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橡胶密封件、密封件、密封圈

决定橡胶密封性能的因素有哪些?

密封失效的类型在剖析密封件特有的工作才能之前,有必要更深化地剖析或许发作的密封c失效的类型etrcPu这就会使橡胶制品的g性下降,就是说容易enki橡胶制品经常在近海区域挖掘石油和天然气时使甩橡胶之所以能作为密封件资料运用,首要是因为它在宽阔的规模内具有补偿金属结构件公役的才能与其它资料(热塑性塑料、金属)相比,橡胶更能确保杰出的密封性。

作为密封资料橡胶优于金属,它在小的应力效果下能发作大的变形因而,通过橡胶密封件的形变就能补偿公役,不需要大的触摸应力,在装置密封件时或许有相对较大的紧缩变形(10%~30%)和较大的拉伸变形(50~ 100%)与塑料不同,橡胶密封件有才能补偿轴心差和振动,橡胶资料的蠕变性较小与塑料和金属不同还在于它的可紧缩性较小。有或许在不发作体积改变的状况下,确保外来压力的分布,好像在液体中所发作的那样。

在海底运用的设备中采用的橡胶制品,在整个运用期内应该具有合格的工作性才能,这是因为其更换十分麻烦且费用也很高。

勘探和挖掘石油及天然气的条件对橡胶来说是极为严苛的运用条件橡胶一般应当具有耐压差、耐高、低温、耐液态烃化学活性物质和酸性瓦斯(H2S)的功能作为密封资料,橡胶的不足之处是:(1)工作温度规模较窄(取决于橡胶的品种);(2)有限的耐腐蚀性介质功能;(3)耐压力爆炸效果有限(取决于橡胶品种和运用条件);(4)硬度相对较低,这会使橡胶被挤入小的空隙(密封用)中,会引起密封件损坏密封失利并构成资料丢失。

从广义上说,因为功能下降(如刚性改变溶胀、挤入空隙中、缩短裂纹长或瞬间损坏),橡胶密封件就损失了工作才能。高温效果能加快密封件失效并能引起因为橡胶资料与金属之间的温度系数之差异带来的问题在低温下高弹性或许损失,密封件尺度缩小,其结果也构成密封才能下降挤到空隙中也能引起密封才能逐步下降,可是这都是与装置有关,而非环境效果构成的结果爆炸压降引起的破损在任何突发性温度或压力改变的状况下都有或许呈现这些要素中的每一种都会构成密封件触摸应力减小或彻底损失。能够以为,除突发性损坏的状况之外,这些要素都会对应力松驰进程发作综合作甩可见应力松驰是集一整套复杂进程之大成,并非是单独损失工作才能的类型之一。归根结底,在密封资料未发作物理性损坏时,这是决议各种状况下发作走漏的要素在下列很多能够用来制作密封件的橡胶中,对以丁睛橡胶(NBR)氢化丁睛橡胶(HN-BR)、氟橡胶(FKM)全氟弹性体(PFKM)四氟乙烯与丙烯共聚物(TFEP)为根底的橡胶进行研讨除TFEP外,一切这些橡胶资料都是在实验条件下制备的。都是含己知合作剂的规范胶料选定所研讨的各胶料组分使其硬度大约到达80度;不采取进步或和谐某些功能的措施(尽管现在己有功能优异的工业化生产和橡胶)高温和低温效果橡胶密封件在高温下运用时涉及到许多问题温度升高时,橡胶资料的刚度会大大减小应当与密寸件的运用条件M应须ie状况下uft在除h去负荷再通过遭到下列要素,如外界压力、热胀大构成的挤入到空隙中、缩短或许爆炸压降引起的损坏。示出在温度升高的状况下弹性模量和撕裂强度的改变状况依据这些数据能够得出定论:有必要在实际工作的温度下,而不是按老方法在室温下对资料进行实验。乃至通常被以为是耐高温的资料也会发作功能下降现象跟着温度的升高模量和撕裂强度减小,这会导致这两个指标值低于坚持工作才能必需的数值。PFKM和TFEP橡胶的改变最大PFKM在155°C下撕裂强度实际上已下降到零这就意味着尽管这种弹性体能抗耐很高的温度,但在或许发作爆炸压降和挤出到空隙中的条件下运用时不得麻瘦大意。在高温下,因为橡胶和制做密封接头的金属的热胀大系数差异甚大,密封件或许发作过应九能反映密封件的工作才能,且能跟着温度升高而下降的功能傍边还包括紧缩永久变形和应力松懈在室温下测得的紧缩永久变形是表明:橡胶密封件在实验温度(通常是在高温下受紧缩然后除掉负荷,其未能康复到本来尺度的衡量应力松懈导致在稳定变形时密封件触摸应力的减小。在高温下,特别是在化学活性介质(含空气)中密封件的紧缩永久变形或许是很大的。示出氟橡胶FKM在-15300C空气中放置1h后的紧缩变形状况,这是在除掉负荷后在室温(23C)下康复24h后丈量的导致发作永久变形的某些进程既有化学性质的,(断链、重组以及在变形状态下生成新的交联键),也有物理性质的(热胀大)比方,在-15下发作永久变形的进程简直纯属物理性质,而在300C下占优势的进程则是化学性质的。永久变形随温度的升高而增大为了取得表明橡胶资料在运用进程中行为特征的数据,应当在实验温度下且在比规范时刻30min长得多的时刻内康复其形状从中引证的数据就明显地看出这一点为了模拟运用条件,在紧缩状态下坚持的时刻应尽或许长一些。原则上康复形状时刻能够不超越1个月。因为这段时刻关于一切的物理进程来说已绰绰有佘该时刻关于在高温下测定与化学进程有关的改变状况也已满足。康复时刻的长短的时刻后测定其永久变形在其他状况下重要的不是由康复的速度,而是丈量的可靠性关于高玻璃化温度的资料来说,仅在环境温度下康复形状今后就进行丈量会得出不正确的定论,因为在低温下具有不良康复功能的资料在高温下却能够成功地使甩因而,橡胶资料依功能改变状况排定的相对次第是由康复温度来决议的。

