分析了制冷設(shè)備中常用的一些密封墊片的性能特點(diǎn)，重點(diǎn)對(duì)制冷設(shè)備中使用的非石棉墊片進(jìn)行了試驗(yàn)性能的分析，對(duì)制冷設(shè)備上使用的密封墊片標(biāo)準(zhǔn)提出了一些修改建議。

1、概述

　　制冷設(shè)備用非金屬密封墊片分為制冷壓縮機(jī)用密封墊片和大型制冷設(shè)備管道法蘭用密封墊片，這些非金屬墊片由石棉橡膠復(fù)合墊片、橡膠和金屬增強(qiáng)復(fù)合墊片以及非石棉纖維橡膠復(fù)合墊片組成。執(zhí)行的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)為JB/T10537—2005。在這幾類產(chǎn)品中使用較多的是非石棉纖維橡膠復(fù)合墊片。非石棉纖維增強(qiáng)橡膠密封材料是一種多組分復(fù)合材料，組成材料的各種原料的性質(zhì)及其配比決定了材料的性能，例如增強(qiáng)纖維材料的種類、橡膠的成分、以及生產(chǎn)過(guò)程中的加工工藝都會(huì)對(duì)復(fù)合材料的性能產(chǎn)生影響，密封性能好的材料應(yīng)是適中的壓縮率、良好的回彈性能、致密性好、較低的冷流性、優(yōu)異的密封性能。制冷設(shè)備上應(yīng)用的非石棉纖維增強(qiáng)墊片一般應(yīng)用于大型壓縮機(jī)、壓縮機(jī)組、壓縮冷凝機(jī)組、離心式冷水機(jī)組、風(fēng)冷冷水熱泵機(jī)組、水源熱泵機(jī)組(既JB/T10537—2005標(biāo)準(zhǔn)中所說(shuō)的冷凍空調(diào)設(shè)備)的法蘭密封。使用的制冷劑為R22、R134a、R407C、R410A，使用溫度≤100℃，使用壓力≤3MPa。制冷設(shè)備中的管道法蘭連接處一般都使用非金屬密封墊片，這種墊片的密封形式是屬于彈塑性變形結(jié)合的密封，它是通過(guò)法蘭平面上產(chǎn)生的接觸應(yīng)力，使局部的塑性變形填滿密封面的微觀不平處，并產(chǎn)生較高的密封比壓而獲得密封。對(duì)制冷壓縮機(jī)或管路接頭密封來(lái)說(shuō)，流體在密封接口處的泄漏有2種:

　　(1)是流體通過(guò)墊片泄漏，這是由介質(zhì)壓力以及墊片的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)型式所決定，例如石棉墊片，由于石棉本身存在大量的毛細(xì)管，介質(zhì)壓力很高時(shí)，石棉纖維中的毛細(xì)管就成了滲漏的通道，但制冷設(shè)備的密封情狀況很少出現(xiàn)這種情況。

　　(2)流體經(jīng)過(guò)密封接觸面泄漏，這是制冷設(shè)備的密封失效的主要形式，這不僅與密封接觸面的結(jié)構(gòu)、狀態(tài)等有關(guān)，更主要的是與密封組合件各部分的性能和它們之間的變形協(xié)調(diào)有關(guān)。將法蘭與墊片接觸面處的微觀尺寸放大，可見(jiàn)二者的表面都是凹凸不平的，當(dāng)螺栓擰緊時(shí)，墊片受到壓縮產(chǎn)生變形，將法蘭平面上的凹凸不平填滿，形成了初始密封條件。性能良好的非金屬密封墊片應(yīng)在螺栓載荷力保持穩(wěn)定的情況下，能夠較長(zhǎng)時(shí)間地維持初始密封條件。

