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硬密封蝶阀材料的选择

2017

02/11 17:19:07
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 硬密封蝶阀材料的选择 

  由于金属密封蝶阀其使用温度一般在450℃以下,故复合层金属密封圈应满足如下条件:①抗拉强度不小于18MPa;②耐450℃高温且密封性能良好;③具有较小的耐摩擦性。为满足蝶阀金属密封圈的要求,北京市制动密封材料厂,经过试验,筛选出研制复合层金属密封圈的最佳原材料如下。 
  (1)石棉 
石棉具有较高的耐温性,较好的机械加工性。为了满足其抗拉强度的需求,该复合层金属密封圈采用了长纤维类温石棉。温石棉矿物组成为含水硅酸镁,分子式为3Mg02·Si02·2H20,它含有2分子的结晶水,其含量一般大于12%,温石棉的化学成份见下表。
石棉的耐热性关系到金属密封圈的耐湿性。且湿石棉的溶点高达1520℃。石棉具有较高的吸水性,加热至200℃以上,也不会失尽表面水份。尽管表面水份的失掉会使强度降低,但吸水后仍可复元。在湿石棉结构中,即含有结晶水,又含有化合水,结晶水在450-500℃析出,化合水在510℃才缓缓逸出,至700℃全部逸出。石棉和金属材料复合后,更能提高其耐热性,故复合层金属密封圈在450℃以下工作是有保证的。 
  (2)石墨 
鳞片石墨是碳的结晶体,其晶体结构属六方晶系,呈层状结构,有金属光泽质软,莫氏硬度1~2,比重2.2~2.3,其容量一般为1.5~1.8,具有良好的耐高温性能,最高湿度可达1600℃,同时,具有耐各种腐蚀、导电、导热、润滑,可塑能性能,将其加入石棉板中可提高石棉板的耐热性及自油滑性。 
  (3)石棉石墨橡胶板 
石棉石墨橡胶板是蝶阀复合层金属密封圈的非金属层用材。采用优质长纤维石棉与石墨橡胶及其它配合剂,经辊轧而成,具有较高的抗拉强度,良好的压缩回弹及密封性能,其性能要求如下:①横向拉力:1.3~2.3Mpa;②烧失量(%):750~800℃,1小时小于28;③压缩率(%):12±5;④回弹率(%):40~80;⑤密封性:温度T440~4500C;压力11~12MPa保持30分钟不掉压,不漏。 
  (4)金属板选用优质的不锈钢板(1Cr18Ni9Ti)。该钢板的抗拉强度大于500MPa,当钢板与铸铁动摩擦时,在有润滑剂的情况下,摩擦系数为0.05~0.15,该金属板完全能满足高温高压蝶阀的设计要求。 
  (5)胶粘剂蝶阀复合层金属密封圈能否承受高温的关健还是胶粘剂。通过试验得出,所选用的胶粘剂必须具备以下特点:①石棉石墨板和不锈钢板具有良好的粘接能力;②具有较高的耐热性,且在高温下不会丧失粘接能力;③经粘接硫化后的金属密封圈具有较高的抗拉强度。 
通过对多种胶粘剂的试验对比,发现硅类胶粘剂其耐湿性虽能满足要求,但硫化后其柔软性较差,脆性大,不适合作复合层金属密封圈的胶粘剂。一般所有机胶粘剂,虽具有较好的低湿粘接性能,但在高温250℃下几乎丧失粘接能力,也不适合作复合金属密封圈的胶粘剂。唯有结构型改性胶粘剂,能满足蝶阀复合层金属密封圈的要求。该结构型改性胶粘剂分解温度为423℃,它不但具有耐高温的基体,而且加入改型配合剂使其在固化过程中获得紧凑的结构,密实的胶接层,并起到阻止氧化裂解反应的进行,其机理:   
RR’+02→R’OO+R链不发 
R+O2→ROO 
ROO+RR→ROOH+R链增长 
ROO+R’00→ROOR’+O2链终止 
由上述可知,由于加入改性配合剂使其与氧化裂解所产生的自由基,生成一种稳定的网状大分子结构,终止链的反应,阻止氧化裂解的发展,有较好的耐冲刷性。   
  2.2工艺路线
热压成型工艺条件不同的胶粘剂具有不同的固化条件,同一种胶粘剂,粘接不同的物质,其固化条件也不同成型工艺,其温度,压力、时间的选择: 
  ①温度:升高成型温度时,会提高胶粘剂的流动性,有利于漫流扩散,提高胶粘强度,提高效率。但温度过高,胶粘剂会分解,降低或丧失胶粘强度; 
  ②压力:增大成型压力时,有利于达到最大的接解面积。而且有利于胶粘剂分子与被粘物分子的接近,提高它们之间的相互作用,减少空气气波,提高粘接力。但压力过大,会降低密封圈的压缩回弹性能,降低制品的密封持性; 
  ③时间:粘结强度随成型时间的延长而增加,但时间过长,会降低生产效率,也会引起制品的非金属的后期老化;在研制中,通过反复实验,得出蝶阀复合层金属密封圈热压固化的最佳条件为:①温度:130℃~160℃;②压力:5MPa~10.0MPa;③时间:5Omin~100min。 
由于蝶阀金属密封圈在使用过程中,受高温、高压及水流、气流的冲刷、腐蚀,故要求该产品具有多种优良的物理机械性能,主要包括较高的抗拉强度,较高的耐高温,高压性能和较好的密封性能。目前,国内尚无检验该产品的试验方法,该产品的各种性能只能由优质的原材料和合理的加工工艺来保证.其耐腐蚀,抗拉强度由1cr18Ni9Ti不锈钢板来保证,耐高温,高压及密封性由金属板、石棉石墨板和耐高压的胶粘剂来保证。金属密封圈复合好,经机加工成椎面(椎面为密封工作面)后,在金属板之间的石棉石墨橡胶板鼓出金属板,形成局部软密封,发挥了石棉石墨板的作用,达到了良好的密封效果,这也是该金属密封圈具有优良密封的机理。
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