各种橡胶在100C紧缩状态下持续时刻1个月(4)的紧缩永久变形和在21C(a)和100C(6)下康复的形状空间联系应力松可分为物理松懈和化学松懈两部分。尽管在室温下康复形状的进程或许是缓慢的,可是,物理松懈会导致应力的急剧减小并且是可逆的化学松懈是在恒温下以稳定的速率进行的,通常在长时刻接受时,特别是在高温下占优势。这种松懈进程是不可逆的化学松懈的速率取决于橡胶的性质在化学腐蚀性介质效果条件下高温时的化学松懈或许特别大O形圈在高温空气中的应力与时刻对数的联系示于初始可观察到物理松懈(曲线的线性部分),然后呈现化学松懈,这时应力下降较快(在时刻上呈线性)在完毕阶段,当开始吸附的化学活性物质(例如氧)消耗殆尽时,松懈的速率开端日月显下降魏即便是化学松懈的分散也是可控的这种松懈进程的强度取决于O形圈的尺度、温度和压力(假如密封介质是气体)由此可知,用胶片试样做的实验会导致对实际运用中发作的松懈程度作出过高的评价表1列出了所研讨的橡胶在155(空气中于7天内应力松懈的速率。示出丁睛橡胶O形圈放置在80C空气中其两部分松懈的重量在开端阶段松懈的首要部分具有物理性质,可是跟着物理松懈速率的下降,化学松懈开端占优势这时并未仔细观察化学松懈的分散控制阶段。因为试样中所含的氧被消耗掉,此刻化学松懈的速率下降为了使化学松懈进程持续下去,氧应当向试样中分散。)后的物理松懈部分(卜7)和化学松懈部分(卜5)的份额应力松懈和紧缩永久变形都对密封才能的减弱有着直接的联系。可是在橡胶资猜中发作的进程都能对应力松懈永久变形发作各种作甩后硫化交联键的生成及其重组对发作紧缩永久变形起首要效果。可是这两个进程中无论那一个进程关于因交联键或许链的开裂发作的表1生胶性质对硫化胶在155°C空气中松懈速率的影响松懈速率生胶在lGmin时刻总松懈速率物理松懈旬化学松懈,10%旬丁胶橡胶NBR氢化丁睛橡胶HNBR氟橡胶FKM全氟橡胶PFKM四氟乙烯与丙烯共聚物TFEP在155C下1周内丈量时未发现松懈应力松驰均无影响。短暂的应力松驰和紧缩永久变形互相间具有相关性,因为这二者都具有物理性质可是在长时刻实验的状况下,这种相关性会被损坏,这一点在研发和运用密封件时是很重要的密封件在低温环境下运用时会发作一些有必要要解决的问题北海的典型温度(4~ 10C)和某些橡胶(特别是全氟橡胶PFKM)的玻璃化温度(T(。)十分挨近在这种条件下用来制作密封件的橡胶资料会损失高弹性,密封件就会失效。文中论述的橡胶的T(。值列于表2为了使密封件能在挨近零度的区域或在更低温度的区域运用,建议采用下Tc值适当低的特种氟橡胶。密封件在低温下运用的另一个问题是与热缩短有关的橡胶的缩短率在研发密封系统时有必要考虑到这种缩短率并进行补偿,以便在低温下运用时坚持必要的密封应力。

