Фторопластовые оболочки и покрытия уплотнений

Кольцо в оболочке фторопласта решает узкую, но частую задачу. Резина нужной упругости не держит среду, а чистый фторопласт держит среду, но не пружинит и течёт под постоянной нагрузкой. Оболочка из FEP или PFA принимает на себя химию, сердечник внутри даёт прижим, и получается уплотнение для крышки реактора, люка ёмкости или корпуса насоса, где ни один из материалов поодиночке не справляется.

Оболочка держит химию, сердечник даёт прижим

Оболочку делают из бесшовной трубки FEP (сополимер тетрафторэтилена и гексафторпропилена) или PFA (перфторалкоксиполимер). Оба материала близки к PTFE по стойкости, но в отличие от него плавятся и перерабатываются как термопласты, поэтому из них тянут тонкие трубки без шва. Готовая оболочка закрывает сердечник со всех сторон без шва, и среда видит только фторопласт.

По описанию Freudenberg Sealing Technologies, оболочка FEP стойка почти ко всем жидкостям, газам и химикатам; исключения составляют жидкие щелочные металлы и некоторые соединения фтора. PFA похож на FEP по стойкости, а при температурах выше 200 °C прочнее и меньше подвержен ползучести.

Сердечник со средой не соприкасается, пока цела оболочка. Если оболочку прорезали при монтаже, среда доходит до сердечника, и тогда выбор сердечника становится вторым рубежом: FKM держит большинство агрессивных сред лучше силикона. Сердечник из EPDM изготовитель не рекомендует: при изготовлении кольцо проходит нагрев, после которого свойства EPDM меняются, а FKM и силикон его выдерживают.

Четыре сочетания оболочки и сердечника делят задачи по температуре

Данные схемы взяты из брошюры Freudenberg и относятся к изделиям этого изготовителя; у других поставщиков диапазоны могут отличаться, поэтому их сверяют по документу на конкретное кольцо.

Подпись к таблице: данные изготовителя по брошюре Freudenberg, ориентир; сочетание и материал фиксируются в КП.

Твёрдость 85–95 по Шору A у кольца в оболочке выше, чем у обычного резинового кольца из FKM средней твёрдости. Отсюда главная особенность: кольцо в оболочке сжимается с большим усилием и прощает меньше неточностей канавки.

Какой сердечник выбрать для кольца в оболочке?

Сердечник кольца в оболочке выбирают по температуре и по нужному усилию прижима. FKM даёт малую остаточную деформацию и лучше держит среду, если оболочка повреждена; по данным Freudenberg его диапазон −20…+205 °C. Силиконовый сердечник мягче, работает с −60 °C, а в оболочке PFA до +260 °C. Полый силикон берут для стеклянных и эмалированных деталей, где большое усилие недопустимо.

Кольцо в оболочке работает только в статике

Изготовитель перечисляет условия, где кольца в оболочке не применяют: подвижные соединения, абразивные среды, высокое давление, большое растяжение кольца и большое усилие запрессовки в корпус. Причина одна для всех пунктов: тонкая оболочка не тянется и не восстанавливается, как резина, и любое движение или задир доходит до неё напрямую. Прорванная оболочка превращает кольцо в обычное кольцо из FKM или силикона, которое в этой среде и не должно было стоять.

Для подвижных узлов с агрессивной средой подбирают другие конструкции: уплотнение штока из PTFE с поджимным кольцом держит ход, а перфторэластомер работает там, где нужна упругость резины вместе со стойкостью, близкой к фторопласту. Сравнение по цене и упругости обычно решает, оправдан ли перфторэластомер FFKM или хватит кольца в оболочке.

Где нельзя ставить кольцо в оболочке FEP?

Кольцо в оболочке FEP или PFA нельзя ставить в подвижные соединения, в узлы с абразивной средой, под высокое давление, а также туда, где кольцо при сборке сильно растягивают или запрессовывают с большим усилием. Такие ограничения прямо указывает изготовитель Freudenberg. Тонкая оболочка не восстанавливается после деформации и задира, и после её повреждения среда доходит до сердечника.

Минимальный диаметр кольца зависит от сечения

Оболочку нельзя согнуть в кольцо сколь угодно малого диаметра. По таблице Freudenberg для серийного изготовления минимальный внутренний диаметр растёт с сечением: 16 мм при сечении 1,5–2,5 мм, 24 мм при 3,53 мм, 37 мм при 5,33 мм, 60 мм при 7,0 мм. В специальном исполнении меньшие диаметры возможны, но изготовитель называет для них отдельный срок, а для сечения 1,5 мм нижней границей указан диаметр 5,3 мм.

Пример расчёта: в старой конструкции стоит резиновое кольцо 30 × 5,33 мм, и его хотят заменить кольцом в оболочке. Для сечения 5,33 мм серийный минимум 37 мм, значит, такую замену делают только в специальном исполнении, и её срок и возможность подтверждает изготовитель. Максимальный диаметр, по той же брошюре, не ограничен.

