全氟醚橡胶制品的应用及案例失效分析1

液压气动与密封／２０１２年第１期　全氟醚橡胶制品的应用及案例失效分析１　李振环　孔　建　杨家义　沈元坤　周存华　严　志　２１４１　１２）　（１．合肥通用机械研究院，安徽合肥摘２３００３１；　２．无锡腾旋技术有限公司，江苏无锡要：介绍了国内外全氟醚橡胶制品的应用概况，并对个别案例应用失效进行了技术分析。　文献标识码：Ａ　文章编号：１００８—０８１３（２０１２）０１—００４８—０４　关键词：全氟醚橡胶制品；应用；失效分析。　中图分类号：ＴＢ４２　Ｔｈｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｆａｉｌｕｒｅ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｐｅｒｆｌｕｏｒｏｅｌａｓｔｏｍｅｒｓ　Ｐｒｏｄｕｃｔ　ＬＩ　Ｚｈｅｎ—ｈｕａｎ。ＫＯＮＧ　觎‘ＹＡＮＧ　ＪＺ０—　ＳＨＥＮ　Ｙｕａｎ—ｋｕｎ　ＺＨＯＵ　Ｃｕｎ－ｚｈｉ　ＹＡＮ　Ｚｈｉ　（１．Ｈｅｆｅｉ　Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈｅｆｅｉ　２３００３２，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｗｕｘｉ　Ｔｅｎｇｘｕａｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｗｕｘｉ　２１４１　１２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｖｅｒｖｉｅｗ　ｏｆ　ｐｅｄｌｕｏｒｏｅｌａｓｔｏｍｅｒｓ　ｐｒｏｄｕｃｔ　ｗａｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｆａｉｌｕｒｅ　ｏｆ　ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ　ｃａｓｅ　ｗａｓ　ａｎａｌｙｓｅｄ　ｂｙ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｍｅａｎｓ．　．　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄ：ｐｅｒｆｌｕｏｒｏｅｌａｓｔｏｍｅｒｓ　ｐｒｏｄｕｃｔ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ；ｆａｉｌｕｒｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　Ｏ前言　全氟醚橡胶是一种完全不含有Ｃ—Ｈ键的橡胶，该　中包括醚类、酮类、苯环类溶剂、强氧化剂、强酸、强碱　等。并能承受其他橡胶所不能使用的化学药品如：丙烯　腈、丁基丙烯腈、ＤＮＴ、醚类、二氯甲烷、苯乙烯、胺基类、　乙氧基乙醇、氧化乙烯、氧化合物、氮化合物、ＴＨＦ、苯胺　基、ＤＭＦ、二环氧丙烷、酮类、稀释剂类、氯乙烯、丁二烯　类、ＤＭＴ、酯类、氧化丙烯等，在这些介质中全氟醚橡胶　也能显现出优异的使用性能。但是，全氟醚橡胶的耐溶　剂性能会因为生胶牌号的不同有着一定的差异．所以　胶具有和聚四氟乙烯类似的热稳定性和耐化学介质　性。由于侧链具有一ＯＣＦ３基团，使之具有较好的弹性．　并具有对油类、热老化、光老化等独特的适应性能．其　中氟含量的高低，对全氟醚橡胶的特殊性能有着决定　性的影响。目前全球生产全氟醚橡胶的国家有美国、日　本、意大利、英国、俄罗斯、中国等，在我国全氟醚橡胶　制品的供货单位有美国杜邦、意大利苏威及英国ＰＰＥ　公司的代理机构和国内为数不多的生产厂家。　