真空用机械密封的特点

真空用机械密封的特点

关键词：真空机械密封,机械,密封

内容提示：真空器件比带压设备的密封困难。内压可以促进密封，而在真空密封中，摩擦副的贴合主要靠弹性元件的加载，补偿环辅助密封圈必须选用弹性好的材料才能实现密封。

真空器件比带压设备的密封困难。内压可以促进密封，而在真空密封中，摩擦副的贴合主要靠弹性元件的加载，补偿环辅助密封圈必须选用弹性好的材料才能实现密封。

真空器件的密封有两种情况，一种是密封件把充满液态介质的某一容器与外部真空空间分割开。在这种情况下，密封件的主要作用是防止液态介质漏入真空空间。另一种情况是密封件把真空内腔与外腔分割开，它的作用是保持要求的真空度。这种情况比较复杂，因为周围气体介质即使稍微漏入真空腔内，也会使其真空度降低。如果漏入了腐蚀性气体，真空设备就可能损坏。在很多情况下，真空度和真空空间的洁净，对真空条件下进行的各种工艺过程的质量有决定性的影响。

真空器件所使用的机械密封在结构上并无特殊之处。对于上述的第一种情况，通常是采用气密性好的金属波纹管型单端面机械密封。第二种情况则要用双端面机械密封，若使用单端面密封，势必存在密封端面不能获得润滑的问题。

设计真空密封，除了有合理的结构外，选择弹性体材料更为关键。机械密封的辅助密封圈多为橡胶O形圈，这是因为可利用较大的压缩量将低硬度或中等硬度的橡胶加大其变形，以使橡胶圈更能充分地贴近被密封偶件表面的间隙中，提高密封性。然而，橡胶材料具有一定的透气性，其漏气率是影响真空密封的主要因素。但通过选用合适的橡胶材料和配方以及应用烘烤方法等，可将这种倾向减小到最低限度。

真空对橡胶的作用与腐蚀介质的作用相似。由于真空的作用，橡胶组分中的许多易挥发配合剂(增塑剂、增强、抗老化剂等)会向真空中升华。这样，橡胶的物理、力学性能，以及抗老化、耐温、耐介质作用的能力就会下降。气体和液体介质的蒸气，借助于真空作用，能很容易地沿被密封表面粗糙度形成的微观“沟槽”通过。这不仅仅是由于密封件两侧存在压差的缘故。首先，介质之所以容易通过，与真空作用使微观“沟槽”表面上的润滑膜被抽吸有关;其次是液体介质分子的活性增加，在真空中转变为气态;还有，在真空作用下，不仅会产生接触泄漏，介质通过密封发生扩散泄漏等。橡胶在一定真空度和温度下的升华值(失重)，一般要求小于10%，以保证维持既定的真空度。表5-6是几种橡胶在真空中的升华值。

在较高的真空系统中，影响真空度的主要原因有材料逸出气体和透气。铁岭化工橡胶研究所对几种橡胶出气率进行比较，得出了表5-7的试验数据。

不同橡胶对空气的透气性也不同，这是由它们的分子结构所决定的。表5-8为几种材料的透气率(摘自美国宇航局出版物)。

由表5-8可知，丁基橡胶的透气率很低，但它的耐热性、耐油性较差。聚四氟乙烯虽然具有很小的透气率，但缺乏变形复原性，且对氦的透气率，因而限制了它们在真空场合的应用。

氟橡胶有极好的真空性能，这是由于它在高温、高真空下具有较小的透气率和极小的升华值所决定的。因此氟橡胶可以成功地应用于133×10-9～133×10-10Pa(10-9～10-10Torr)超高真空的密封。

虽然丁晴橡胶的出气率较高，但仍是目前真空技术中常用的橡胶材料，因为将丁晴橡胶在100℃下真空烘烤4h，可使其出气率至少降至1/10。经处理后将丁晴橡胶暴露在大气中，也不会影响其通过真空烘烤而得到的低出气率，因为在真空烘烤期间释放的气体主要是增塑剂而不是水分。氟橡胶在150℃下真空烘烤，也能使其出气率进一步降至1‰，但烘烤后在大气中的任何暴露都会使它们重新吸入气体，从而抵消烘烤过程中的脱气效果。因此，脱气的氟橡胶密封圈要在密闭式聚乙烯包装盒内封存，且时间不宜长。