球閥密封材料的發展和應用
PTFE的發明對球閥的發展起著很大的作用,沒有它恐怕不會有球閥的巨大發展。但隨著時間的推進,PTFE在具有許多優點的同時逐漸顯露出一些缺點,如前面提到的“冷流”和熱膨脹,以及壓力—溫度使用等級的限制。因此,有必要討論密封材料的發展以及它們的適用范圍。
密封材料就大范圍而言可以分為兩類,一類是高分子材料PTFE及其他聚合物,能保障可靠的密封;第二類是金屬,一般情況只能保障低泄漏率,金屬密封材料將在金屬密封球閥中討論,本文只介紹高分子材料聚合物的軟密封材料。
某些聚合物密封的球閥,工廠試驗可以達到無可見氣泡泄漏,即“零”泄漏。而且在許多場合,在使用的持續時間內保持這一性能。影響密封性能重要的因素是使用的介質,如果閥門的使用條件十分嚴峻,如腐蝕性介質,極端高溫、高壓等則密封性能會受很大影響。
密封性能的壽命受下列因素影響:壓力、溫度、壓力的波動程度,介質流速,閥門操作速度與啟閉頻率。在實際使用中,這些因素是交叉影響。因此,要獲得長期的使用壽命和嚴酷的工況,就要發展密封材料。
1、聚四氟乙烯(PTFE)純的PTFE是球閥最基本的密封材料,它既具有一定的耐溫范圍,從低溫至最高350℉(177℃),又具有優良的抗化學穩定性和自潤滑特性,適用范圍較廣。
2、填充PTFE 填充的或者增強的PTFE塑料,實際上具有純PTFE的一切特性,而其溫度的適用范圍增大,對4in以下的球閥可擴大至400。F(205℃)。填充的材料一般是玻璃纖維、碳、石墨等。
3、金屬增強的PTFE 填充的材料銅粉或其他金屬粉末,設計這種密封材料是專門用于較強的壓力波動的場合,主要用于紙漿廠蒸煮器的放料系統。
4、特種尼龍 特種尼龍密封座適用于PTFE不能適應的更高壓力的場合,根據閥門的類型和尺寸大小最高可以達到4500psi,但它的抗化學穩定性較低,廣泛用于高壓液體、空氣及其他氣體(不包括氧氣)的系統中。
5、旦林 是聚甲醛的商品名稱,具有類似金屬的硬度、強度和剛性。較寬的溫度和濕度下有很好的自潤滑性,摩擦因數低,富有彈性,對大多數溶劑有較好的耐蝕性,其缺點是對強酸、強氧化劑敏感。適用溫度-40~116℃,抗拉強度為69MPa,剪切強度65MPa,彎曲強度97MPa,線脹系數為(9.6~12.8)X10-5·℃,成形方法為注塑,最高壓力可達2400lbf/in2,覆蓋600級的壓力額定值。
6、PEEK化學名稱是聚醚醚酮,是含有酮基團的芳香族聚合物。具有良好的高溫性能,耐有機、無機化學品和長時間耐熱水分解性。在200~260℃范圍內可保持其強度和韌性。可進行注塑、擠出和壓塑加工。相對密度1.51,拉伸強度156MPa,彎曲強度250MPa,線脹系數1.2×10-5℃-1。可有效地用于蒸汽系統,對于½~2in的球閥,在475lbf/in2的壓力下的飽和蒸汽可達到可靠的密封。在其他場合,可用于溫度550℉(280℃)并具有較好的化學穩定性。
7、聚乙烯UHMW這是一種高分子的聚乙烯材料,PTFE不能用于高放射性的場合,大于104rad[1rad(拉德)=10mGy(毫戈)]就需要采用聚乙烯作材料,其適用的輻射級的劑量可達2×107rad。這種材料也可用于PTFE禁止使用的場合,如煙草工業中。
8、聚酰亞胺是一種高性能的塑料,具有很高的耐熱性、尺寸穩定性,阻燃性、抗輻射性、抗紫外線和耐堿較差。其抗拉強度為95MPa,彎曲強度為170MPa,線脹系數為(3.5~4)×10-5℃-1;摩擦因數為0.15~0.2。可用于較高的溫度(至250℃),加工方式:模壓或注塑。可用于熱的氣體、油及熱媒介質,并可用于高磅級的閥門。但應注意,不適用于含水和蒸汽介質。