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常用密封件的材質介紹

流體（氣體、液體）的密封是各工業領域所必需的一門通用技術，不僅建筑、石油化工、船舶、機械制造、能源、交通、環境保護等工業離不開密封技術，航空、航天等尖端工業也與密封技術緊密相關。密封技術應用的領域十分廣泛，凡是涉及流體的儲存、運輸、能量轉換的裝置都存在密封問題。   

密封技術的重要性 

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，甚至產生火災、爆炸、環境污染等后果危及人身安全！據初步統計機械設備及武器裝備的質量事故中1/3以上是由于密封失效引起的，其中造成嚴重后果的如：美國挑戰號航天飛機推進器O形密封圈出現故障造成的機毀人亡；俄羅斯聯盟號宇宙飛船燃料艙泄露數名宇航員死于非命；我國東方紅三號宇航衛星升空后管路泄露無法正常工作。這就是現在的機械制造企業為什么不惜成本選用優質密封產品的原因。

密封材料的發展 

隨著科學技術的發展，密封結構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，大分子由線性結構、支化結構轉變成空間網狀結構，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力。定伸應力（定伸模量）是在規定伸長時達到的應力。伸長率是試樣受規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，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，由于橡膠材料的黏彈性，受壓縮時壓力會隨時間減小，表現為壓縮應力松弛；除去壓力后不能回復原來形狀，表現為壓縮永久變形。在高溫和油類介質中這種現象更為明顯，該性能直接關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。低溫撓曲性：使試樣在規定的低溫下冷凍到規定時間后，按規定的角度往復彎曲，考察密封件在低溫下經過動載荷的反復作用后密封能力的優劣。

      5、耐油或耐介質性能  密封材料除接觸石油基、雙酯類、硅酸脂油料外，在化學工業中有時還接觸酸、堿等腐蝕介質。在這些介質中除受腐蝕外，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被抽出，導致質量減輕，體積縮小，引起泄漏。一般在一定溫度下，在介質中浸泡若干時間后測定其質量、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性能的優劣。

      6、耐老化性能 密封材料受氧氣、臭氧、熱、光、水分、機械應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,而出現的褪色,變色,龜裂,粉化和強度下降等一系列老化的現象.其中紫外線照射是促使塑料老化的關鍵因素。

常用密封材質的介紹

       1、丁氰橡膠（NBR）是丁二烯與丙烯氰單體經乳液聚合合成的無規律共聚物，其分子結構式為：—（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、耐磨性能均優于天然橡膠，因此受到橡膠工業的重視。第二次世界大戰期間，隨著武器裝備的迅猛發展，耐熱、耐油的丁氰橡膠作為戰備物資，需求量急劇增加。至今已有20多個國家生產丁氰橡膠，年產量56萬噸，占全世界合成橡膠總量的4.1%.由于具有優良的耐熱、耐油和力學性能，現在已成為耐油橡膠的主體產品，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。工業上使用量最大的是低氰品級的丁氰-18（結合丙烯氰含量17%～20%），中氰品級的丁氰-26（結合丙烯氰含量27%～30%），高氰品級的丁氰-40（結合丙烯氰含量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，顏色可根據客戶需要調節，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)根據丁氰橡膠的耐油特性及使用溫度范圍判斷密封件的材質是否為丁氰橡膠。

 2．硅橡膠（Si或VMQ）是以硅氧鍵單元(-si-o-si)為主鏈，以有機基為側基的線性聚合物。

　　由于航空、航天等尖端工業的發展，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發展的需要，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。經過幾十年的發展，硅膠的品種、性能及產量都有了極大的發展。

　　硅膠的主要特性：

1）耐熱性能 硅膠的高溫穩定性能好。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其電阻值保持穩定。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，而且其燃燒產生有毒氣體較少，燃燒后的產物會形成絕緣性陶瓷曾，因此硅膠還是優良的阻燃材料。

　　綜合以上特性，硅膠被廣泛應用于家用電器行業所使用的密封件或橡膠零件，如電熱壺、電燙斗、微波爐內的橡膠零件；電子行業的密封件或橡膠零件，如手機按鍵、DVD 內的減震墊、電纜線接頭內的密封件等；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，美國和前蘇聯就開始含氟彈性體的開發。最早投入生產的是美國杜邦和3M公司的vtionA和Kel-F經過半個世紀的發展，氟彈性體在耐熱，耐介質，耐低溫和工藝等各個面取得了飛速發展，并形成系列產品。

　　氟膠有優異的耐熱、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年意大利實現乙烯、丙烯二元共聚物橡膠（二元乙丙膠）的工業化生產。1963年美國杜邦公司在二元乙丙膠基礎上加入少量非共軛的環狀二烯作第三單體，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異性能，同時又實現了硫化的目的。

　　三元乙丙橡膠具有優良的耐臭氧性能，在臭氧濃度為1*10-6環境中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境中工作）；耐熱性能優良，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劑等原料制成的聚合物。1937年德國Otto Bayer教授首先發現多異氰酸酯與多元醇化合物進行加聚反應可制得聚氨酯，并以此為基礎進入工業化應用。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、醫療、體育、糧食加工、建筑等工業部門

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。它是由四氟乙烯經聚合而成的高分子化合物，具有優良的化學穩定性、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）

　　優點：

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——對大多數化學藥品和溶劑，表現出惰性、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最低者。

　　缺點：

　　彈性較差。

通用閥門密封面常用的軟質材料表