用于板式换热器的橡胶密封垫片.pdf

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第32卷第3期
石油化工设备
Vo32 No. 3
2003年5月
PETRO-CHEMICAL EQOIPMENT
May 2003
文章号:10007466(2003)03-0043-02
用于板式換热器的橡胶密封垫片
宋兆煌',周文学2,党战伟
(1.苏州工业园区太平洋密封制品有限公司,江苏苏州215021
2.兰州石油机械研究所,甘肃兰州730050)
摘要:阑述了板式换热器橡胺垫片的结构、制造和质量控制,解释了板式換热器垫片和0形环不
同的密封原理,特别讨论了橡胶垫片的应力松弛对板式换热器运行寿命的影响。
关键词:板式换热器;密封墊片;应力松弛
中图分类号:TQ051.503
文献标识码:B
板式换热器(以下简称板换器)有效的热交换不延长橡胶墊片的寿命。加工助剂(软化剂、脱模剂
仅在板片之间狭小的空间中进行,而且在板片之间等)虽然不能延长橡胶整片的寿命,但对改普垫片制
的许多垫片中也发生热交换。实际应用中,墊片被造过程中的混炼、挤出和模压性能很有作用
认为是板换器中最重要和最需要对其进行苛刻要求
对原材枓及其配比的选择将决定橡胶垫片材料的
的零件。墊片不仅要密封住介质,使其不向外界环最终性能。橡胶垫片材料典型组成见表1
境中泄漏,而且还要防止热交换介质之间的互混。
板换器密封墊片的制造过程大体上包括如下几
用于板换器密封垫片的材料有橡胶、压缩石棉个步骤和质量控制点。
纤维、膨胀石墨、用聚四氰乙烯包覆防护的橡胶和专
(1)混炼胶的混炼准确称量原材料,在密闭或
门处理过的聚四氯乙烯等。橡胶垫片在板换器中的开放式炼胶机中进行混炼。使按配方称量的各个原
使用率超过98%。
料组分混合均匀,经实验室检测后,将混炼胶用于墊
1材料组成和制选
片生产。
橡胶是比较复杂的高分子体系,由橡胶聚合物
表1板換胶垫片材组成
(或称生胶)、碗化剂、填充剂(用于增强)、防老剂、加
组成會量/%
举例
工助剂和稀释剂等多种不同组分组成。
橡胶聚合物-0丁南(MBR)、三元乙丙(EPDM)、氯橡胶等
聚合物制造商供应的原枓橡胶聚合物,还不是
填充剂30
磯是、白碳等
碗化剂
、有机过氧化物、有机树B等
通常所说的橡胶,因为高分子聚合物的分子链还没
金属氧化物
氧化锌、氧化铅、氧化钙、氧化等
有交联形成三维网状结构,交联网状结构是在硫化
防老剂0-5
氢类、酚类化合物等
过程中形成的。起硫化反应的硫化剂,在热作用下加エ助剂0-5
矿物油、更雎等
引起橡胶聚合物之间的化学反应,从而完成硫化过
(2)胶料毛坯因橡胶垫片的横截面积和长短
程。硫磺、有机树脂和有机过氧化物等都是典型的不同,可以通过挤出机将胶料制成相应毛坯一圆
硫化剂。为了政善橡胶垫片的物理性能,如硬度、扯柱形胶条。
断强度及撕裂强度等,要加入增强填充剂,而碳黑
(3)模压板换器橡胶密封垫片是在压机中用
是常用的填充剂,碳黑不仅可改善橡胶墊片的物理模压的方法制造的,即将未硫化的橡胶胶条半成品
性能,而且可使墊片的价格大为降低。橡胶整片象放入热模具的型腔中,模具闭合即进行硫化,模压温
其它所有的有机体系一样,当其被暴在有害的热、度为160~185℃,时间3~15min,因不同的混炼胶
氧等环境中就会发生老化。因此还需要在混炼胶中品种而异,模压压カ应不小于9.8MPa。
加人一些有效的抗老化剂(抗氧剂、抗臭氧剂等),以
