多年來，泵行業一直存在離心泵的問題 - 環和襯套的持續磨損一直是一個問題。盡管為改善這些產品的壽命和質量做出了許多努力，但沒有一個達到預期�，F在，新的耐磨環和襯套可以用北卡羅來納州Salisbury的一家模塑生產商生產的專有團狀模塑料進行模塑和加工，從而改進這些零件。

離心泵的旋轉軸驅使葉輪旋轉。葉輪迫使液體從供應源通過泵到達用戶。泵的殼體必須保持靜止。襯套在高速/高扭矩軸與靜止殼體之間的配合處引導和支撐高速/高轉矩軸。

直到最近，該配合處的摩擦還導致軸或襯套磨損，泵變得不平衡并迅速失效。由于這種磨損而更換軸或襯套是保持這些泵正常運行的主要問題和成本。

多年來，克服磨損一直困擾著離心泵制造商。在早期，泵軸和襯套都是由鑄鐵制成的。為了延長泵的使用壽命，它們隨后被更換為黃銅或青銅。然而，海水、鍋爐化學物質、不友好的環境工況以及其它污染物攻擊了這些金屬并導致泵故障。

將軸和泵殼體轉換為不銹鋼解決了這些部件的腐蝕問題，但這種材料不能很好地用作襯套。由于泵軸和殼體的成本相對于襯套的成本高得多，制造商和行業選擇用更硬的不銹鋼制造軸和殼體，并犧牲襯套來磨損。因此，離心泵的使用壽命取決于與泵的運動部件和靜止部件配合的襯套的壽命，并且受到襯套壽命的限制。

銅基金屬襯套與不銹鋼材料配套使用時，由于銅基材料的相對熱膨脹系數（CTE）較高，因此是一個問題。隨著較軟金屬的膨脹，軸和襯套之間的間隙會擴大，從而引起振動。冷卻后，間隙收縮到軸上，磨損增加。

非金屬襯套通常由熱塑性塑料制成，具有必要的韌性，但沒有泵襯套所需的尺寸穩定性。根據定義，所有基于熱塑性塑料的襯套都可以重新熔化。結果，隨著泵內溫度的升高，熱塑性塑料開始熔化并失去尺寸穩定性。為了達到所需的尺寸穩定性，添加玻璃纖維和其它硬質填料會導致軸過度磨損，因為這些材料比構成軸的不銹鋼更硬。

其它嘗試的非金屬解決方案包括：

1）浸漬石墨碳 - 這種材料具有良好的耐磨性、CTE和耐化學性，但極其脆弱，在組裝過程中容易損壞。此外，在運行時，液體中的任何異物都會損壞襯套。

2）玻璃填充特氟龍（TFE）碳氟化合物 - 這種材料具有優異的耐化學性和耐磨性，但其CTE是不銹鋼的10倍。經過幾次加熱和冷卻循環后，襯套就會“脫落”。襯套的應力釋放，液體的力將其推出泵。

3）酚醛浸漬亞麻布 - 是一種熱固性塑料，這種材料具有天然硬度和低CTE。該材料滿足泵襯套的所有要求，除了它不是天然潤滑的并且磨損很快。亞麻填充物和樹脂都不具有足夠的耐磨性。

4）耐磨、玻璃填充的團狀模塑料（BMC）- 為襯套提供硬度和耐磨性的玻璃和其它填料會磨損軸。

2008年開始尋找材料，以滿足具有廣泛而雄心勃勃的目標的泵磨損部件的愿望清單，目標是開發出在所有應用中都能承受離心泵環境的材料，而不會磨損襯套或軸。

該零件應：

1）加工成光滑的表面，以便在較寬且不斷變化的溫度范圍內，在泵軸周圍獲得緊密的公差，以消除振動。

2）堅硬耐用，以免液體中無意中攜帶的異物損壞襯套。

3）提供出色的耐化學性，使其不會受到泵送液體的攻擊。

4）足夠柔軟，不會磨損軸，但具有足夠的韌性，可以承受壓配合裝配。

5）在樹脂和纖維之間提供良好的粘合性，使保持力更強，從而留下光滑且尺寸精確的機械加工表面。

6）吸水率低，不會吸收可能導致膨脹或收縮的液體。

咨詢生產商團隊在熱固性模制塑料方面擁有豐富的經驗。熱固性塑料的天然硬度和耐化學性在泵襯套中似乎是理想的。然而，這些化合物需要纖維（通常是玻璃）以賦予它們強度和韌性。玻璃比軸的金屬更硬，因此會導致軸磨損。

為了克服這個問題，他們使用Kevlar為成型零件賦予必要的強度，而沒有玻璃的磨蝕性。Kevlar以前沒有被使用過，因為用項目工程師的話來說，“沒有什么能粘在Kevlar身上”。然而，模塑生產商最近開發了一種粘附在特氟龍上的樹脂，因此顧問決定用Kevlar進行試驗。

如果沒有粘附力，纖維增強不會對零件的強度增加太多。在沒有粘附力的情況下，在加工零件時，加工表面會不夠光滑，因此消除了保持公差的可能性。

當使用任何纖維填充塑料來模塑零件時，兩個不同的力決定了成型零件的強度。首先是纖維的強度，其次是塑料對纖維的粘附力。

理想的條件是塑料和纖維之間的粘合力大于纖維的強度，或者盡可能大。當達到良好的粘合力時，可以將零件加工成光滑的表面，而不會突出（模糊）纖維。

使用Kevlar填充BMC作為襯套材料的第二個主要缺點是Kevlar在環境溫度下吸收7 % 的水分。這會導致Kevlar “防彈”背心出現問題。

當Kevlar纖維吸收水分時，背心的效果就會降低。在吸收液體的高壓泵內部使用的模塑和機械零件很快就會失效。

這種新型樹脂用于制造填充Kevlar的BMC化合物時，解決了這兩個問題。成型一個接近凈形狀的零件并按尺寸加工，可以生產出符合上一節中列出的所有要求的襯套。

此外，它的吸水率與玻璃填充環氧樹脂的吸水率大致相同，環氧樹脂是纖維填充成型部件吸水率的基準。換句話說，吸水率不是問題。

使用新型BMC的零件被模制、機械加工并組裝到泵中進行測試。模制部件具有5英寸的外徑和0.1英寸的壁厚。當質量控制專業人員檢查零件時，他們發現外徑超出0.010英寸，或比要壓入的鋼制零件上的孔大0.010英尺。

塑料部件不是重新加工，而是放置在不銹鋼泵殼孔的上方，并將兩個部件放入20噸的壓力機中。三塊鋼板被放置在要組裝的兩個部件的頂部。當壓力機施加壓力時，聽到了像槍聲一樣的爆裂聲。

 “好吧，你的塑料部件壞了�！币晃还こ處熢u論道。拆卸后，疊層顯示其中一塊鋼板破裂，使成型部件完全就位。這是一個0.010英寸的壓縮壓配合。

盡管存在懷疑，但使用Kevlar熱固性材料生產的泵襯套滿足泵易損件的所有要求：近乎完美的襯套材料柔軟、堅硬、韌性、剛性、熱穩定、易于加工、不吸水且具有成本效益。

作者簡介：位于南卡羅來納州懷利湖P.R.Lewis咨詢有限責任公司的Randy Lewis是一名工業工程師，在塑料成型和復合行業的各個領域都工作了近40年。他與Zeon Technologies合作，為“無法做到”的應用發明了新的熱固性模塑塑料，其中耐磨性、耐化學性和耐高溫是重點。