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阀门常用橡胶密封件的材质常见的有哪些种?
发布时间:2018-1-12   文章来源:江苏卡特斯   
流体(气体、液体)的密封是各工业领域所必需的一门通用技术,不仅建筑、石油化工、船舶、机械制造、能源、交通、环境保护等工业离不开密封技术,航空、航天等尖端工业也与密封技术紧密相关。密封技术应用的领域十分广泛,凡是涉及流体的储存、运输、能量转换的装置都存在密封问题。

密封技术的重要性 密封失效造成的后果是十分严重的,轻者“跑、冒、滴、漏”造成能源和资源的浪费,重者会使操纵失效,甚至产生火灾、爆炸、环境污染等后果危及人身安全!据初步统计机械设备及武器装备的质量事故中1/3以上是由于密封失效引起的,其中造成严重后果的如:美国挑战号航天飞机推进器O形密封圈出现故障造成的机毁人亡;俄罗斯联盟号宇宙飞船燃料舱泄露数名宇航员死于非命;我国东方红三号宇航卫星升空后管路泄露无法正常工作。这就是现在的机械制造企业为什么不惜成本选用优质密封产品的原因。
密封材料的发展 随着科学技术的发展,密封结构的工作条件更加苛刻。由于被密封的流体的温度,压力及腐蚀性大幅度提高,传统的密封材料如毛毡、麻丝、石棉丝、油灰等已不能满足使用要求,其逐渐被橡胶及其它合成材料所代替。橡胶等合成材料一般为高分子聚合物,在大分子链上带有不同特征的官能团(如:氯、氟、氰基、乙烯基、异氰酸基、羟基、羧基、烷氧基等)成为活性交联点。在催化剂、硫化剂、或高温、高能射线作用下,大分子由线性结构、支化结构转变成空间网状结构,这个过程称为硫化。硫化后的橡胶或其他合成材料,大分子失去原有的流动性,称为具有高弹变形的弹性体。常用的橡胶及合成材料有:天然橡胶、丁苯橡胶、氯丁胶、丁氰橡胶、乙丙橡胶、丁基橡胶、聚氨酯橡胶、丙烯酸酯橡胶、氟橡胶、硅橡胶等。
测定密封材料优劣的性能指标
1.拉伸性能
拉伸性能是密封材料首先要考虑的性能,包括:拉伸强度、定伸应力、扯断伸长率和扯断永久变形量。拉伸强度是试样拉伸至断裂的最大应力。定伸应力(定伸模量)是在规定伸长时达到的应力。伸长率是试样受规定的拉伸力时引起的变形,用伸长的增量与原长之比。扯断伸长率是试样拉断时的伸长率。拉断永久变形是试样拉伸断裂后标线之间的残余变形。
2.硬度
硬度表示密封材料抵抗外力压入的能力,也是密封材料基本性能之一。材料的硬度在一定程度上与其他性能相关,硬度越高相对来说强度越大,伸长率越小,耐磨性能越好,而耐低温性能越差。
3.压缩性能
橡胶密封件通常处于受压缩状态,由于橡胶材料的黏弹性,受压缩时压力会随时间减小,表现为压缩应力松弛;除去压力后不能回复原来形状,表现为压缩永久变形。在高温和油类介质中这种现象更为明显,该性能直接关系到密封制品的密封能力的持久性。
4.低温性能
用来衡量橡胶密封件低温特性的指标,下面介绍两种测试低温性能的方法:1)低温回缩温度:把密封材料拉伸至一定长度,然后固定,迅速冷却到冻结温度以下,达到平衡后松开试片,并以一定的速度升温,记录式样回缩10%、30%、50%和70%时温度分别以TR10、TR30、TR50、TR70表示。材料标准以TR10为指标,它与橡胶的脆性温度有关。低温挠曲性:使试样在规定的低温下冷冻到规定时间后,按规定的角度往复弯曲,考察密封件在低温下经过动载荷的反复作用后密封能力的优劣。
5.耐油或耐介质性能
密封材料除接触石油基、双酯类、硅酸脂油料外,在化学工业中有时还接触酸、碱等腐蚀介质。在这些介质中除受腐蚀外,在高温下还会导致膨胀和强度降低,硬度的降低;同时密封材料中的增塑剂和可溶性物质被抽出,导致质量减轻,体积缩小,引起泄漏。一般在一定温度下,在介质中浸泡若干时间后测定其质量、体积、强度、伸长率、硬度的变化来评定密封材料耐油或耐介质性能的优劣。
1.耐老化性能