表2部分橡胶的玻璃化温度Tc橡胶腐蚀性物质的效果在近海挖掘石油时橡胶制品不只要接受对其来说活性较小的介质海水、轻质石油产品、甲烷)的效果,还要经受反响才能较大的物质(防腐剂,此刻为胺、甲醇和BS)的作甩因为浸泡而吸入液体会引起资料的溶胀或缩短溶胀率取决于介质和橡胶的相对溶解度参数和极限溶解度。溶解度参数是热力学上的度的衡量。两者的溶解度参数愈挨近,溶胀率愈大溶胀会导致橡胶内的孔隙被填满并使物理功能下降,如引起模量和强度的减小较小的溶胀度是彻底答应的因为这有助于保存触摸应力可是在橡胶资料合作中未交联的合作剂被抽出时,资料或许发作缩短,这会引起密封件与被密封外表脱离触摸,导致发作潜在的走漏。防老剂被抽出后,它会引起密封件耐化学老化功能的下降。在较高的气体压力下也会引起橡胶胀大。在这种条件下橡胶的溶解度参数或许到达最大程度众所周知,气体在密封件中的浓度是跟着压力的升高而大(与液体不同),在正常条件下可到达1010Cfcm3/cm3弹性体在高压下的实验方法能够用来定量评价气体在橡胶中的分散和溶解度。

弹性体的耐化学稳定性取决于聚合物的性质和添加在橡胶配方中的合作剂密封件中的化学进程是不可逆的。会引起橡胶的老化(交联键的补或开裂,因为它能导致刚性进步或下降);大紧缩永久变形和应力松驰并下降力学功能化学进程的效果跟着温度的升高而大石油的影响石油是各种烃的混含物不同油田石油烃的成分和粘度各不相同在实验室里曾试制出一种规范成分样品,开始选择了异辛烷和甲苯的混合作为这种规范,混合比为9010后来又提出了比较挨近实际状况的规范混合物不同硫化胶吸入异辛烷和甲苯混合物(90 1CT石油“)的量取决于表3所列的温度。不出所料,HNBR氢化丁睛橡胶比丁睛橡胶NBR能吸入较多量的”石油“。而全氟橡胶PFKM能个量4它是衡量聚合勿和溶剂或许混合的程cPl吸收油的量很小咿,并在不同温度/下其xnki吸收量坚持不变。四氟乙烯与丙烯共聚物TFEP和EPDM的溶解度参数十分挨近,但由TFEP的特色是它对”石油“的吸收量系跟着温于TFEP的Tc温度比三元乙丙橡胶EPDM的度的升高而增大,但这比人们依据溶解度参数高,所以它在甲苯中的平衡溶胀度要低得多。

