Điện thoại: 0838 855 955
Hotline: 0938 216 668


Đặc tính vật liệu phi kim trong hệ thống lạnh


Vật liệu phi kim loại được sử dụng trong kỹ thuật lạnh chủ yếu gồm cao su, amiang (asbest), chất dẻo, thủy tinh và gốm … chúng được sử dụng làm đệm kín và vật liệu cách điện, cách nhiệt. Ngoài ra thủy tinh sử dụng làm kính quan sát mức dầu trong máy nén, mức gas …, chất dẻo dùng làm gioang, đệm kín, màng cách điện và cả séc măng. Các vật liệu cách điện cho động cơ, cho các bộ phận tiếp điện, cho dây dẫn … được sử dụng dưới dạng tấm, dạng sợi và dạng sơn phủ.

1. Đặc tính vật liệu phi kim trong hệ thống gas lạnh Freon

 

Độ bền hóa học

 

Môi chất lạnh ammoniac và các môi chất vô cơ khác hầu như không tác động và ăn mòn các vật liệu phi kim loại chế tạo máy. Nhưng chỉ sử dụng các vật liệu phi kim loại trong vòng tuần hoàn môi chất lạnh là Freon cần đặc biệt thận trọng. Các Freon có thể hòa tan và làm trường phồng các đệm kín và các vật liệu cách điện hữu cơ. Những vậ liệu vô cơ tự nhiên như thủy tinh, gốm và amiang (asbest) thường được trộn với các chất có tính đàn hồi để làm đệm kín. Bảng 1 giới thiệu độ trương phòng của các chất đàn hồi trong các môi chất hydro cacbon gốc halogen (các môi chất lạnh freon) và khả năng ứng dụng của chúng. Trong vòng tuần hoàn của mỗi chất lạnh còn có thêm dầu bôi trơn và các sản phẩm thứ cấp. Theo các kết quả thử nghiệm, dầu và các sản phẩm thứ cấp tác động làm cho sự ăn mòn nhanh hơn và các phản ứng phá hủy vật liệu hữu cơ xảy ra phát triển với tốc độ lớn hơn.

 

 

(1). Cao su tổng hợp trung hợp từ 2 clobutadien (neoprene và cloropen)

 

(2). Cao su tổng hợp trùng hợp butadiene và acrylnitri (perbunan Buna N)

 

(3). Cao su tổng hợp trùng hợp từ butadiene và acrylnitrit (Buna S)

 

(0). Hoàn toàn không phù hợp.

 

1. Ít phù hợp và hạn chế, ví dụ R22 không phù hợp với cao su tổng hợp 2 hoặc R11 không phù hợp với 0), 1) và (3), R113 sử dụng hạn chế với (0).

 

2. Thích hợp, có thể sử dụng được.

 

Nói chung trương phòng < 10 là phù hợp

 

< 20 và > 10 hạn chế sử dụng

 

Và > 20 không phù hợp, không thể sử dụng được.

 

Nhiều cuộc nghiên cứu và thí nghiệm đã được tiến hành kiểm tra sử ăn mòn, sự hòa tan và sự trương phòng của các vật liệu đàn hồi trong các môi chất Freon. Đồng thời, sự tác động của dầu bôi trơn, của các sản phẩm thứ cấp trong vòng tuần hoàn và sự tác động nhiều thành phần trong vòng tuần hoàn cũng được xem xét và nghiên cứu. Vì ngoài dầu và môi chất lạnh còn có cả ẩm, không khí, các bụi bẩn, cặn bẩn và các vẩy hàn, oxyt kim loại … Các chất này có thể tạo ra phản ứng khác nhau hoặc làm chất xúc tác để tạo ra các chất ăn mòn cũng như các sản phẩm có hại khác. 

 

Những chất có hại cho hệ thống lạnh cần phải được thải ra khỏi vòng tuần hòa môi chất lạnh. Ở các hệ thống lạnh trung bình và lớn, dầu bôi trơn có thể được định kỳ thay thế, các khí không ngưng có thể được xả định kì ra khỏi hệ thống, các trục trặc về môi chất cũng dễ dàng được điều chỉnh sửa chữa nhưng ở hệ thống lạnh kín, những công tác bảo dưỡng tương tự không thể thực hiện được. Chính vì vậy việc làm sạch hệ thống lạnh kín được đặc biệt coi trọng. Chất lượng môi chất lạnh và dầu bôi trơn nạp vào hệ thống kín cũng cầ có chất lượng tốt nhất để hạn chế mọi phản ứng có hại cho hệ thống. Bảng 2 giới thiệu sự thích ứng của một số vật liệu chất dẻo với môi chất Freon.

