密封基礎(chǔ)知識(shí)-(聚四氟乙烯)以及(聚四氟乙烯密封圈)

密封基礎(chǔ)知識(shí)-----(聚四氟乙烯)以及(聚四氟乙烯密封圈)聚四氟乙烯聚四氟乙烯是四氟乙烯的聚合物。英文縮寫為PTFE。聚四氟乙烯的基本結(jié)構(gòu)為.-CF2-CF2-CF2-CF2-CF2-CF2-CF2-CF2-CF2-CF2-.聚四氟乙烯廣泛應(yīng)用于各種需要抗酸堿和有機(jī)溶劑的,它本身對(duì)人沒(méi)有毒性，但是在生產(chǎn)過(guò)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。聚四氟乙烯相對(duì)分子質(zhì)量較大，低的為數(shù)十萬(wàn)，高的達(dá)一千萬(wàn)以上，一般為數(shù)百萬(wàn)（聚合度在104數(shù)量級(jí)，而聚乙烯僅在103）。一般結(jié)晶度為90～95％，熔融溫度為327～342℃。聚四氟乙烯分子中CF2單元按鋸齒形狀排列，由于氟原子半徑較氫稍大，所以相鄰的CF2單元不能完全按反式交叉取向，而是形成一個(gè)螺旋狀的扭曲鏈，氟原子幾乎覆蓋了整個(gè)高分子鏈的表面。這種分子結(jié)構(gòu)解釋了聚四氟乙烯的各種性能。溫度低于19℃時(shí)，形成13／6螺旋；在19℃發(fā)生相變，分子稍微解開(kāi)，形成15／7螺旋。雖然在全氟碳化合物中碳-碳鍵和碳-氟鍵的斷裂需要分別吸收能量346.94和484.88kJ／mol，但聚四氟乙烯解聚生成1mol四氟乙烯僅需能量171.38kJ。所以在高溫裂解時(shí)，聚四氟乙烯主要解聚為四氟乙烯。聚四氟乙烯在260、370和420℃時(shí)的失重速率（％）每小時(shí)分別為1×10-4、4×10-3和9×10-2?？梢?jiàn)，聚四氟乙烯可在260℃長(zhǎng)期使用。由于高溫裂解時(shí)還產(chǎn)生劇毒的副產(chǎn)物氟光氣和全氟異丁烯等，所以要特別注意安全防護(hù)并防止聚四氟乙烯接觸明火。力學(xué)性能它的摩擦系數(shù)極小，僅為聚乙烯的1／5，這是全氟碳表面的重要特征。又由于氟-碳鏈分子間作用力極低，所以聚四氟乙烯具有不粘性。聚四氟乙烯在-196～260℃的較廣溫度范圍內(nèi)均保持優(yōu)良的力學(xué)性能，全氟碳高分子的特點(diǎn)之一是在低溫不變脆。耐化學(xué)腐蝕和耐候性除熔融的堿金屬外，聚四氟乙烯幾乎不受任何化學(xué)試劑腐蝕。例如在濃硫酸、硝酸、鹽酸，甚至在王水中煮沸，其重量及性能均無(wú)變化，也幾乎不溶于所有的溶劑，只在300℃以上稍溶于全烷烴（約0.1g／100g）。聚四氟乙烯不吸潮，不燃，對(duì)氧、紫外線均極穩(wěn)定，所以具有優(yōu)異的耐候性。電性能聚四氟乙烯在較寬頻率范圍內(nèi)的介電常數(shù)和介電損耗都很低，而且擊穿電壓、體積電阻率和耐電弧性都較高。耐輻射性能聚四氟乙烯的耐輻射性能較差（104拉德），受高能輻射后引起降解，高分子的電性能和力學(xué)性能均明顯下降。聚合聚四氟乙烯由四氟乙烯經(jīng)自由基聚合而生成。工業(yè)上的聚合反應(yīng)是在大量水存在下攪拌進(jìn)行的，用以分散反應(yīng)熱，并便于控制溫度。聚合一般在40～80℃，3～26千克力／厘米2壓力下進(jìn)行，可用無(wú)機(jī)的過(guò)硫酸鹽、有機(jī)過(guò)氧化物為引發(fā)劑，也可以用氧化還原引發(fā)體系。每摩爾四氟乙烯聚合時(shí)放熱171.38kJ。