值所能意料的吸收量要小得多(表4)尽管表3温度对不同硫化胶在“石油”中平衡溶胀度的影响生胶平衡溶胀度,土胶丁胶橡胶NBR氢化丁睛橡胶HNBR氟橡胶FKM全氟橡胶PFKM四氟乙烯与丙烯共聚物TFEP中的改变空气中的变是―cP理进程的效果来证1明Ightsre洲ed.http://www.cnki表4三元乙丙橡胶EPDM和四氟乙烯与丙烯共聚物TFEP溶解度参数对它们在甲苯中平衡溶胀度的影响生胶三元乙丙橡胶EPDM四氟乙烯与丙烯共聚勿TFEP运用Tc值较高的橡胶,即自由容积较小的橡胶能够减小密封件溶胀度进步交联度和增加进步交联度和增加某些品种炭黑的用量能够抑制溶胀与熵的改变有关的结构化效应(例如链的挠性)或许与有关溶解度参数的数据发作矛盾(与热函相关的效应)温度对密封件在“石油”中的溶胀速率的影响,即对分散系数D(表5)的影响比对平衡溶胀度的影响更激烈对FKM来说,在25- 155°C的温度规模内分散系数D增大103倍以上,可是在这种状况下平衡溶胀度依然是十分低的表5温度对“石油”在不同硫化胶中分散系数的影响生胶1周内丈量时未发现松懈橡胶在100C下的溶胀对物理功能的影响示于丽BR及NBR的弹性模量在“石油”

空气或是无空气状况下老化的特征)“石油”关于PFKM的影响具有纯物理的性质,加之弹性模量的减小只和溶胀有关撕裂强度的改变也反映出这些进程:橡胶在“石油”中的溶胀度和撕裂强度减小。

石油挖掘经常伴随有甲烷排出甲烷在化学上对橡胶呈慵懒,但在高压下或许构成密封件被挤出到空隙中,发作微量溶胀及爆炸压降海水的影响海水实际上不会被文中提到的任何一种橡胶所吸收(水和大多数橡胶的溶解度参数差别甚大)所见到的微乎其微的吸收与资猜中的非橡胶组分的存在有关关于一切被研讨的橡胶来说,将其在海水中于1C下浸泡12周,其撕裂强度和模量值仍无改变能够意料,与化学进程有关的紧缩永久变形和应力松驰将遭到限制,因为化学活性物质(氧)进入密封件的途经较少。

在高温下水能够和某些硫化剂反响这会引起橡胶分解假如选择的橡胶其他参数很适宜,那么在更换硫化系统今后这个效应即可避兔胺的影响我们知道,某些防腐剂或许对橡胶密封件资料发作影响。在防腐剂成分中经常含有胺,即胺无论是在液压油的水相或是烃相中均有存在。尽管胺的浓度不高,通常都能经常进行弥补,这种弥补可引起附加的效应抑制剂与橡胶或许发作三种化学反响:1离子反响发作于胺在水或水溶液中反响时;这种反响是与NBR和HNBR进行的,或许是因为存在丙烯腈链段或12基团侧链之故2游离基反响或许发作于胺在水或烃中反响时它是与FKM进行反响的。3在用作防腐剂磷酸盐或其他助剂运用时可发作较小的腐蚀反响这种反响能引起密封功能持续下降,有时候会使密封件溶胀或损坏专家们以为新一代防腐剂对橡胶没有影响,可是用NBRHNBR和FKM制作的密封件应当与含伯胺的高pH值的系统离隔。