Допуск внутреннего диаметра у кольца в оболочке шире, чем у обычного: оболочка и сердечник по-разному реагируют на температуру, и кольцо слегка деформируется. Freudenberg указывает, что держит допуск по DIN 7715 M2F; этот DIN заменён стандартом DIN ISO 3302-1, где ему соответствует класс M2 для размеров F, и это стоит учитывать при выборе посадки в канавку.

Канавку под оболочку готовят иначе, чем под резину

Кольцо в оболочке ставят в канавки обычных размеров, но требования к входу и кромкам у него строже. По рекомендациям Freudenberg заходная фаска делается под углом 30–40° и длиной не меньше половины сечения кольца. Для сечения 3,53 мм это не меньше 1,8 мм, для 5,33 мм не меньше 2,7 мм. Кромки скругляют, заусенцы снимают со всех деталей, которых кольцо касается при сборке и в работе.

Канавку лучше делать с осевым доступом или разъёмной: кольцо в оболочке почти не растягивается и плохо сжимается, и разъёмный корпус снимает почти все трудности монтажа. Расчёт глубины и ширины канавки ведут как для круглого кольца, а затем проверяют заполнение под более жёсткое сечение; методика расчёта канавки под уплотнительное кольцо остаётся той же, меняется только запас на жёсткость.

Монтаж ведут с прогревом кольца в горячей воде

Изготовители сходятся в одном: девять из десяти отказов колец в оболочке, по их оценке, связаны с ошибками монтажа или конструкции посадочного места. Freudenberg и британский поставщик Polymax в инструкции по установке описывают один порядок. Кольцо выдерживают около 10 минут в горячей воде, Polymax указывает 60–70 °C, и ставят сразу, пока оно тёплое и гибкое.

Во внутреннюю канавку корпуса кольцо вводят передним краем за канавку, укладывают в неё задний край, затем оттягивают передний, и кольцо садится на место. Вал вводят сразу, пока кольцо не остыло. На наружную канавку вала кольцо проводят по гладкому монтажному конусу, а после посадки при необходимости обжимают калибровочным кольцом до исходного диаметра. Конус и калибр делают из латуни или твёрдого пластика без острых кромок.

Работы ведут на остановленном узле, после сброса давления, слива среды и остывания. Старое кольцо из агрессивной среды снимают в средствах защиты, канавку очищают и осматривают на задиры: царапина, которая резиновому кольцу безразлична, прорезает оболочку FEP.

Как установить кольцо в оболочке FEP в канавку?

Кольцо в оболочке FEP перед установкой прогревают около 10 минут в горячей воде, по инструкции Polymax при 60–70 °C, и ставят сразу, пока оно гибкое. Во внутреннюю канавку его вводят, проводя передний край за канавку и укладывая задний, затем оттягивают передний край до защёлкивания. На вал кольцо проводят по гладкому конусу. Острые кромки и заусенцы на пути кольца недопустимы.

Оболочка из PTFE и покрытие PTFE защищают хуже

Кроме колец в бесшовной оболочке FEP и PFA, встречаются кольца в оболочке из PTFE и кольца с покрытием PTFE. PTFE спекают из порошка, он не плавится, и замкнуть из него сварную бесшовную оболочку вокруг кольца не получается: такую оболочку обычно делают разъёмной, и по стыку химия может пройти к сердечнику. Покрытие PTFE наносят тонким слоем дисперсии, оно снижает трение, но со временем истирается и сердечник от среды не защищает.

Кольцо из сплошного фторопласта держит почти любую среду, кроме расплавов щелочных металлов и части соединений фтора, но под постоянным сжатием течёт и теряет натяг: хладотекучесть фторопласта ограничивает его там, где нагрузка постоянна. Кольцо в оболочке сочетает стойкость оболочки с упругостью сердечника и поэтому занимает место между сплошным PTFE и FFKM.

В заявке среду отделяют от выбора кольца

Подбор кольца в оболочке часто начинают с предположений: кто-то уже решил, что нужна оболочка FEP на FKM. Надёжнее разделить данные на две группы. В первую группу входит то, что известно об узле точно: среда с концентрацией, температура рабочая и пиковая, давление, неподвижное ли соединение, размеры канавки или старого кольца, способ сборки корпуса. Во вторую группу входит то, что изготовитель предлагает по этим данным: оболочка, сердечник, сплошной или полый, специальное исполнение по диаметру.

Предложенное во второй группе в КП подписывается как предложение и согласуется отдельно. Для проверки стойкости по среде удобна таблица химической стойкости резин и PTFE, но решение по конкретной среде с примесями остаётся за испытанием или документом изготовителя кольца. Нестандартные уплотнительные кольца и фторопластовые прокладки для того же узла рассчитывают по тем же данным, поэтому их удобно запрашивать вместе.

Нормы приведены по состоянию на октябрь 2026 года. Данные о материалах — ориентир для марок общего назначения; материал, размеры и допуски для вашего узла фиксируются в КП после технической оценки.