(4)后硫化为了提高生产线的生产能力,硫化
收日:2002-11-28
作者简介:宋兆煌(199-),男(汉族),上海人,高级工程师,194年毕业于清华大学,主要从事高分子材料的合成和加工
工作。
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2003年第32卷
在模压过程中不全部完成,将模压硫化过的垫片在用寿命就短。但提高交联密度虽然可以改善应力松
静态情况下置于烘箱中最终完成硫化。烘箱内的温弛,却降低了橡胶的撕裂强度,结果就造成橡胶垫片
度必须均匀,其保温时同因不同的混炼胶而异。后在高应力下的破裂。密封应力是温度的函数,不同
硫化是板换器橡胶密封墊片生产过程中极重要的一的橡胶对温度的依赖性不一样。氟橡胶的密封应力
步。烘箱必须安装带有连续温度记录的装置。
对温度表现出很强的依赖性,因而安装了氟橡胶墊
(5)成品检验从每一炉烘箱中抽取成品垫片,片的板换器就可能发生冷泄漏
在实验室中按成品标准进行检测。
除了应力松弛以外,橡胶墊片的另一个经常被
2密封原理
人们忽视的特性是,物理性能也非常强烈地依赖于
常见的橡胶O形环属自密封原理,它的密封功温度。在高温下,橡胶垫片的扯断强度、撕裂强度和
能一直维持到O形环变形、软化。这是因为对微小硬度等都会降低,虽然不同品种的橡胶垫片降低幅
缺陷起密封作用的就是0形环所承受的压力。
度不一样,但假如这时垫片受到压缩并超过其极限
板换器橡胶墊片的密封则不同。板换器得以密强度,垫片就可能发生机械损坏,如压碎等,见图2。
封运行主要取决于橡胶墊片因压缩而产生的降时密
封应力和板换器操作压力之间的比较。密封应力大
于操作压力则可保持密封,反之则发生泄漏。因此
20
压卒极限
板换器豁封最重要的就是使密封应力尽可能达到最
墊片因压缩
高而且保持尽可能长的时间。
而产生的内
应力
橡胶与金属弹簧的弹性不同,它是1种粘弹材
料。这就意味着橡胶在长期变形的情况下会发生应
力松弛,即在不变的张力或压力下,密封应力会随时
02
度/℃
间的延长而衰减。较高的应力松弛是限板换器橡
图2温度与胶性能关系
胶墊片使用寿命的重要因萧。
板换器橡胶墊片的寿命可作如下描述,当垫片
应力松弛有2种,1种是物理松弛,这是因聚合安装到板片上经组装后压缩至名义尺寸时就产生了
物分子和填充剂微粒之间的重排引起的,此种重排初始密封应力,同时橡胶整片的应力松驰也开始了。
随着橡胶的变形而逐渐接近平衡,密封应力与时间在运输、储存和安装板换器这段时间,热交换的温度
的对数呈线性关系。另1种是化学松弛,这是因橡较低,应力松弛也较缓和。开车后,温度开始升高,
胶交联网中化学键的开裂引起的。氧化与温度是影应力松弛逐渐严重。板换器运转一定时间后,結要
响此种松弛的重要因素。因此应力松驰的速率在很停车进行维修和清洗,板换器又冷却到原来的温度,
大程度上就取决于盪度和每种橡胶垫片所适用的工这时的密封应力较初始密封应力有所下降,但通常
作温度范围,见图1a低温丁腩适用于低温范固,因还在保持密封所必须的最低应力之上,因而仍能保
此,随着温度上升,其应力松弛迅速恶化,而适于高持密封。重新开车后,密封应力和应力松弛又重新
温范围的氟橡胶则相反
开始。若干次重复以后,在冷热交换的情况下,橡胶
墊片的密封应力最终降低到保持密封所必须的最低
密封应力以下,板换器就开始泄漏,被迫停止运行
氧橡胶
更新橡胶墊片。
3结语
(1)橡胶墊片是板换器的重要零件,选择适宜的
垫片材