 

Tính chất vật lí và cơ học

 

Giống như các vật liệu phi kim loại, tính chất vật lí và cơ học của vật liệu phi kim loại cũng phụ thuộc ít hoặc nhiều vào nhiệt độ tùy theo từng loại vật liệu. Tính chất cơ lí của thủy tinh và gốm gần như phụ thuộc rất ít vào nhiệt độ. Đọ dãn nở nhiệt của hai vật liệu trên cũng rất nhỏ. Độ bền phá hủy, độ bền uốn phụ thuộc vào nhiệt độ từ nhiệt độ môi trường đến -400C đã được nghiên cứu kĩ. Các kết quả cho thấy chúng tăng khi nhiệt độ giảm, và phụ thuộc nhiều vào tốc độ biến dạng. Độ bền phá hủy tăng gấp 2 khi hạ nhiệt độ từ 200C xuống -1900C. Cần thận trọng khi đưa vật thử trở lại nhiệt độ môi trường. Tốc độ tăng nhiệt độ không được quá lớn. Thủy tinh được dùng làm các chi tiết trong chế tạo máy đặc biệt làm mắt dầu, mắt gas, mức lỏng kế và các chi tiết không chịu va đập. Thủy tinh cũng có thể làm ổ trượt nếu đạt độ biến dạng nhỏ cho phép.

 

 

Bảng 2. Tính chất của một số vật liệu chất dẻo đối với môi chất lạnh freon.   

 

Những loại vật có nguồn gốc hữu cơ đều có các giá trị số về độ bền nhỏ trừ loại chất dẻo gia cứng bằng sợi thủy tinh và một vài loại chất dẻo rắn được sử dụng trong kĩ thuật cryo. Tuy nhiên những tính chất và độ bền cơ học đối với vật liệu chất dẻo cũng không có ý nghĩa quan trọng như đối với các vật liệu kim loại. Nói chung, độ bền kéo, nén và uốn của chất dẻo tăng khi nhiệt độ giảm, trong khi độ bền dẻo va đạp giảm. Tuy nhiên tính chất của các loại chất dẻo mềm, chất dẻo cứng và các vật liệu đàn hồi cũng có nhiều điểm khác nhau. Bắt đầu từ nhiệt độ -20 … -300C, độ dẻo giảm đáng kể và thay vào đó là độ cứng và độ giòn. Các vật liệu đàn hồi khi giảm đến một nhiệt độ nào đó có thể nghiền nhỏ hoặc có thể gia công cơ khí. Một thử nghiệm có tính chất giới thiệu rất quen thuộc là nhúng các vật đàn hồi như cao su, phớt, len … vào không khí lỏng hoặc nito lỏng đang sôi, các vật liệu này sẽ hóa cứng và giòn như thủy tinh. Tính chất “giòn lạnh” phụ thuộc vào nhiệt độ là một trong những tính chất quan trọng của vật liệu đàn hồi. Riêng các loại chất dẻo flour là có tính đàn hồ tương đối ổn định và ít phụ thuộc vào nhiệt độ khi nhiệt độ giảm. Các chất dẻo loại này bởi vậy có độ đàn hồi lớn nhất và các tính chất cơ học cũng tương đối ổn định nhất so với các vật liệu chất dẻo khác.

 

Khối lượng riêng của vật liệu chất dẻo nhỏ hơn nhiều so với kim loại. Khối lượng riêng của polyentylen là 0,93; PVC 1,35; PTFE 2,1, 7,86; đồng 8,93 g/cm3.

 

Hệ số dãn nở nhiệt của vật liệu chất dẻo ngược lại lớn hơn của kim loại. Các giá trị nằm trong khoảng từ 0,07.10-3 đến 0,24.10-3 1/K ở nhiệt độ 0 … 1000C. Như vậy, ví dụ sự co ngót tương đối khi hạ từ nhiệt độ môi trường đến 4K sẽ là 2,4% đối với polyetylen, 2,1% đối với PTE. Nghĩa là, các trị số đó lớn hơn của kim loại khoảng 7 – 8 lần. Nếu sử dụng chất dẻo kết hợp với kim loại ở nhiệt độ thấp cần chú ý đến sự co ngót khác nhau giữa hai vật liệu có thể dẫ đến bị rò hở và phá hủy.

 

Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu chất dẻo chỉ nằm trong khoảng 0,15 … 0,5 W/(mK), bằng 1/100 đến 1/1000 hệ số dẫn nhiệt trung bình của kim loại. Với hệ số dẫn nhiệt nhỏ như vậy, các vật liệu chất dẻo thích ứng rất tốt đối với kỹ thuật cryo, vì hệ số dẫn nhiệt càng bé, tổn thất lạnh do nhiệt từ môi trường thẩm thấu vào càng nhỏ. Tuy nhiên các thiết bị cryo còn đòi hỏi những tính chất khác như độ bền cơ học các loại. Để đáp ứng đòi hỏi về độ bền, người ta đã chế tạo được chất dẻo độn sợi thủy tinh. Chất dẻo độn sợi thủy tinh có độ bền cơ học cao, hệ số dẫn nhiệt nhỏ, khối lượng riêng nhỏ hơn kim loại được sử dụng để chế tạo các loại bình chứa hoặc các chi tiết của bình chứa các chất lỏng cryo ở áp suất khí quyển và ở nhiệt độ thấp (ví dụ, nito lỏng ở -1960C). Ngày nay một số kim loại chất dẻo độn sợi kim loại được nghiên cứu chế tạo và sử dụng vào mục đích này.

