低温阀用聚三氟氯乙烯密封垫片的低温性能研究

低温阀用聚三氟氯乙烯密封垫片的低温性能研究

张希恒;周璟莹

【摘要】为探索聚三氟氯乙烯(PCTFE)垫片在超低温阀中的使用效果,试验研究它

在低温下的材料特性.根据超低温阀的工作情况,选择25、-29、-50、-110、-162、-180℃6个试验温度,在试验机上分别测量PCTFE样品的压缩率、回弹率及硬度等材料特性.结果表明:随着温度的降低,样品的硬度最大升高了31.7%,压缩率最大减

小了50%,而回弹率在不超过8%的范围内小幅度上升;由低温下PCTFE的材料特性可知它在低温下具有较好的密封特性,且在-110℃时性能最佳.%The experimental study on application effect of polytrifluorochloroethylene ( PCTFE) gaskets in ul-tra-low temperature valves was carried out to analyze its material characteristics at low temperatures.According to the working conditions of ultra-low temperature valves, having 25℃,-29℃,-50℃,-110℃, -162℃and -180℃selected as the test temperature to measure PCTFE gasket' s compression rate,resilience rate, hardness and other properties on the test machine shows that, with the decrease of temperatures, the hardness of

the sample can be increased by 31.7%at most and the compression rate can be decreased by 50%at most and the rebound rate is slightly increased within the range of not more than 8%;and according to the PCTFE material' s characteristics at low temperatures, it has good sealing performance and its best performance stays around -110℃.

【期刊名称】《化工机械》

【年(卷),期】2017(044)005

【总页数】5页(P497-501)

【关键词】超低温阀;PCTFE;密封特性;压缩性;回弹性

【作者】张希恒;周璟莹

【作者单位】兰州理工大学石油化工学院;兰州理工大学石油化工学院

【正文语种】中文

【中图分类】TQ055.8+1

阀门作为现代工业生产中不可或缺的部分，常用于石油化工、空气分离及航空航天等行业[1,2]。阀门的密封性能在实际应用中至关重要，尤其当阀内流通介质为超

低温流体时，一旦发生密封失效，将会导致阀体和与它相连的管道开裂泄漏，造成严重的经济损失并危及人员生命安全[3～7]。对阀门泄漏的控制方法的研究主要集中在对密封面和密封件的合理选型、优化设计上，扈小丹和王永初通过在原有填料密封基础上设计通有高压惰性气体的空腔办法，有效降低了阀杆处的泄漏量[8]；

郭爱民等研究了安全阀关闭件表面粗糙度与泄漏速率之间的关系并提供了设计指导[9]；对于阀门法兰连接的地方，合理选用适应工况的密封圈结构和材料是保证阀

门密封性能的基础[10～13]，尤其是对于工作条件较为苛刻的低温阀[14]，对密封圈材料性能的要求更高。近年来，耐超低温密封材料成为研究热点[15,16]，PCTFE作为常用的密封材料之一，表现出了优良的力学特性和密封特性[17～20]，其低温特性也逐渐被人重视。刘昭等研究得出了PCTFE制品结晶度与常温、低温

力学性能对应关系紧密的结论[21]；Brown E N等通过试验研究了温度、应力应

变对PCTFE的拉伸强度、伸长率和失效响应的影响[22]；张宁等研究对比了在

77K条件下PCTFE、PEEK和PTFE用作密封材料时阀座的泄漏率与密封稳定性，并针对不同使用温度给出了选用建议[23]。

现有的研究多是针对PCTFE的拉伸特性或压缩强度和蠕变特性，关于PCTFE低温压缩回弹性能的测试和低温密封性能的研究较少。笔者结合超低温阀门的使用条件，在25、-29、-50、-110、-162、-180℃6个温度下测试分析PCTFE材料的邵氏

硬度、压缩率和回弹率，研究PCTFE在不同温度下力学性能的差异，分析它作为

垫片材料的低温密封性能，为低温设备垫片材料的选用提供一定的参考和依据。1.1 试验设备与试样加工

本研究采用WGDN-18300L型高低温试验箱调节试验温度，并利用UTM5205X

型电子万能试验机与HBRVD-187.5D1型硬度计分别对不同温度下PCTFE样品的压缩、回弹性能和硬度进行测试。

压缩率、回弹率试验的试样尺寸参考GB/T 20671.2-2006《垫片材料压缩率回弹

率试验方法》要求的L型垫片材料尺寸，结合实际的加工条件，确定为

62mm×23mm×2mm。邵氏硬度测试的试样尺寸参考GB/T 2411-2008《塑料

和硬橡胶使用硬度计测定压痕硬度(邵氏硬度)》中的试样要求，并考虑到低温硬度测试时温度变化对测试结果的影响，确定试样尺寸为φ29mm×27mm。试样利用APW3020BA龙门式数控水切割机加工，并用M-2型双盘合金式金相预磨机进行表面抛光打磨。

1.2 试验方法

本研究参考超低温阀门的实际工作条件，选取25、-29、-50、-110、-162、-180℃6个温度进行压缩回弹试验与硬度测试。按照标准要求的试验方法，首先对试样进行温度调节，然后分别在万能试验机和硬度计上测试试样的压缩率、回弹率和硬度，读取并记录试验参数。

根据试样的结构尺寸，按标准规定采用等压强法对试验载荷值进行换算，压缩回弹试验所施加的载荷为初载荷982.22N，主载荷24 598.50N，总载荷25 580.72N。在压缩回弹试验中，测得的初始数据为载荷与位移(变形量)之间的关系，按如下公