密封材料受氧气、臭氧、热、光、水分、机械应力作用后会引起性能变坏,称为密封材料的老化。耐老化性(也成为耐候性)可用老化后式样的强度、伸长率、硬度的变化来表示,变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阳光照射,温度变化,风吹雨淋等外界条件的影响 ,而出现的褪色,变色,龟裂,粉化和强度下降等一系列老化的现象.其中紫外线照射是促使塑料老化的关键因素。
阀门常用密封件的材质介绍:
1、丁氰橡胶(NBR)是丁二烯与丙烯氰单体经乳液聚合合成的无规律共聚物,其分子结构式为:—(CH2-CH=CH)m-(CH2-CH2- CH)n- CN
丁氰橡胶最早于1930年在德国开始研制,是丁二烯与25%丙烯氰的共聚物,由于其耐老化、耐热、耐磨性能均优于天然橡胶,因此受到橡胶工业的重视。第二次世界大战期间,随着武器装备的迅猛发展,耐热、耐油的丁氰橡胶作为战备物资,需求量急剧增加。至今已有20多个国家生产丁氰橡胶,年产量56万吨,占全世界合成橡胶总量的4.1%.由于具有优良的耐热、耐油和力学性能,现在已成为耐油橡胶的主体产品,占所有耐油橡胶需求量的80%左右。
丁氰橡胶在20世纪50年代取得了很大的发展,至今已有300多个牌号,按照丙烯氰含量划分,在18%~50%丙烯氰含量范围内可分为:丙烯氰含量>42%为极高氰品级,36%~41%为高氰品级,31%~35%为中高氰品级,25%~30%为中氰品级,24%以下为低氰品级。工业上使用量最大的是低氰品级的丁氰-18(结合丙烯氰含量17%~20%),中氰品级的丁氰-26(结合丙烯氰含量27%~30%),高氰品级的丁氰-40(结合丙烯氰含量36%~40%)。丙烯氰含量的增加可以显著提高丁氰橡胶的耐油和耐热性能,但并非多多益善,因为丙烯氰含量的增加同时会降低橡胶的低温性能。
丁氰橡胶主要用于制造石油基液压油、润滑油、煤油和汽油中工作的橡胶制品其工作温度为-50—100度;短期工作可用于150度,在空气和乙醇甘油防冻液中工作温度为-45—100度。丁氰的耐老化性差,当臭氧浓度较高时会迅速老化龟裂,不宜在高温空气中长期工作,也不能在磷酸酯抗燃液压油中工作。
丁晴橡胶的一般物理特性:1)丁氰橡胶一般为黑色,颜色可根据客户需要调节,但须增加一些成本,而且可能影响橡胶的使用效果。2)丁氰橡胶有轻微的臭鸡蛋问道。3)根据丁氰橡胶的耐油特性及使用温度范围判断密封件的材质是否为丁氰橡胶。
2.硅橡胶(Si或VMQ)是以硅氧键单元(-si-o-si)为主链,以有机基为侧基的线性聚合物。
由于航空、航天等尖端工业的发展,迫切需要耐高温和耐低温的橡胶密封材料。早起使用的天然、丁氰、氯丁等通用橡胶已不能满足工业发展的需要,因而在20世纪40年代初期美国的两家公司开始投入生产二甲基硅橡胶,就是最早的硅橡胶。我国也在20世纪60年代初期研究成功并投入生产。经过几十年的发展,硅胶的品种、性能及产量都有了极大的发展。
硅胶的主要特性:
1)耐热性能 硅胶的高温稳定性能好。可以在150℃下长期使用,性能不会有明显变化;在200℃下可连续工作1万小时以上,甚至可以在350℃高温下短时间使用。
2)耐寒性能 低苯基硅胶和中苯基硅胶在-60℃和-70℃时耐寒系数都在0.65以上具有良好的低温弹性。而一般硅胶的使用温度都在-50℃。
3)耐油及耐化学介质性能 硅胶对乙醇、丙酮等极性溶剂和食物油等的耐受能力很好,只引起很小的膨胀,力学性能基本不会降低;硅胶对低浓度的酸、碱、盐的耐受性也较好,在10%硫酸溶液中放置7天,体积变化率小于1%,力学性能基本不改变。但硅胶不耐浓硫酸、浓碱、四氯化碳及甲苯等非极性溶剂。
4)耐老化性能强,硅胶具有明显的耐臭氧性能和抗辐射能力是普通橡胶不能比拟的。
5)介电性能 硅胶具有很高的体积电阻率(1014~1016Ω•cm)并且在很宽泛的范围内其电阻值保持稳定。适合作为高压条件下的绝缘材料。
6)阻燃性能 硅胶遇火不会马上燃烧,而且其燃烧产生有毒气体较少,燃烧后的产物会形成绝缘性陶瓷曾,因此硅胶还是优良的阻燃材料。
