護(hù)罩需要承受沖擊、負(fù)載并保持葉片的相對(duì)位置。
護(hù)罩的設(shè)計(jì)需要允許與多個(gè)葉片同時(shí)組裝。
更強(qiáng)的耐熱磨損性


杜邦 Vespel 在高溫下的耐磨性圖表

溶液

設(shè)計(jì)護(hù)罩采用輕質(zhì)、耐高溫、耐磨的 VespelSCP-5050 復(fù)合材料代替金屬。®

特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

在超過(guò) 600F/315C 的應(yīng)用環(huán)境中具有耐高溫材料的能力。°°
由于減少了磨損界面，整個(gè)護(hù)罩使用軸承材料，并消除了襯套壽命問(wèn)題，因此延長(zhǎng)了部件壽命。
久經(jīng)考驗(yàn)的抗沖擊性。
由于復(fù)合材料的密度較低，與鋁相比，重量可能減輕 40%，與不銹鋼和鈦相比，重量可能減輕 75%。
通過(guò)消除襯套，減少需要庫(kù)存和組裝的零件。
通過(guò)部件整合降低系統(tǒng)成本。
提供盡可能大的子組件。
與動(dòng)態(tài)系數(shù)為 .2 或更低的金屬相比，摩擦力更低。
復(fù)合材料與金屬的減振性能。