分散聚合須添加全氟型的表面活性劑，例如全氟辛酸或其鹽類。應(yīng)用聚四氟乙烯可采用壓縮或擠出加工成型；也可制成水分散液，用于涂層、浸漬或制成纖維。聚四氟乙烯在原子能、航天、電子、電氣、化工、機(jī)械、儀器、儀表、建筑、紡織、食品等工業(yè)中廣泛用作耐高低溫、耐腐蝕材料，絕緣材料，防粘涂層等?；瘜W(xué)性質(zhì)耐腐蝕性：能夠承受除了熔融的堿金屬，氟化介質(zhì)以及高于300℃氫氧化鈉之外的所有強(qiáng)酸（包括王水）、強(qiáng)氧化劑、還原劑和各種有機(jī)溶劑的作用。絕緣性：不受環(huán)境及頻率的影響，體積電阻可達(dá)1018歐姆?厘米，介質(zhì)損耗小，擊穿電壓高。耐高低溫性：對(duì)溫度的影響變化不大，溫域范圍廣，可使用溫度-190~260℃。自潤(rùn)滑性：具有塑料中最小的摩擦系數(shù)，是理想的無(wú)油潤(rùn)滑材料。表面不粘性：已知的固體材料都不能粘附在表面上，是一種表面能最小的固體材料。耐大氣老化性，耐輻照性能和較低的滲透性：長(zhǎng)期暴露于大氣中，表面及性能保持不變。不燃性：限氧指數(shù)在90以下。物理性質(zhì)聚四氟乙烯的機(jī)械性質(zhì)較軟。具有非常低的表面能。聚四氟乙烯密封圈PTFE（聚四氟乙烯）復(fù)合材料是含有PTFE的兩種或兩種以上不同性質(zhì)或不同相物質(zhì)共混、共聚或組合在一起構(gòu)成的性能比其組成材料優(yōu)異的一類新型復(fù)合材料。通過(guò)材料復(fù)合，既發(fā)揮了PTFE的優(yōu)異特性，又克服了PTFE的冷流蠕變和不耐磨等缺點(diǎn)，使其具有減摩、耐磨、自潤(rùn)滑、耐蝕、耐熱、耐老化、耐壓縮、抗蠕變、尺寸穩(wěn)定和線膨脹系數(shù)低等優(yōu)點(diǎn)，并提高了導(dǎo)熱性和硬度，降低了成本。國(guó)內(nèi)外已用這種新型復(fù)合材料制成特殊工況用的密封件，比如高壓、高溫、高速、高真空、易燃易爆、有毒、強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)等，這些密封件廣泛用于石油化工、化肥、農(nóng)藥、航空、航天及核工業(yè)上，常用作往復(fù)軸向運(yùn)動(dòng)的密封，如活塞和活塞桿的密封。既可用于干摩擦無(wú)油潤(rùn)滑的場(chǎng)合，又可在條件允許的情況下實(shí)行油潤(rùn)滑。為增強(qiáng)PTFE復(fù)合材料密封件的彈性，必須與彈性體、壓緊環(huán)、凸面座、凹面座、各種形式的金屬?gòu)椈蛇M(jìn)行結(jié)構(gòu)組合，形成彈性致動(dòng)密封。最常用的是金屬?gòu)椈芍聞?dòng)，這是將螺旋形的平彈簧或圓金屬絲彈簧置于密封圈內(nèi)通過(guò)機(jī)械加工或模壓制成的環(huán)形空間內(nèi)，以保證密封件能產(chǎn)生高度的彈性和磨損自動(dòng)補(bǔ)償作用，從而形成優(yōu)異的動(dòng)密封。2.1J形和L形聚四氟乙烯密封圈J和L形密封圈常用PTFE添加石墨、玻璃纖維、青銅、二硫化鉬和各種金屬氧化物，以改善并增強(qiáng)PTFE的各種性能。其特點(diǎn)是摩擦力小，能承受干摩擦；唇口和軸表面的磨損率低；溫度適用范圍為-50～200℃；耐油耐蝕；密封性優(yōu)良。例如用PTFE添加玻璃纖維等制作的L形密封圈用于液壓和氣動(dòng)活塞上。