综合以上特性,硅胶被广泛应用于家用电器行业所使用的密封件或橡胶零件,如电热壶、电烫斗、微波炉内的橡胶零件;电子行业的密封件或橡胶零件,如手机按键、 DVD 内的减震垫、电缆线接头内的密封件等;与人体有接触的各式用品上的密封件,如水壶、饮水机等。
3.氟胶(FKM或Vtion)又称氟弹性体,是在主链和侧链碳原子上含有氟原子的高分子聚合物。
从20世纪50年代初期,美国和前苏联就开始含氟弹性体的开发。最早投入生产的是美国杜邦和3M公司的vtionA和Kel-F经过半个世纪的发展,氟弹性体在耐热,耐介质,耐低温和工艺等各个面取得了飞速发展,并形成系列产品。
氟胶有优异的耐热、耐臭氧和各种液压油料的性能。其在空气中的工作温度为-40~250℃,在液压油中的工作温度为-40~180℃。由于氟胶的加工,粘接和低温性能比通用橡胶差、价格也较昂贵,所以多用于通用橡胶不能胜任的高温介质中,但不适用于某些磷酸酯溶液。
4.三元乙丙(EPDM)是乙烯、丙烯及少量非共轭双烯类烯烃的三元共聚物。
1957年意大利实现乙烯、丙烯二元共聚物橡胶(二元乙丙胶)的工业化生产。1963年美国杜邦公司在二元乙丙胶基础上加入少量非共轭的环状二烯作第三单体,合成出分子链上带有双键的低不饱和度三元乙丙。由于分子主链仍是饱和的,三元乙丙保持了二元乙丙的优异性能,同时又实现了硫化的目的。
三元乙丙橡胶 具有优良的耐臭氧性能,在臭氧浓度为1*10-6环境中2430小时仍不龟裂;具有很好的耐腐蚀性:对醇、酸、强碱、氧化剂、洗涤剂、动植物油、酮、和某些脂类都具有很好的稳定性(但在石油基燃油,液压油中膨胀严重,不能在接触矿物油的环境中工作);耐热性能优良,可以在-60~120℃温度下长期使用;具有很好的耐水性能和电绝缘能力。
三元乙丙橡胶本色为米黄色,弹性优良。
5. 聚氨酯弹性体(PU)是由多异氰酸酯和聚醚多元醇或聚酯多元醇或/及小分子多元醇、多元胺或水等扩链剂或交联剂等原料制成的聚合物。1937年德国Otto Bayer教授首先发现多异氰酸酯与多元醇化合物进行加聚反应可制得聚氨酯,并以此为基础进入工业化应用。聚氨酯弹性体使用温度范围在-45℃—110℃,可在较宽的硬度范围具有较高的弹性及强度、优异的耐磨性、耐油性、耐疲劳性及抗震动性,特别是对于润滑油和燃料油均具有良好的抗溶胀性能,具有“耐磨橡胶”之称。
聚氨酯弹性体具有优异的综合性能,已广泛用于冶金、石油、汽车、选矿、水利、纺织、印刷、医疗、体育、粮食加工、建筑等工业部门.
6. 聚四氟乙烯(PTFE)
聚四氟乙烯(英文缩写为Teflon或[PTFE,F4]),被美誉为/俗称“塑料王”,中文商品名“铁氟龙”、“特氟隆”(teflon)、“特氟龙”、“特富隆”、“泰氟龙”等。它是由四氟乙烯经聚合而成的高分子化合物,具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性(是当今世界上耐腐蚀性能最佳材料之一,除熔融金属钠和液氟外,能耐其它一切化学药品,在王水中煮沸也不起变化,广泛应用于各种需要抗酸碱和有机溶剂的)、密封性、高润滑不粘性、电绝缘性和良好的抗老化耐力、耐温优异(能在+250℃至-180℃的温度下长期工作)。聚四氟乙烯它本身对人没有毒性,但是在生产过程中使用的原料之一全氟辛酸铵(PFOA)被认为可能具有致癌作用。
温度 -20~250℃(-4~+482°F),允许骤冷骤热,或冷热交替操作。
压力 -0.1~6.4Mpa(全负压至64kgf/cm2)(Full vacuum to 64kgf/cm2)
优点:
耐高温——使用工作温度达250℃。
耐低温——具有良好的机械韧性;即使温度下降到-196℃,也可保持5%的伸长率。
耐腐蚀——对大多数化学药品和溶剂,表现出惰性、能耐强酸强碱、水和各种有机溶剂。
耐气候——有塑料中最佳的老化寿命。
高润滑——是固体材料中摩擦系数最低者。

缺点:弹性较差。

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