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密封件在介质中的破坏形式
添加:2015-6-2 13:26:06    游览:1390    来源:
密封件在介质中的破坏形式主要取决于施加载荷的大小和速度,一般有下述三种情况:
(1)当应力超过密封件的强度时,介质来不及对破坏过程产生影响,也来不及在化学键断裂处与材料形成的活性区域发生作用;
(2)当机械应力的破坏速度与扩散速度相差不多时,无论是应力活化影响,还是扩散都会制约破坏力。
(3)在长时期内才会产生破坏的应力,这种应力有助于减少终阻因素的影响。在化学键断裂和裂缝恢复以后,这种应力会阻碍恢复原来的结构,在这种情况下,位阻因素起决定作用。研究表明:聚烯烃在二维变形很小的情况下,液体的扩散系数和渗透性会明显减少。
在长期以静载荷作用下,密封件会产生蠕变,寿命试验中,大静态变形力较小的情况下,材料塑性变形缓慢增长。由于材料的蠕变将导致密封件从间隙中挤出,并伴随产生密封应力松驰(削弱、减少)。从材料的物理——化学及力学观点出发,聚合物密封件的静态疲劳是由机械——化学过程决定的,该过程会诱发机械应力,当其与密封介质接触时,密封材料会发生化学变化、分子重新排列并形成新的化学键。试验表明,聚合物的静态疲劳和腐蚀破坏相类似,对金属腐蚀龟裂和静态疲劳进行比较后可知,这些过程具有共性。
密封中的摩擦机理是非常复杂的。摩擦的特点是在密封介质中,接触材料有可能发生化学作用,并出现各种金属密封摩擦副粘结和强度降低的现象。在动密封中,润滑油将影响摩擦特性,如在配合表面上会形成具有抗磨性的薄膜。当机组停车时,摩擦区域的温度下降,润滑油被固相物质,如晶体、亚硫酸盐等包围。其中某些沉淀物在密封使用中成为磨蚀性颗粒。为了消除密封中的这些磨蚀性颗粒,可以可采取加热升温,使沉淀物溶解在水、甲醇和水蒸气等助剂中。
对液体进行密封时,密封摩擦副的摩擦是在有液膜的情况下进行的,其配合表面上的表面张力可以保证液膜的存在。在接触密封的间隙中,该液膜的性质不服从牛顿定律和毕卡姆定律,而在一定范围内有别于液体的性质。在密封使用过程中,粗糙表面凹处的液体在摩擦副内会产生液楔作用,当摩擦副停止工作时,液体就会从间隙中蒸发。因此,密封摩擦副在开始运行的一定时间内,趋向于为干摩擦状态。若长时间在干摩擦条件下工作,如对于气体密封,就必须适当地选择材料,使之在无润滑的条件下,不至于产生擦伤裂痕。
当密封偶件接触的运动表面受到周期性应力作用时,连接密封件会产生一些特殊的规律性。聚合物密封件受长时间的动态疲劳影响,会产生不均匀的应力分布;而在高频应力的作用下,不仅会产生摩擦热,而且还会加速松驰过程。需要指出,对腐蚀性介质,这些现象的规律性研究还作得较少。
在金属——聚合物摩擦副内,分子链遭到破坏的化合物具有表面活性,它会被吸附在金属表面上,从而使它的表面能减少,金属元素在表面层会产生塑化和分散,形成更恰当的密封条件。当摩擦区域存在电解质时,会加剧金属元素表面电子的不均匀分布,从而产生金属电化学腐蚀。
对于端面密封间隙中介质流动的特点是,在一些很小的间隙中产生与惯性力方向相反的压差(~0.5×105pa)。在含有封液的双端面密封中,若封液压力与密封介质压力相近,那么,在介质反向压差的影响下,密封介质会进入封液中。因此,对密封材料的选择是较复杂的,它主要取决于密封介质的性质和运动参数,以及密封的使用状况和结构特点。在这个问题上,要得出一个完全适用的规范是十分困难的。表1-6预测了密封件在介质中的工作能力,但没有说明材料的耐热强度和载荷特点。
表1-6  腐蚀性介质密封材料工作能力估价
密封介质
接触密封
静密封
离心密封
端面密封
腐蚀性气体(二氧化硫、氯气、四氯代乙烯)和浓酸(硝酸、盐酸、硫酸)
氟塑料-4、石棉、石棉橡胶板、聚丙烯、聚乙烯
氟塑料-4,以氟塑料为主的复合材料、石棉
摩擦副组对,石棉-耐腐蚀钢、陶瓷、氟塑料-4,陶瓷-氟塑料、司太立特合金、金属陶瓷
碱和盐溶液、海水
橡胶、氟塑料、皮革、石棉橡胶板、聚氨基甲酸、酯塑料、电缆纸
橡胶、石棉、氟塑料
石墨-钢、石墨-青铜、铸铁、司太立特合金、氟塑料、陶瓷、钢-胶木
低温介质
液化气
氟塑料、钢纸、铝、铜、钢
石墨、氟塑料、碳石墨材料
石墨、填充石棉塑料、碳石墨材料
饱和及过热水蒸汽
不锈钢、淬硬钢、铅、铜
铸铁、钢、青铜、有色金属箔(巴比脱合金、铝、铜)
铸铁、钢、青钢
空气、惰性气体
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石墨、填充石墨、塑料、碳化为墨材料
苯、乙醇、乙醛、酮、醚
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矿物质陶瓷、司太立特合金-碳化钨
石油、油、石油产品
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