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(jī)械制造、能源,、交通,、環(huán)境保護(hù)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(chǔ)存、運(yùn)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(yán)重的，輕者“跑,、冒,、滴、漏”造成能源和資源的浪費(fèi),，重者會(huì)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(jì)機(jī)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(yán)重后果的如：美國挑戰(zhàn)號航天飛機(jī)推進(jìn)器O形密封圈出現(xiàn)故障造成的機(jī)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(jī)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(tuán)（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(diǎn),。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(gè)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(dòng)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(biāo)

      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(qiáng)度、定伸應(yīng)力,、扯斷伸長率和扯斷永久變形量,。拉伸強(qiáng)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(shí)達(dá)到的應(yīng)力,。伸長率是試樣受規(guī)定的拉伸力時(shí)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(shí)的伸長率,。拉斷永久變形是試樣拉伸斷裂后標(biāo)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(qiáng)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(shí)壓力會(huì)隨時(shí)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(biāo),，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(dá)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(shí)溫度分別以TR10,、TR30,、TR50、TR70表示,。材料標(biāo)準(zhǔn)以TR10為指標(biāo),，它與橡膠的脆性溫度有關(guān)。低溫?fù)锨裕?/strong>使試樣在規(guī)定的低溫下冷凍到規(guī)定時(shí)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(dòng)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(shí)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(huì)導(dǎo)致膨脹和強(qiáng)度降低，硬度的降低,；同時(shí)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(shí)間后測定其質(zhì)量、體積,、強(qiáng)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(jī)械應(yīng)力作用后會(huì)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(qiáng)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(fēng)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(qiáng)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(gè)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(jì)50年代取得了很大的發(fā)展,，至今已有300多個(gè)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?yàn)楸┣韬康脑黾油瑫r(shí)會(huì)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(dāng)臭氧濃度較高時(shí)會(huì)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(jī)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(jì)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(jì)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,?？梢栽?50℃下長期使用，性能不會(huì)有明顯變化,；在200℃下可連續(xù)工作1萬小時(shí)以上,，甚至可以在350℃高溫下短時(shí)間使用。

2）耐寒性能 低苯基硅膠和中苯基硅膠在-60℃和-70℃時(shí)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(huì)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(qiáng),，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(huì)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(huì)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(jī)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(jī)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(jì)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(gè)世紀(jì)的發(fā)展，氟彈性體在耐熱,，耐介質(zhì),，耐低溫和工藝等各個(gè)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(jià)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(shí)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(shí)又實(shí)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(shí)仍不龜裂；具有很好的耐腐蝕性：對醇,、酸,、強(qiáng)堿、氧化劑,、洗滌劑,、動(dòng)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(yán)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(kuò)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(jìn)行加聚反應(yīng)可制得聚氨酯，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)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(qiáng)度、優(yōu)異的耐磨性,、耐油性,、耐疲勞性及抗震動(dòng)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(yù)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(dāng)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(jī)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(rèn)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(fù)壓至64kgf/cm2）（Full vacuum to 64kgf/cm2）

　　優(yōu)點(diǎn)：

耐高溫——使用工作溫度達(dá)250℃,。

 耐低溫——具有良好的機(jī)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(qiáng)酸強(qiáng)堿,、水和各種有機(jī)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(diǎn)：

　　彈性較差。

通用閥門密封面常用的軟質(zhì)材料表