閥門常用密封件的材質(zhì)說明
常用密封件的材質(zhì)介紹:流體(氣體、液體)的密封是各工業(yè)領(lǐng)域所必需的一門通用技術(shù),不僅建筑、石油化工、
船舶、機械制造、能源、交通、環(huán)境保護等工業(yè)離不開密封技術(shù),航空、航天等尖端工業(yè)也與密封技術(shù)緊密相關(guān)。
密封技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域十分廣泛,凡是涉及流體的儲存、運輸、能量轉(zhuǎn)換的裝置都存在密封問題。
密封技術(shù)的重要性:密封失效造成的后果是十分嚴重的,輕者“跑、冒、滴、漏”造成能源和資源的浪費,重者會
使操縱失效,甚至產(chǎn)生火災(zāi)、爆炸、環(huán)境污染等后果危及人身安全!據(jù)初步統(tǒng)計機械設(shè)備及武器裝備的質(zhì)量事故
中1/3以上是由于密封失效引起的,其中造成嚴重后果的如:美國挑戰(zhàn)號航天飛機推進器O形密封圈出現(xiàn)故障造成
的機毀人亡;俄羅斯聯(lián)盟號宇宙飛船燃料艙泄露數(shù)名宇航員死于非命;我國東方紅三號宇航衛(wèi)星升空后管路泄露
無法正常工作。這就是現(xiàn)在的機械制造企業(yè)為什么不惜成本選用優(yōu)質(zhì)密封產(chǎn)品的原因。
密封材料的發(fā)展:隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,密封結(jié)構(gòu)的工作條件更加苛刻。由于被密封的流體的溫度,壓力及腐蝕性
大幅度提高,傳統(tǒng)的密封材料如毛氈、麻絲、石棉絲、油灰等已不能滿足使用要求,其逐漸被橡膠及其它合成材
料所代替。橡膠等合成材料一般為高分子聚合物,在大分子鏈上帶有不同特征的官能團(如:氯、氟、氰基、乙
烯基、異氰酸基、羥基、羧基、烷氧基等)成為活性交聯(lián)點。在催化劑、硫化劑、或高溫、高能射線作用下,大
分子由線性結(jié)構(gòu)、支化結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),這個過程稱為硫化。硫化后的橡膠或其他合成材料,大分子失
去原有的流動性,稱為具有高彈變形的彈性體。常用的橡膠及合成材料有:天然橡膠、丁苯橡膠、氯丁膠、丁氰
橡膠、乙丙橡膠、丁基橡膠、聚氨酯橡膠、丙烯酸酯橡膠、氟橡膠、硅橡膠等。
測定密封材料優(yōu)劣的性能指標:
1、拉伸性能:拉伸性能是密封材料首先要考慮的性能,包括:拉伸強度、定伸應(yīng)力、扯斷伸長率和扯斷永久變形量。
拉伸強度是試樣拉伸至斷裂的最大應(yīng)力。定伸應(yīng)力(定伸模量)是在規(guī)定伸長時達到的應(yīng)力。伸長率是試樣受規(guī)定
的拉伸力時引起的變形,用伸長的增量與原長之比。扯斷伸長率是試樣拉斷時的伸長率。拉斷永久變形是試樣拉伸
斷裂后標線之間的殘余變形。
2、硬度:硬度表示密封材料抵抗外力壓入的能力,也是密封材料基本性能之一。材料的硬度在一定程度上與其他
性能相關(guān),硬度越高相對來說強度越大,伸長率越小,耐磨性能越好,而耐低溫性能越差。
3、壓縮性能:橡膠密封件通常處于受壓縮狀態(tài),由于橡膠材料的黏彈性,受壓縮時壓力會隨時間減小,表現(xiàn)為壓縮
