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填充聚四氟乙烯垫片工艺和配方选择

发布者:admin 时间:2018-01-12 16:32:00
      随着石油化工行业的快速发展,所使用的密封材料要求也变得苛刻起来,不管是在密封垫片对于不同介质的耐腐蚀性、耐热强度还是对于作业温度的承受力度,亦或是高温高压下仍然有足够力学强度去保持稳定的尺寸等,从这些方面来看,聚四氟乙烯都是最佳选择。原因在于聚四氟乙烯在除了碱金属络合物之外能耐所有介质,完全抗腐蚀;气体透过性也比传统的橡胶、石棉等材料好上很多倍;并且长期使用范围在负一百九十六摄氏度到两百六十摄氏度之间。即使聚四氟乙烯材料有那么多的优势,依然会有弱点,纯聚四氟乙烯的弱点就是蠕变的问题,一般情况下聚四氟乙烯使用一段时间后就容易发生蠕变现象,聚四氟乙烯垫片的厚度会减小,这使得法兰紧固力降低而导致泄漏。
 
  为了让密封效果达到最佳,选择用来制作密封垫片的材料都是容易被压缩,具有很好的弹性、耐化学腐蚀、耐高低温、气体渗透性小等特性。最初采用的是PTFE包覆橡胶垫片,由于橡胶耐热性较差,在有机溶剂中易溶胀,力学强度较低,而且垫片外层的PTFE膜很容易破裂。因此人们期待开发一种新型材料,来提供长周期的有效密封。国外早在上世纪80年代中期就开始研究采用填充改性的方法提高PTFE材料的密封性能。美国GARLOCK公司在1990年开发了多层复合高压缩回弹性填充PTFE垫片(专利号4900629),采用无机空心材料和纯PTFE三层复合,得到力学性能和压缩回弹性能都很好的垫片。目前商品化垫片的牌号主要有GYLON 3504,SIGMA 500,TF 1570等,这类垫片容易被压缩,只需很小的螺栓紧固力就可以达到有效的密封,因而可以用于搪玻璃设备和所需螺栓载荷较低而密封要求较高的场合,可以取代PTFE包覆垫片。国内也有厂家在研制,但在配方及加工方法上和国外有很大的差距,产品存在压缩回复性差、易渗漏、易折断、使用寿命短、适用范围窄等不足。
 

聚四氟乙烯垫片厂家配方选择

 
  密封材料应满足密封功能的要求。由于被密封的介质不同,以及设备的工作条件不同,要求密封材料具有不同的适用性。对密封材料的要求是:
  ①材料致密性好,不易泄漏介质;
  ②有适当的机械强度和硬度;
  ③压缩性和回弹性好,永久性变形小;
  ④高温下不软化、不分解,低温下不硬化、不脆裂;
  ⑤抗腐蚀性能好,在酸、碱、油等介质中能长期工作,其体积一硬度变化小,且不粘附在金属表面上;
  ⑥摩擦系数小,耐磨性好;
  ⑦具有与密封面贴全的柔软性;
  ⑧耐老化性好,经久耐用;
  ⑨加工制造方便,价格便宜,取材容易。
  显然,任何一种材料要完全满足上述要求是不可能的,但具有优异密封性能的材料能够满足上述大部分要求。
 
  据文献报道,高压缩填充PTFE弹性垫片材料的配方主要由3部分组成:PTFE、无机空心微珠和颜料。美国专利4961891中介绍,PTFE选用悬浮细粉,粒径为20~40μm,例如杜邦公司的T-60品级,这样的树脂有利于与填料混合均匀。空心微珠宜选择粒径75μm以下、密度0.20~0.23g/cm3, 例如P.A.工业有限公司的SL100品级,添加量可以为15%~25%。为了改善无机微珠在PTFE中的分散性,要对其进行表面处理,张文举等人采用偶联剂KH-570对玻璃微珠表面进行处理后,用于改性PTFE,取得了一定的效果。应根据空心微珠主要成分的差异,选用适宜的表面处理剂。为了方便厂家和经销商区分使用,有必要选用一定的颜料。颜料首选着色性强、耐腐蚀性好的无机颜料。在原材料选择方面,德诚旺小编认为,无机微珠的选择尤为重要,它关系到承载负荷的大小,如果在产品预压过程中发生破裂,最终将影响产品的性能;其次,溶剂选择也很重要,通常填料的体积比占70%以上,为了使填料能在PTFE中分散均匀,往往需要采用湿法混合,应根据工艺要求,考虑溶剂的沸程、润滑性、黏度等指标是否合适。
 

聚四氟乙烯加工工艺选择

 
  国内填充PTFE垫片的加工方法与PTFE板的加工方法相似。大部分聚四氟乙烯厂家采用无机微珠与PTFE混合,直接模压加工各种规格的垫片,这样的加工方法容易造成垫片厚度不均匀。通常的加工方法如图1所示。
 
  以上方法的优点是工艺成熟,效率高,污染小;缺点是填料在PTFE中很难分散均匀,因向模具中加料不匀造成板材内部致密性不一,尤其是冷压成型,压力要求较高,容易造成空心微珠破裂。
 
  国外采用石油提炼的烃类作为溶剂进行湿法混合,再过滤除去大部分溶剂,预压成板材,然后通过压延机辊压成型,烘干后再进行烧结处理。该方法的优点是填料在PTFE中分散均匀,压延出的板厚薄均匀,而且可以通过调整压延温度来降低压力,从而避免填料破裂。为了提高垫片材料的综合性能,国外厂家开发了多层复合工艺。美国专利4900629介绍了采用3层复合高压缩PTFE垫片材料的制作方法,外层选用空心玻璃微珠填充的PTFE板材,中间选用纯PTFE板材。外层提供良好的压缩率,中间层具有一定的机械强度。美国专利US2004/0175571 A1中介绍了多层PTFE材料的复合工艺,多层PTFE薄片通过辊压(辊温大于325℃),经适当牵引拉伸后再通过380℃的双辊压延复合,冷却后再烧结,可制得各向同性的密封材料。