甲醇的影响在挖掘石油时要运用甲醇来溶解水合甲烷,后者是在0~4C的温度及高压下在甲烷中生成,它会在管道及阀门内构成堵塞或使其变得狭隘。这些堆积物(水合甲烷)有必要定时铲除甲醇中的溶胀率可到达30%曾经尚不清楚,假如密封件持续处于与甲醇触摸的状况下,溶胀率会减小。能够推理,这与FKM与甲醇之间发作氢键有关它可导致分子取向和对分子链的杰出包履,后者自身也能有效地铲除甲醇。当密封件处于枯燥状态时这个进程是可逆的。可是因为溶胀一缩短周期的重复性,从而会下降密封件的工作才能BS的影响BS存在于许多液压油中,是腐蚀性很强的气体。因为它能与橡胶中的许多组分发作反响,因而能够对资料构成损坏实际上它的浓度十分小,但为了加速老化实验,该浓度能够进步到几个百分点它关于含丙烯腈链段之故(NBRHNBR)有特别严重的影响。在这两种橡胶上构成硬而脆的表层,这种表层在轻微移动时便发作裂纹这种状况大约是因为BS中含有硫而使交联键密度大之故无论是NBR还是HNBR都会遭到这种影响,该效果集中在丙烯腈链段上,并且HNBR较小的不饱和度不会减小BS对该弹橡胶的效果。可是关于低浓度BS的效果也应当研讨或许在这种条件下HNBR的稳定性依然高于NBR―般说来氟橡胶不会遭到BS的损坏揉捏在液压或机械负荷条件下密封件的一部分被揉捏到压力较低一侧的空隙中,这就发作揉捏现象如蠕变和损坏这些机械特性决议其揉捏程度。密封接头中有必要留有空隙,这是与密封接头设计的特色、生产成本和装置便利有关揉捏是导致密封件损坏首要的机械要素。按照各种橡胶的抗揉捏功能够作出以下摆放次第:NBR>HNBR>FKM削减向空隙揉捏程度的最好方法是运用防揉捏圈(挡圈)当有必要运用挡圈时,压力规模取决于橡胶的品种和硬度、运用温度、密封件的形状及空隙宽度抗爆炸压降甲醇和榻数橡胶不发作反响可是FKM在cp压降效果下的损坏内裂或许增大呈现气泡和,。cnkibookmark3橡胶在起初加压后压力迅速下降的状况下,橡胶密封件中呈现内裂,这种现象叫做爆炸决裂,这会导致走漏能够想像发作这种现象的机理在高压的状况下气体被溶解入橡胶体内,假如压力迅速下降,气体的可溶度减小,气体构成细微的气泡,其巨细低于极限尺度气体能够从这些气泡中排出,假如能够分散和挥发,它就不会损坏资料的完整性若气泡的巨细一旦超越极限尺度,裂纹开端不可逆地长,这就会引起走漏,乃至使密封件损坏。

不只是填充剂粒子和杂质,还有聚合物网络的缺陷或脆弱部位都能成为引发裂纹长的中心。不同橡胶的抗耐性的差别或许十分悬殊,且取决于温度和压力因而,在进行爆炸压降实验时的实验条件,包括装置部位与密封件尺度的份额,应当与实际运用的尺度相吻合温度的升高会使损坏的程度大在这种状况下,撕裂强度下降。高温下气体溶入度和分散系数减小是首要的要素气体的压力也有影响,但在高于某种临界值时,这一要素好像温度的影响一样,是不大的。当压力超越7MPa,及温度为100C,甲烷开端发作巨大的影响,特别是在运用FKM及TFEP时更是如此此内裂纹的长速率或许还取决于压力下降的速率很缓慢的减压能够使损坏大大减小,可是在近海采油的状况下这种条件实际上是不能坚持的,而设备的意外损坏就使之彻底做不到这一点使密封件对装置部位的填充率进步到90%,而不是通常的6~ 10%,这就可使内裂纹的生成率大大减低,不足的是这样会使装置变得十分麻烦。

因而,因为突然释压引起的损坏跟着气体压力的高,它在橡胶内浓度的高,释压速率的加快,以及反复循环减压和温度升高而愈加变本加厉气体压力下降,密封件对装置部位填充的程度进步,气体分散速度快,橡胶模量和撕裂强度都高的状况下密封件的损坏程度能够下降结语在研发可供近海采油特有的严苛件下运用的橡胶密封件时有必要考虑许多要素如上所述,能适应一切这些运用条件的橡胶资料是没有的。在无腐蚀性介质中运用的优良资料是NBR,它价格低廉、耐油性杰出,适宜于在近海采油条件下持续使甩在此较严苛的条件下(压力、温度、化学腐蚀性)有必要运用其他的橡胶(HNBR和TFEP)在要求有一般较长运用寿命时最好运用以HNBR及TFEP为根底的资料。以FKM为根底的橡胶因为强度较低,在这种条件下不宜运用。当要求有高度耐化学腐蚀性及耐热时,FKM及PFKM是最佳的资料。可是这类资料的物理机械功能水平较低(尤其在高压的条件下)此外PFKM的价格亦十分昂虫



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