應(yīng)力松弛;除去壓力后不能回復(fù)原來形狀,表現(xiàn)為壓縮永久變形。在高溫和油類介質(zhì)中這種現(xiàn)象更為明顯,該性能
直接關(guān)系到密封制品的密封能力的持久性。
4、低溫性能用來衡量橡膠密封件低溫特性的指標,下面介紹兩種測試低溫性能的方法:低溫回縮溫度:把密封材
料拉伸至一定長度,然后固定,迅速冷卻到凍結(jié)溫度以下,達到平衡后松開試片,并以一定的速度升溫,記錄式樣
回縮10%、30%、50%和70%時溫度分別以TR10、TR30、TR50、TR70表示。材料標準以TR10為指標,它與橡
膠的脆性溫度有關(guān)。低溫撓曲性:使試樣在規(guī)定的低溫下冷凍到規(guī)定時間后,按規(guī)定的角度往復(fù)彎曲,考察密封件
在低溫下經(jīng)過動載荷的反復(fù)作用后密封能力的優(yōu)劣。
5、耐油或耐介質(zhì)性能:密封材料除接觸石油基、雙酯類、硅酸脂油料外,在化學(xué)工業(yè)中有時還接觸酸、堿等腐蝕介
質(zhì)。在這些介質(zhì)中除受腐蝕外,在高溫下還會導(dǎo)致膨脹和強度降低,硬度的降低;同時密封材料中的增塑劑和可溶
性物質(zhì)被抽出,導(dǎo)致質(zhì)量減輕,體積縮小,引起泄漏。一般在一定溫度下,在介質(zhì)中浸泡若干時間后測定其質(zhì)量、
體積、強度、伸長率、硬度的變化來評定密封材料耐油或耐介質(zhì)性能的優(yōu)劣。
6、耐老化性能:密封材料受氧氣、臭氧、熱、光、水分、機械應(yīng)力作用后會引起性能變壞,稱為密封材料的老化。
耐老化性(也成為耐候性)可用老化后式樣的強度、伸長率、硬度的變化來表示,變化率越小耐老化性能越好。
注解:耐候性是指塑料制品因受到陽光照射,溫度變化,風吹雨淋等外界條件的影響,而出現(xiàn)的褪色,變色,龜裂,粉化
和強度下降等一系列老化的現(xiàn)象.其中紫外線照射是促使塑料老化的關(guān)鍵因素。
常用密封材質(zhì)的介紹:
1、丁氰橡膠(NBR)是丁二烯與丙烯氰單體經(jīng)乳液聚合合成的無規(guī)律共聚物,其分子結(jié)構(gòu)式為:—(CH2-CH=CH
)m-(CH2-CH2- CH)n- CN。丁氰橡膠最早于1930年在德國開始研制,是丁二烯與25%丙烯氰的共聚物,由于其
耐老化、耐熱、耐磨性能均優(yōu)于天然橡膠,因此受到橡膠工業(yè)的重視。第二次世界大戰(zhàn)期間,隨著武器裝備的迅猛
發(fā)展,耐熱、耐油的丁氰橡膠作為戰(zhàn)備物資,需求量急劇增加。至今已有20多個國家生產(chǎn)丁氰橡膠,年產(chǎn)量56萬噸,
占全世界合成橡膠總量的4.1%.由于具有優(yōu)良的耐熱、耐油和力學(xué)性能,現(xiàn)在已成為耐油橡膠的主體產(chǎn)品,占所有
耐油橡膠需求量的80%左右。丁氰橡膠在20世紀50年代取得了很大的發(fā)展,至今已有300多個牌號,按照丙烯氰含
量劃分,在18%~50%丙烯氰含量范圍內(nèi)可分為:丙烯氰含量>42%為極高氰品級,36%~41%為高氰品級,31
%~35%為中高氰品級,25%~30%為中氰品級,24%以下為低氰品級。工業(yè)上使用量最大的是低氰品級的丁氰