若添加15%玻璃纖維，就可使熱膨脹系數(shù)下降1/2。L形密封圈可作單向或雙向運(yùn)動(dòng)的活塞密封。J形密封圈用作活塞桿的密封，一般是將其安裝在殼體上作為固定式密封，用來(lái)密封往復(fù)運(yùn)動(dòng)軸。密封圈的底夾在殼體的凹槽中，由壓蓋支承。唇端總是朝向正壓側(cè)，唇的內(nèi)徑與軸相接觸，以便利用自緊密封原理實(shí)現(xiàn)密封，唇可以沿軸表面自由運(yùn)動(dòng)。2.2U形密封圈以PTFE為基料再添加填料所制作的U形密封，可以安裝在運(yùn)動(dòng)的活塞上，又可以作為固定密封安裝在殼體上（圖29.6-4）起密封作用，而不需要調(diào)整填料壓蓋。U形密封是平衡型密封，也就是在內(nèi)徑和外徑上都密封，并配有支承環(huán)來(lái)保護(hù)密封（圖29.6-4a），以防止在壓力作用下被壓扁或扭曲。U形圈裝在密封槽中，壓環(huán)和唇之間間隙1.6～3mm，即至少為唇緣厚度的25%，使唇部不得接觸壓環(huán)，以便系統(tǒng)流體自由進(jìn)入，從而可以利用自緊原理進(jìn)行密封。壓環(huán)的垂直腹板上的橫向孔可以保證U形開(kāi)口內(nèi)的壓力平衡。圖b所示是用一個(gè)橡膠O形圈來(lái)增加靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的接觸力，以改進(jìn)初始密封效果。圖29.6-4U形密封圈的安裝a）隨活塞運(yùn)動(dòng)的U形密封圖；b）帶有O形圈的U形密封圖2.3V形密封圈用PTFE添加玻璃粉、石墨或二硫化鉬等可以制作V形圈。V形圈以多個(gè)圈成組安裝，有一個(gè)凸面座和一個(gè)凹面座（圖29.6-5）。這樣可以提高密封效果和使用壽命。圖c表示用波形彈簧增加自動(dòng)接觸力，從而起到預(yù)加載荷的作用并自動(dòng)補(bǔ)償V形圈的磨損。圖29.6-5V形密封圈及部件a）V形圈組件，b）凸面座和凹面座；c）帶波形彈簧的V形圈和組件唇的截面內(nèi)側(cè)輪廓線為曲線，外側(cè)輪廓線為直線，從而使得兩個(gè)相鄰環(huán)之間為點(diǎn)接觸，以得到較高的撓性。唇的曲線使得套裝在一起的密封圈形成單線接觸，從而迫使各密封圈以最小的摩擦靠著相鄰圈的45°斜邊產(chǎn)生撓曲。凹面座的作用是防止壓力升高時(shí)密封圈變形，凸面座有助于唇自動(dòng)起作用，并在承受壓力時(shí)產(chǎn)生可靠的密封。適宜的彈簧尺寸，應(yīng)使密封圈圓周長(zhǎng)度上的平均載荷為18～27N/cm。每套填料密封組件中V形圈的數(shù)量取3～5個(gè)。2.4其他密封圈圖29.6-6為碳氟密封是用PTFE添加石墨、二硫化鉬等混合物制成。這種材料的耐磨性是純PTFE的上百倍。運(yùn)動(dòng)壽命比硅橡膠密封長(zhǎng)。適應(yīng)溫度范圍-40～200℃，密封壓力達(dá)70MPa。圖29.6-6用于往復(fù)運(yùn)動(dòng)軸的碳氟密封該密封用于往復(fù)軸的密封。密封內(nèi)裝有圓形和V形截面的各種機(jī)械彈簧（可用不銹鋼帶），有敞開(kāi)的也有PTFE復(fù)合材料包起來(lái)的。密封在安裝時(shí)必須使彈簧受到壓縮，從而可以在無(wú)壓力時(shí)形成初始密封。因其具有自密封機(jī)理，故密封效能隨著壓力的增加而增強(qiáng)。密封嵌入時(shí)應(yīng)使C形套的開(kāi)口總是面