PTFE, PCTFE, PEEK 씰 (seal)

PTFE, PCTFE, PEEK 씰 (seal)

밸브의 가장 중요한 성능 중의 하나는 누설이 없어야 한다는 점이다. 누설이 없기 위해서는 주어진 환경에 적절한 기밀 요소인 씰 (seal) 을 설계 혹은 선택하여야 한다. 특히 밸브의 열고 닫히는 부위의 기밀 요소를 시트 (seat) 라 한다. 

PTFE나 PCTFE 씰은 오링 씰과 달리 극저온에서도 활용가능한 장점이 있다. 고무 재질의 오링은 극저온에서는 경화되어 기밀이 되지 않는다 (유사한 대표적인 예로 미국의 우주왕복선 챌린저호의 폭파사고가 있다). 금속 씰에 의한 기밀도 극저온에서 가능하나 기밀을 위해서는 낮은 조도 (조도를 좋게, 매끈하게) 를 가져야 해서 제작이 어렵고 가공비가 많이 소요되는 단점이 있다. 그러나 금속 씰을 적절히 잘 설계하면 모든 재질의 씰 중에서 가장 우수한 기밀 성능을 나타낸다.

PTFE (Polytetrafluoroethylene) 씰

PTFE 재질은 불소수지 중에서 가장 많이 사용된다. PTFE 재질은 높은 내화학성, 낮은 마찰계수, 넓은 온도 범위, 낮은 수분 흡수율, 높은 전기적 저항성이 특징이다. 대표적인 상품명으로 Teflon 이 있다. ISO 1300-2에서는 Virgin PTFE, 25% Glass Filled, 25% Carbon Filled, Modified PTFE로 구분하는데 이중에서 25% 탄소가 포함된 재질이 밸브 시트로 활용된다. PTFE의 일반적인 녹는점은 327 도씨이며 마찰계수는 0.05~0.1 수준이다.

http://www.fluorocarbon.co.uk/products_materials_ptfe.html

보통 PTFE 씰은 아래와 같은 형태의 씰로 사용이 된다.

Spring Energized Seal

보통 PTFE 씰은 PTFE 씰 가운데에 스프링 역활을 하는 금속을 삽입하여 만들고 내부 유체의 압력으로 씰을 누르게 되어 기밀을 유지한다. 이러한 씰들은 대부분 정적이거나 동적이라하더라도 회전내지는 왕복운동하는 대상물 부근에 사용된다. 삽입되는 금속은 O 형이나 V 형 등이 있고 PTFE의 형상도 조건에 따라 조금씩 바뀐다.

http://www.parker.com/literature/Packing/Packing%20-%20Literature/Catalog_PTFE-Seals_PDE3354-GB_1103.pdf  

Filled PTFE Seal

내부에 별도의 금속 스프링을 넣지 않고 PTFE로만 만들어진 씰도 있다.

http://cdn2.hubspot.net/hub/40031/file-400974852-pdf/Documents/RulonMatCatalog.pdf

http://www.sealanddesign.com/

PCTFE (Polychlorotrifluoroethene) 씰

PCTFE 는 불소수지로 PTFE 에 비해서는 내열성이 좋지 않으나 기계적 성질이 좋다. PTFE에 비하면 인장강도가 크고 연신율이 작고 녹는점이 낮다. 극저온용으로 많이 사용되며 넓은 온도 범위, 낮은 가스 투과성, 매우 낮은 수분 흡수율 등이 장점이다.

상품명으로 Kel-F 가 있으나 3M 사에서 1996년에 생산을 중지했다. 그러나 여전히 PCTFE를 대표하는 상품명으로 불리고 있다. 현재는 다른 회사에서 Neoflon과 Aclon의 상품명으로 PCTFE 레진이 판매된다.

ASTM D638 규격에서 상온 인장 강도는 39 MPa이며 극저온으로 갈수록 인장강도가 커지고 연신율이 작아진다. 녹는점은 210 도씨이고 지속 사용 가능한 최고 온도는 180 도씨이다. 

참고사이트

http://www.fluorocarbon.co.uk/products_materials_pctfe.html

http://www.makeitfrom.com/material-properties/Polychlorotrifluoroethylene-PCTFE/

http://www.aftonplastics.com/images/AP_PCTFE_CutSheet.pdf