-18(結(jié)合丙烯氰含量17%~20%),中氰品級的丁氰-26(結(jié)合丙烯氰含量27%~30%),高氰品級的丁氰-40
(結(jié)合丙烯氰含量36%~40%)。丙烯氰含量的增加可以顯著提高丁氰橡膠的耐油和耐熱性能,但并非多多益善,
因為丙烯氰含量的增加同時會降低橡膠的低溫性能。
丁氰橡膠主要用于制造石油基液壓油、潤滑油、煤油和汽油中工作的橡膠制品其工作溫度為-50—100度;短期工作
可用于150度,在空氣和乙醇甘油防凍液中工作溫度為-45—100度。丁氰的耐老化性差,當臭氧濃度較高時會迅速
老化龜裂,不宜在高溫空氣中長期工作,也不能在磷酸酯抗燃液壓油中工作。
丁晴橡膠的一般物理特性:1)丁氰橡膠一般為黑色,顏色可根據(jù)客戶需要調(diào)節(jié),但須增加一些成本,而且可能影
響橡膠的使用效果。2)丁氰橡膠有輕微的臭雞蛋問道。3)根據(jù)丁氰橡膠的耐油特性及使用溫度范圍判斷密封件的
材質(zhì)是否為丁氰橡膠。
2.硅橡膠(Si或VMQ)是以硅氧鍵單元(-si-o-si)為主鏈,以有機基為側(cè)基的線性聚合物。
由于航空、航天等尖端工業(yè)的發(fā)展,迫切需要耐高溫和耐低溫的橡膠密封材料。早起使用的天然、丁氰、氯丁等通
用橡膠已不能滿足工業(yè)發(fā)展的需要,因而在20世紀40年代初期美國的兩家公司開始投入生產(chǎn)二甲基硅橡膠,就是最
早的硅橡膠。我國也在20世紀60年代初期研究成功并投入生產(chǎn)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展,硅膠的品種、性能及產(chǎn)量都有
了極大的發(fā)展。
硅膠的主要特性:
1)耐熱性能 硅膠的高溫穩(wěn)定性能好。可以在150℃下長期使用,性能不會有明顯變化;在200℃下可連續(xù)工作1萬小
時以上,甚至可以在350℃高溫下短時間使用。
2)耐寒性能 低苯基硅膠和中苯基硅膠在-60℃和-70℃時耐寒系數(shù)都在0.65以上具有良好的低溫彈性。而一般硅膠的
使用溫度都在-50℃。
3)耐油及耐化學(xué)介質(zhì)性能 硅膠對乙醇、丙酮等極性溶劑和食物油等的耐受能力很好,只引起很小的膨脹,力學(xué)性
能基本不會降低;硅膠對低濃度的酸、堿、鹽的耐受性也較好,在10%硫酸溶液中放置7天,體積變化率小于1%,
力學(xué)性能基本不改變。但硅膠不耐濃硫酸、濃堿、四氯化碳及甲苯等非極性溶劑。
4)耐老化性能強,硅膠具有明顯的耐臭氧性能和抗輻射能力是普通橡膠不能比擬的。
5)介電性能 硅膠具有很高的體積電阻率(1014~1016Ω?cm)并且在很寬泛的范圍內(nèi)其電阻值保持穩(wěn)定。適合作
為高壓條件下的絕緣材料。
6)阻燃性能 硅膠遇火不會馬上燃燒,而且其燃燒產(chǎn)生有毒氣體較少,燃燒后的產(chǎn)物會形成絕緣性陶瓷曾,因此硅
膠還是優(yōu)良的阻燃材料。
綜合以上特性,硅膠被廣泛應(yīng)用于家用電器行業(yè)所使用的密封件或橡膠零件,如電熱壺、電燙斗、微波爐內(nèi)的橡膠
零件;電子行業(yè)的密封件或橡膠零件,如手機按鍵、DVD 內(nèi)的減震墊、電纜線接頭內(nèi)的密封件等;與人體有接觸的
各式用品上的密封件,如水壺、飲水機等。
3.氟膠(FKM或Vtion)又稱氟彈性體,是在主鏈和側(cè)鏈碳原子上含有氟原子的高分子聚合物。從20世紀50年代初