全氟醚橡胶具有与通用氟橡胶类同的良好物理机　械性能，且在一定范围内可调。但它的耐高温、耐特殊　在使用时一定要正确选择胶的牌号，尤其是应用于胺　基化合物时应特别注意。　全氟醚橡胶的硫化胶还具有对气体和液体的低渗　透性和良好的耐燃烧性能、电气绝缘性能、较低的摩擦　磨损性能及热传导率和线膨胀系数。　介质性能是通用氟橡胶无可比拟的。不同品牌的全氟　醚橡胶在高温下的性能有所不同。在实验室条件下．压　１全氟醚橡胶制品的应用概况　全氟醚橡胶因为具有优异特性被广泛应用于航空　航天、石油化工、原子能、半导体制造、医药食品和办公　缩永久变形试验被用来评估橡胶件的耐温度性能。苏　威苏莱克斯的耐高温等级可在３ｌ０℃左右使用，杜邦的　全氟醚橡胶耐高温等级可达３２７ｃ【＝，ＰＰＥ的高温等级可　设备等诸多行业和部门。然而由于其价格昂贵，且绝大　多数被制成橡胶密封件，因此安全和维护要求较严格　的石油化学工业和半导体制造业是其主要的应用行　业。应用较多的橡胶制品有Ｏ形圈、垫圈、膜片、Ｖ形　达３３０￣Ｃ，远远高于氟橡胶。耐低温等级的全氟醚橡胶　玻璃化温度可达一ｌ７ｃＩ＝。　全氟醚橡胶几乎能承受一切化学介质的腐蚀。其　收稿日期：２０１ｌ一１０一ｌ０　圈、垫片等。　全氟醚橡胶在化学介质和高温环境中长寿命的要　求下能够满足化学工业延长维护周期的需要，而其它　作者简介：李振环（１９３９一），男．教授级高工，主要从事动、静密封和防腐．　防护技术及材料的研究应用工作。现指导研究高性能复合材料开发应用　工作　４８　密封材料均存在不同的缺点。在流体控制领域，机械密　Ｈｖｄｒａｕｌｉｃｓ　Ｐｎｅｕｍａｔｉｃｓ＆Ｓｅａｌｓ／Ｎｏ．１．２０１２　封、阀门、仪器仪表等设备中使用全氟醚橡胶已经有相　当长的历史了．尤其在机械密封作为辅助密封件方面。　１．１　应用于炼油化工生产装置　橡胶制品也有一定的应用。如用于高真空、低温下的密　封可代替金属密封系统，能耐液相色谱和气相色谱　３００℃的高温。全氟醚橡胶可以把热稳定性、耐腐蚀性和　密封性及各方面结合起来，用于接触胺、氨、氯、盐酸、　硝酸、四氢呋喃和其他特殊的化学药物。　全氟醚橡胶Ｏ形圈、垫圈、Ｕ形皮碗、Ｖ形圈、隔　膜、填料等产品多应用于泵、机械密封、阀门产品的阀　座、连接密封件等高温、强腐蚀性工况。　据资料介绍，美国Ｍａｚｙｌａｎｄ化学公司的一个包装　车间．有２４种“Ｏｒｔｈｏ”牌农药和化肥，这些产品有十八　种溶剂配制，包含的化学物质有环己酮、甲基异丁苯　酮、异佛尔酮、二甲苯、煤油、轻的和重的芳香烃物质。　由于包装机２Ｏ个装料口关键密封件不耐腐蚀，１９７７年　开工仅一小时就被迫停产。而采用全氟醚橡胶密封件　后，设备运行正常。在导热姆中（二苯及二苯氧化物作　介质），２４０￣Ｃ使用三年以上。在丙烯酸甲酯中，１６０￣Ｃ使　用三年。在无水马来酸中，１６９℃使用一年以上。联合碳　化物公司将２６０辆氧化乙烯罐车上Ｏ形圈换成全氟醚　橡胶材料后，未发生渗漏现象。　美国的一家乙烯工厂．客户在苯乙烯的生产过程　中使用全氟醚橡胶替代原先的　ＦＥ和其他密封环，获　得了２倍以上的密封寿命。目前国内的许多ＰＴＡ客户　２全氟醚橡胶制品应用案例失效分析　２．１　产品使用工况条件及寿命要求　（１）产品使用工况条件及使用寿命要求。　全氟醚橡胶０形圈装配在ＢＷ０８０Ｑ旋转接头（见　图１）上，主要起静密封作用。使用工况为：长期３００￣Ｃ，　介质：美孚６０５导热油（许可试验温度＜３５０ｑＣ），压力　０．２ＭＰａ，接头旋转速度为１５０ｄｍｉｎ。使用寿命要求１年。　在使用全氟醚橡胶后也认定能降低停机时间，减少维　修成本。　１．