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氮化硅在乙丙橡胶油封中的应用
% z5 L8 v' H$ i# H9 M o
7 b# K% z: d; V" {& }; d9 D+ w
~* F; S$ b* b2 [/ f |0 C2 h8 O) O+ ^% C
近几年来,氮化硅作为一种新型的工程陶瓷材料,在橡胶行业也获得了广泛的应用。它除具有极好的耐磨、耐蚀、抗热振、电绝缘、化学稳定、抗熔融有色金属侵蚀等特性外,还有收缩小(收缩率仅0.1%)和自润滑的优点。其耐腐蚀性和物理机械性能分别见表1、表2所示。
4 s( ~( P. n h& F% g表1 氮化硅的耐腐蚀性
$ C0 M& H3 U+ q8 N* r% {介质 浓度,% 耐腐蚀率,%
; D( q; K6 a+ k. C; S硝酸 65~68 99.656 B( F. o( L9 l
盐酸 36~38 99.72' E, K! n5 V: z) T. U
王水 99.49, Z1 W0 @: G; {
醋酸 99 99.97' Z" x/ A- h7 \( I" e
硫酸 10 99.96
( W" k5 p" ?( U0 c- o硫酸 95~98 增重4 b+ \2 \- X3 }. F+ o8 U6 n! |. K
磷酸 99 99.88
: ?9 C. b& z f7 f烧碱 10 99.664 v$ O5 y! F* E6 N/ g+ d
烧碱 20 99.61/ U$ J* W4 f3 t( G! r! A+ o
烧碱 30 99.53+ H1 M5 \& J7 z* I4 q1 n
表2 氮化硅的物理机械性能, _9 |6 j$ U' ?# [" `3 B
名称 反应烧结法 热压法- R7 z+ ~3 Y, w9 S* W* |
密度,g/cm3 2.5~2.6 3.18
9 J& Z' H3 a* }0 \7 y5 Z" @气孔率,% 1.3 <13 g2 t$ D6 L! r- Q2 W* A
抗弯强度,MPa 196 686~784
+ g* E3 P1 S! _* X抗压强度,MPa 118 c8 F# @& g3 v9 q9 p
抗拉强度,MPa 118~137 5 O2 p( S0 C# o& c: O% h$ v
抗冲击强度,MPa 0.15~0.2 0.4, w- g- Q. |3 S M2 r4 g
硬度(RA) 80~85 91~92
6 w" [/ u* a) P3 t( N. I摩擦系数,f 0.1~0.5 " c9 O4 V7 f6 h S
导热系数,Cal·cm/cm2·s·℃ 0.012
, Q l1 N! ^! y) A电阻率,Ω·cm(20℃) 1013
; P( T" |* i( G7 M9 [& u电阻率,Ω·cm(700℃) 108
+ C& h5 o8 ~* q2 I% o9 b( |热膨胀系数 2.5×106 27~28×106% ]$ r8 `( O! {3 h _
由于氮化硅具有上述一系列优良的特性,所以近几年在机械密封上的应用,特别在泵、压缩机、透平机、风机、反应釜设备中用来堵塞工作介质轴端外泄漏起到了很好作用。由此得到启发,为提高油封的耐磨性,乙丙橡胶胶料中通过添加一定比例的氮化硅进行了试验,其结果见表3。" L# \0 M# z8 `" Y) W. b
表3 氮化硅配合乙丙橡胶的性能及其磨擦系数
8 t( C* A0 Z: ~项目 添加前 添加后
% `, ~5 c& t w拉伸强度,MPa 116 143~169. k C+ j+ v8 ~2 k& h1 N
伸长率,% 110 92~98
& @4 v4 V9 @+ N5 q' O1 e永久变形,% 6 0~1
- \; I/ V% v, r6 R S脆性温度,℃ ≯-50 ≯-65~-75" ^( j. N: J: M' b! D4 ?
磨擦系数,f 1.13~1.16 0.83~0.94
- i, O' v0 O6 p# I# L* g5 y! Z磨痕宽度,m/m 13.0~13.4 10.0~11.2; j/ d0 q; U3 B: O/ c6 ^; B
从表3可以看出,添加氮化硅后硫化胶在常温时的磨擦系数f有所降低,磨擦生热减小。同时由于氮化硅的导热系数较大,加快了磨擦部位热量的散发,磨擦部位的温度较低,而且因氮化硅本身耐高温,添加氮化硅后其硫化胶的硬度随温升的变化缓慢(见图1),所以相应地降低了高温状态下的磨擦系数,提高了橡胶的耐磨性。9 A h1 ]8 Q, n& { g
' \/ U, W4 d% }: t4 n" E/ m' t4 f1-添加氮化硅乙丙橡胶:2-原乙丙橡胶5 X& y$ b! y1 `( Y0 s$ k
图1 硫化硬度随温度的变化4 I) ~( n' i# h1 d- Q. s4 q2 V
8 {5 u1 B7 n" P4 z7 j0 T
1-V形氮化硅橡胶油封;2-聚四氟乙烯档圈
5 b% ^5 J- F- V) ^ P3 x图2 造气自控机密封示意图
9 T3 T9 W( b9 A4 \- e 在氮肥生产的第一道工序中是制造半水煤气。气体从自动控制机的传动轴部位经常因密封不佳而泄漏,使一部分原料气白白浪费,同时使车间空气严重污染,大量一氧化碳使工人健康受到影响。
1 Q. p7 b# V3 g" b 原用密封材料是石棉盘根,在造气炉高温及煤气腐蚀下三个月就硬化而失去密封作用,导致大量泄漏煤气。从改变密封结构着手,改用耐蚀、耐磨的添加氮化硅的乙丙橡胶油封,配合使用聚四氟乙烯挡灰圈,可代替原来的石棉盘根。所用V形橡胶密封圈,内径为150mm,3个为一组,聚四氟乙烯挡灰圈加装在密封胶圈前面,见图2所示。 C9 P- h/ m; U, q4 A" w
经过实际运转,取得了较好效果。其优点可归纳如下:(1)减少了有毒气体泄漏,用原乙丙橡胶油封,隔不了多久,即发生半水煤气泄漏,使一部分原料气白白浪费,也就等于氮肥的损失;(2)改善了车间劳动条件。用原普通油封,失效后车间空气中含有大量一氧化碳,使人头晕、头痛。改用氮化硅配合的乙丙橡胶油封后,克服了这一现象,使车间环境条件获得了很大改善;(3)密封效果好,使用寿命长。原乙丙橡胶油封一般只用3个月即硬化而失效,但造气车间的维修期通常为一年,中间一般不能停车调换密封件。这样一年中只有3个月基本上能够达到密封,而漏气时间却为9个月。使用氮化硅配合的橡胶油封后,密封周期延长,能满足一年维修期的需要。# O+ \# \/ a* |* c& w& a* r
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