期,美國和前蘇聯(lián)就開始含氟彈性體的開發(fā)。最早投入生產(chǎn)的是美國杜邦和3M公司的vtionA和Kel-F經(jīng)過半個世紀的
發(fā)展,氟彈性體在耐熱,耐介質(zhì),耐低溫和工藝等各個面取得了飛速發(fā)展,并形成系列產(chǎn)品。氟膠有優(yōu)異的耐熱、
耐臭氧和各種液壓油料的性能。其在空氣中的工作溫度為-40~250℃,在液壓油中的工作溫度為-40~180℃。由于
氟膠的加工,粘接和低溫性能比通用橡膠差、價格也較昂貴,所以多用于通用橡膠不能勝任的高溫介質(zhì)中,但不適
用于某些磷酸酯溶液。
4.三元乙丙(EPDM)是乙烯、丙烯及少量非共軛雙烯類烯烴的三元共聚物。1957年意大利實現(xiàn)乙烯、丙烯二元共
聚物橡膠(二元乙丙膠)的工業(yè)化生產(chǎn)。1963年美國杜邦公司在二元乙丙膠基礎(chǔ)上加入少量非共軛的環(huán)狀二烯作第
三單體,合成出分子鏈上帶有雙鍵的低不飽和度三元乙丙。由于分子主鏈仍是飽和的,三元乙丙保持了二元乙丙的優(yōu)
異性能,同時又實現(xiàn)了硫化的目的。三元乙丙橡膠具有優(yōu)良的耐臭氧性能,在臭氧濃度為1*10-6環(huán)境中2430小時仍
不龜裂;具有很好的耐腐蝕性:對醇、酸、強堿、氧化劑、洗滌劑、動植物油、酮、和某些脂類都具有很好的穩(wěn)定性
(但在石油基燃油,液壓油中膨脹嚴重,不能在接觸礦物油的環(huán)境中工作);耐熱性能優(yōu)良,可以在-60~120℃溫度
下長期使用;具有很好的耐水性能和電絕緣能力。三元乙丙橡膠本色為米黃色,彈性優(yōu)良。
5. 聚氨酯彈性體(PU)是由多異氰酸酯和聚醚多元醇或聚酯多元醇或/及小分子多元醇、多元胺或水等擴鏈劑或交聯(lián)
劑等原料制成的聚合物。1937年德國Otto Bayer教授首先發(fā)現(xiàn)多異氰酸酯與多元醇化合物進行加聚反應(yīng)可制得聚氨
酯,并以此為基礎(chǔ)進入工業(yè)化應(yīng)用。聚氨酯彈性體使用溫度范圍在-45℃—110℃,可在較寬的硬度范圍具有較高的
彈性及強度、優(yōu)異的耐磨性、耐油性、耐疲勞性及抗震動性,特別是對于潤滑油和燃料油均具有良好的抗溶脹性能,
具有“耐磨橡膠”之稱。聚氨酯彈性體具有優(yōu)異的綜合性能,已廣泛用于冶金、石油、汽車、選礦、水利、紡織、印刷、
醫(yī)療、體育、糧食加工、建筑等工業(yè)部門
6. 聚四氟乙烯(PTFE):
聚四氟乙烯(英文縮寫為Teflon或[PTFE,F4]),被美譽為/俗稱“塑料王”,中文商品名“鐵氟龍”、“特
氟隆”(teflon)、特氟龍”、“特富隆”、“泰氟龍”等。它是由四氟乙烯經(jīng)聚合而成的高分子化合物,具有優(yōu)良
的化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕性(是當今世界上耐腐蝕性能最佳材料之一,除熔融金屬鈉和液氟外,能耐其它一切化學(xué)藥品,
在王水中煮沸也不起變化,廣泛應(yīng)用于各種需要抗酸堿和有機溶劑的)、密封性、高潤滑不粘性、電絕緣性和良好的抗
老化耐力、耐溫優(yōu)異(能在+250℃至-180℃的溫度下長期工作)。聚四氟乙烯它本身對人沒有毒性,但是在生產(chǎn)過