２应用于能源开发领域　全氟醚橡胶制品在天然气、石油、低热开采、核电　站等领域得到应用，苛刻的工况条件，介质腐蚀，高温、　高压，辐射环境等只有全氟醚橡胶才能适应。如对于高　温低热和酸性油井中电子记录设备的专用罩，管线压　紧器上的Ｖ形圈，接触２３２℃酸性气体、压差为１　８００ｐｓｉ　的工况；接触含胺的１４９℃的液压油及酸性气、油混合　工况。用于４５００ｍ深度的钻井工况；用于２　１５０ｍ深井。　图１旋转接头结构简图　（２）新购ＤｕＰｏｎｔ全氟醚橡胶Ｏ形圈相关型号尺寸　资料。　Ｋａｌｒｅｚ　ＳｐｅｃｔｒｕｍＴＭ　Ｆｒｏｍ　Ｄｕｐｏｎｔ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　Ｅｌａｓｔｏｍｅｒｓ　２６０￣（２，且有硫化氢、二氧化碳及混合溶剂的工况；井深　４　５７０ｍ使用全氟醚的橡胶密封件，６年后依然完好；用　作天然气分离的隔膜，钻头牙轮轴承密封圈、电器连接　ＡＳ－５６８Ａ　０一ＲＩＮＧ　Ｋ＃２３７　器保护套，使用效果都较好。　１．３应用于宇航领域　Ｃｏｍｐｏｕｎｄ：７０７５　Ｎｏｍ：３．３５９ｘ０．１３９ｉｎ．　Ｎｏｍ：８５．３２ｘ３．５３ｍｍ　全氟醚橡胶突出的化学稳定性，制作的橡胶制品．　用于太空飞行和火箭发射等宇航领域，包括可耐喷气　式飞机燃油、肼类以及包括Ｎ　Ｏ　和发烟ＨＮＯ。在内的　Ｃｕｒｅ　ｄａｔｅ：１　２／２　１／２００９　ｌ００９４８２２３７０１７５１４８００１５　强氧化剂以及各种流体的输送、密封、减振工况等。在　液氧液氮温度下仍有良好的密封性能，并能耐液氧冲　击，不会发生着火、爆炸等现象。哥伦比亚号航天飞机　上用于隔离氧化氮和肼类。　１．４应用于高科技领域　２．２模拟试验设备、试验情况及试验中出现的问题　（１）模拟试验设备　将ＢＷ０８０Ｑ旋转接头装在型号ＲＭＴ—Ｈ２４０导热油　旋转接头试验机上，按试验大纲要求条件和程序进行　模拟试验。试验设备如图２所示。　４９　在许多高科技的研究、生产和仪器仪表中．全氟醚　Ｈｖｄｒａｕｌｉｃｓ　Ｐｎｅｕｍａｔｉｃｓ＆Ｓｅａｌｓ／Ｎｏ．１．２０１２　一种双向齿轮泵　陈文胜　刀禹铭　４０２１６０）　（中船重工重庆液压机电有限公司，重庆永川摘要：介绍了一种双向齿轮泵，结构上采用斜齿轮传动，并利用液压桥式回路原理，具有进、出油口位置保持不变，有过载保护装置功　能的特点。提高了泵的性能，使齿轮泵的通用性更强。　关键词：双向齿轮泵；液压桥式回路；过载保护装置　中图分类号：ＴＨ１３７．５１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００８—０８１３（２０１２）０１—００５１－０３　Ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ　Ｇｅａｒ　Ｐｕｍｐ　ＣＨＥＮ　Ｗｅｎ－ｓｈｅｎｇ　ＤＡ０　Ｙｕ—ｍｉｎｇ　（ＣＳＩＣ　Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ－Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　４０２　１　６０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ａ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ　ｇｅａｒ　ｐｕｍｐ，ｗｈｉｃｈ　ｈａｄ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｈｅｌｉｃａｌ　ｇｅａｒ　ｄｒｉｖｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｕｓｅ　ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｂｒｉｄｇｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ，ｔｈｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｏｉｌ　ｉｎ　ａｎｄ　ｏｕｔ　ｕｎｃｈａｎｇｅｄ，ｏｖｅｒｌｏａｄ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｄｅｖｉｃｅ．Ｔｈｅｓｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｉｍｐｗｖｅｄ　ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ａｎｄ　ｅｎｈａｎｃｅｄ　ｔｈｅ　ｖｅｒｓａｔｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｇｅａｒ　ｐｕｍｐ．　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ　ｇｅａｒ　ｐｕｍｐ；ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｂｒｉｄｇｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ；ｏｖｅｒｌｏａｄ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｄｅｖｉｃｅ　Ｏ　引言　齿轮泵是流体传动的核心液压元件，也是提供液　基金项目：国防科技工业军转民技术开发项目资助（ＫＹ一０９ＦＤ）　收稿日期：２０１ｌ—ｏ９一Ｏ８　作者简介：陈文胜（１９６９一），男，四川广汉人，研究员级高工，长期从事流　压动力源的最简单的一种液压泵，在过去很长时间里，　齿轮泵的旋向都是单向的。一般情况下，齿轮泵的工作　状态受其结构限制。转向不能改变且进出油口固定，如　果改变转向。将造成密封元件失效，甚至齿轮泵的损　坏。在一般的液压系统中，如果结构位置允许，我们可　通过换向阀来改变油液的流通方向，而不需齿轮泵双　＋－＋－＋－＋－＋－＋＊＋－＋＊＋－＋－＋一＋－＋－＋－＋－—－卜－‘－＋一－—・卜－—・卜　体传动与控制元件的研究开发工作。　－＋－＋＊＋一＋－＋一＋－－－＋一－＋－　－＋－＋－＋－＋－＋－—　表３第三件全氟醚橡胶Ｏ形圈试验记录　３结束语　现实生产中，同一化学工艺中的不同设备对密封材　料的要求不同，所以橡胶制品必须具有广泛的适应性。　密封材料的失效导致的泄漏会带来物料的浪费，破坏环　境，甚至造成人员伤亡。同时，泄漏导致的非计划性停工　更常常给工厂造成巨大的损失。这是大量全氟醚橡胶在　现代化学工业得到越来越多应用的原因。但值得注意的　是，不同牌号、不同胶料甚至是不同硫化工艺的全氟醚　橡胶对特定化学介质高温压缩永久变形、线膨胀值、摩　擦等性能的耐受性可能截然不同，因此慎重选择材料并　正确进行产品设计和安装是非常重要的。　参　考　文　献　图ｌＯ第三件全氟醚试验后照片　【１】谢遂志等．橡胶工业手册（第一分册）【Ｍ】．北京：化学工业出版　社．１９９８．　鉴于目前７０９０全氟醚橡胶Ｏ形圈模拟运转工　作状态正常。所以试验工作仍按照试验大纲要求继　续进行。　【２】李振环．全氟醚橡胶的性能及应用［Ｊ］．流体机械，２００６（１２）．　【３】李振环，杨家义，孔建．全氟醚橡胶及其制品的应用【Ｃ】．特种　橡胶制品论文集．２０１０．　５１