 

2. Vật liệu phi trong hệ thống lạnh chiller

 

Cao su: Cao su bao gồm cả cao su tự nhiên và cao su tổng hợp. Cao su (hay elastomer) là chuỗi dài linh hoạt của các polymer có thể kéo giãn dễ dàng nhiều lần so với chiều dài tự nhiên và trở về kích thước ban đầu nhanh chóng khi lực kéo được nhả ra. Cao su có liên kết chéo (được lưu hóa), nhưng có mật độ liên kết chéo thấp. Các liên kết chéo là chìa khóa của tính đàn hồi, hoặc tính cao su, của vật liệu này. Độ đàn hồi cung cấp khả năng phục hồi trong các ứng dụng niêm kín. Nhiều bộ phận trong bơm, van, thiết bị lạnh được làm từ cao su như dây cuốn, O-ring. Về cao su có các loại sau:

 

- Cao su Nitrile (NBR)

 

 

Ở nhiệt độ lên tới 100 0C cao su tritrile là loại vật liệu rẻ tiền có tính khánh dầu và nhiên liệu. Có nhiều cấp khác nhau - thành phần acrylonitrile (CAN) càng nhiều, tính kháng dầu càng cao, nhưng độ dẻo ở nhiệt độ thấp càng kém. Cao su nitrile có khả năng hồi phục cao và có tính chống mài mòn cao nhưng chỉ có sức bền vừa phải. Hơn nữa, cao su có độ chống lại thời tiết hạn chế tính kháng dung môi kém. Nói chung chúng có thể được dùng ở nhiệt độ thấp tới -300C nhưng một vài cấp có thể hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn.

 

- Cao su ethylene propylene (EPDM)

 

 

Ethylene propylene có tính kháng nước rất tốt cho tới nhiệt dộ xấp xỉ 120 - 140 0C. Loại cao su này có tính kháng axit tốt, kháng kiềm mạnh và các chất lỏng phân cực cao như methanol và acetone. Tuy nhiên chúng có tính kháng dầu khoáng và nhiên liệu rất kém.

 

- Fluoroelastomer (FKM)

 

 

Fluoroelastomer  bao gồm cả họ cao su được thiết kế để chịu được dầu, nhiên liệu và một loạt hoát chất gồm các dung môi không phân cực. FKM cung cấp tính kháng nhiệt cực tốt (tới 2000C tùy vào cấp) trong không kkhis và nhiều loại dầu khác nhau. Cao su FKM thì có hạn chế trong tính kháng hơi nước, nước nóng, methanol, và các chất lỏng phân cực cao. Hơn nữa loại cao su này có tính kháng kém đối với amin, kiềm mạnh và freon. Có loại tiêu chuẩn và cấp đặc biệt - loại sau có tính chất đặc biệt, chẳng hạn như tính kháng hóa chất và nhiệt độ thấp được cải thiện.

 

- Cao su silincon (Q)

 

 

Cao su silicon có tính chất nổi bật như độ nén kém trong một dãy nhiệt độ rộng (từ -600C đến 2000C trong không khí), cách điện cực tốt và không độc. Cao su silicon có tính kháng nước, vài axit và hóa chất oxy hóa. Axit đậm đặc, kiềm, và dung môi không nên dùng với cao su silicon. Nói chung các loại cao su này có tính kháng dầu và nhiên liệu rất kém. Tuy nhiên kháng tính của cao su silicon FMQ đối với dầu và nhiên liệu thì tốt hơn của cao su silicon loại MQ, VMQ và PMQ.

 

Cao su Perfluoelastomer (FFKM)

 

 

Perfluoelastomer có tính kháng hóa chất rất cao, hầu như có thể so với PTFE (polytetrafluorethylene như teflon). Chúng có thể được dùng ở nhiệt độ cao nhưng nhược điểm của chúng là khó xử lý, giá rất cao và dùng hạn chế ở nhiệt đọ thấp.

Tin khác



Copyright © 2015 www.baogiavattu.com

Báo Giá Vật Tư tổng hợp
www.baogiavattu.com - CHUYÊN CUNG CẤP THIẾT BỊ VẬT TƯ CÔNG NGHIỆP & DÂN DỤNG!

Văn phòng: 372/5F Tùng Thiện Vương, Phường 13, Quận 8, Tp. Hồ Chí Minh

Email: baogiathietbivattu@gmail.com