程中使用的原料之一全氟辛酸銨(PFOA)被認為可能具有致癌作用。溫度-20~250℃(-4~+482°F),允許驟冷驟
熱,或冷熱交替操作。壓力-0.1~6.4Mpa(全負壓至64kgf/cm2)(Full vacuum to 64kgf/cm2)。
產(chǎn)品優(yōu)點:
耐高溫——使用工作溫度達250℃。
耐低溫——具有良好的機械韌性;即使溫度下降到-196℃,也可保持5%的伸長率。
耐腐蝕——對大多數(shù)化學(xué)藥品和溶劑,表現(xiàn)出惰性、能耐強酸強堿、水和各種有機溶劑。
耐氣候——有塑料中最佳的老化壽命。
高潤滑——是固體材料中摩擦系數(shù)最低者。
通用閥門密封面常用的軟質(zhì)材料表:
序號 |
名 稱 |
代 號 |
適用溫度℃ |
適 用 介 質(zhì) |
1 |
天然橡膠 |
NR |
-50~80 |
鹽類、鹽酸、金屬涂層溶液、水、濕氯氣 |
2 |
氯丁橡膠 |
CR |
-40~80 |
動物油、植物油、無機潤滑油、及PH值變化很 大的腐蝕性泥漿 |
3 |
丁基橡膠 |
IIR |
-30~100 |
抗腐蝕、抗磨損、耐絕大多數(shù)無機酸和酸液 |
4 |
丁腈橡膠 |
NBR |
-30~90 |
水、油品、廢液等 |
5 |
乙丙橡膠 |
EPDM |
-40~120 |
鹽水、40%硼水、5%~15%硝酸及氯化鈉等 |
6 |
氯磺化聚乙烯 合成橡膠 |
CSM |
-20~100 |
耐酸性好 |
7 |
硅橡膠 |
SI |
-70~200 |
耐高溫、低溫、電絕緣性好、化學(xué)惰性大 |
8 |
氟橡膠 |
FPM |
-23~200 |
耐介質(zhì)腐蝕優(yōu)于其它橡膠,抗輻射、耐酸 |
9 |
聚四氟乙烯 |
PTFE (TFE) |
-196~200 |
耐熱、耐寒性優(yōu),耐一般化學(xué)藥品溶劑和幾乎所 有液體 |
10 |
可熔性聚四氟 乙烯 |
PFA Fs-4100 |
≤180 |
多種濃度硫酸,氫氟酸、王水,高溫濃硝酸, 各種有機酸,強堿等 |
11 |
聚全氟乙丙烯 |
FEP (F46) |
≤150 |
高溫下有極好的耐化學(xué)性、耐陽光、耐候性 |
12 |
聚偏氟乙烯 |
PVDF (F2) |
-40~150 |
耐化學(xué)性能很好,耐陽光和耐候性極好是強度最 高和最硬的氟塑料 |
13 |
聚三氟氯乙烯 |
PCTFE (F3) |
≤190 |
耐化學(xué)性能很好,耐陽光和耐候性極好可在 198℃下連續(xù)使用強度和硬度比F46和PTFE高 |
14 |
聚烯烴 |
PO |
≤100 |
耐各種濃度的酸、堿、鹽、及某些有機溶劑的腐 蝕、耐沖蝕、防靜電、無毒 |
15 |
聚丙烯 |
PP |
-70~100 |
耐化學(xué)性能和耐應(yīng)力開裂性能極好,耐候性差 |
16 |
聚醚醚酮 |
PEEK |
-46~300 |
具有優(yōu)異力學(xué)性能和耐化學(xué)品的高強度耐高溫樹 脂、有出色耐磨性和尺寸穩(wěn)定性用于閥門密封件 |
17 |
對位聚苯 |
PPL |
≤300 |
基本同聚四氟乙烯 |
18 |
尼龍,聚酰胺 |
NYLON |
≤80 |
耐堿、氨 |
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