安全閥等閥門密封技術(shù)的重要性

閥門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！

安全閥等閥門密封材料的發(fā)展

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，閥門密封結(jié)構(gòu)的工作條件更加苛刻。由于閥門密封流體的溫度，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、油灰等已不能滿足閥門使用要求，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。閥門密封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。

測定閥門密封材料優(yōu)劣的性能指標

1.閥門密封材料拉伸性能

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.閥門密封材料硬度

閥門密封材料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.閥門密封材料壓縮性能

閥門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.閥門密封材料低溫性能

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)定的角度往復彎曲，考察密封件在低溫下經(jīng)過動載荷的反復作用后密封能力的優(yōu)劣。

5.閥門密封材料耐油或耐介質(zhì)性能

閥門密封材料除接觸石油基、雙酯類、硅酸脂油料外，在化學工業(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.閥門密封材料耐老化性能

閥門密封材料受氧氣、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。

閥門常用橡膠密封件的材質(zhì)

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OttoBayer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）（Fullvacuumto64kgf/cm2）

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。

缺點：彈性較差。