2、幾種非石棉密封墊片的性能試驗(yàn)分析及比較

　　制冷設(shè)備中使用的非金屬墊片主要是復(fù)合增強(qiáng)墊片，所接觸的介質(zhì)主要是制冷劑，如二氟一氯甲烷(R22)、四氟乙烷(R134a)等各種冷媒及冷凍機(jī)油等，制冷工況接觸的介質(zhì)為水、蒸汽等，使用溫度為常溫、高溫和低溫均有。復(fù)合增強(qiáng)墊片的類型有非金屬纖維橡膠復(fù)合墊片和金屬橡膠復(fù)合密封墊片。相對(duì)于化工行業(yè)的密封工況來(lái)說(shuō)，制冷設(shè)備使用的工況條件并不惡劣，介質(zhì)溫度和壓力的波動(dòng)并不是很大，因而對(duì)復(fù)合墊片的材料性能要求不高。但由于復(fù)合增強(qiáng)墊片中含橡膠成分較多，在使用過(guò)程中如擰緊法蘭的緊固力較大，易使墊片與法蘭密封面造成粘連，給更換密封墊片帶來(lái)不利影響，如果更換密封墊片時(shí)，法蘭密封面清理不干凈會(huì)直接影響密封效果，因而在生產(chǎn)制造工藝中希望在不降低密封效果和材料性能的前提下，減少橡膠的用量，橡膠用量降低后對(duì)復(fù)合增強(qiáng)墊片的抗老化性能會(huì)有進(jìn)一步提高，也有利于延長(zhǎng)密封墊片的使用壽命。針對(duì)JB/T10537—2005標(biāo)準(zhǔn)中的幾種復(fù)合密封墊片在制冷設(shè)備中的使用進(jìn)行試驗(yàn)分析和比較。該標(biāo)準(zhǔn)中的第一類墊片為非金屬纖維橡膠復(fù)合墊片，這類墊片又分為石棉纖維橡膠復(fù)合墊片和非石棉纖維橡膠復(fù)合墊片。含石棉類密封墊片是目前適用范圍較為廣泛、性能優(yōu)異的一類墊片，由于石棉纖維中含有致癌物質(zhì)，世界各主要工業(yè)化國(guó)家都淘汰和禁止使用石棉制品。隨著我國(guó)日益重視環(huán)境保護(hù)工作和逐步開(kāi)展淘汰和代替石棉密封制品，因而禁用和淘汰石棉制品已成為密封件產(chǎn)品發(fā)展的趨勢(shì)。此外國(guó)外的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法律規(guī)定，若需要使用石棉制品的場(chǎng)合必須張貼警示標(biāo)志，此密封制品含有石棉，同時(shí)此類含石棉制品廢棄物的處理也必須按規(guī)定的要求進(jìn)行，制冷設(shè)備中的工況條件并不是很苛刻，完全可以不使用含有石棉的密封墊片。

　　非石棉纖維橡膠復(fù)合墊片是由非石棉增強(qiáng)纖維與彈性粘結(jié)劑及其它無(wú)機(jī)填料等多種化學(xué)成分經(jīng)適當(dāng)?shù)墓に嚰庸ざ�成的片狀密封材料，它是目前品種最多、應(yīng)用最廣的一類代石棉密封材料。代替石棉纖維的材料大致可分為3大類:無(wú)機(jī)無(wú)定形纖維材料、無(wú)機(jī)結(jié)晶纖維材料、有機(jī)纖維增強(qiáng)材料。目前使用較多的增強(qiáng)纖維是芳香族聚酰胺纖維，它具有優(yōu)異的強(qiáng)度和很好的熱穩(wěn)定性，以及和橡膠材料在制造過(guò)程中的相溶性。加入增強(qiáng)材料聚酰胺纖維后，提高了材料的抗拉強(qiáng)度，降低了材料的應(yīng)力松弛率，同時(shí)提高了密封材料耐溫性和耐磨性能。增強(qiáng)纖維也有使用碳纖維材料的，碳纖維材料有一系列的各種優(yōu)秀性能，但碳纖維材料價(jià)格較貴，影響復(fù)合墊片的銷售價(jià)格，在制冷行業(yè)難以推廣使用。除纖維增強(qiáng)材料外，選擇橡膠粘合劑的類型也非常重要，既要考慮橡膠材料的適用溫度范圍，還要考慮橡膠材料的耐介質(zhì)性能以及材料的性價(jià)比。目前復(fù)合密封墊片使用的橡膠材料為天然橡膠、丙烯腈橡膠、氯丁二烯橡膠、丁苯橡膠、腈基丁二烯橡膠以及六氟丙烯和偏氟乙烯共聚物彈性體等材料。3種非石棉密封墊片的性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)(3家企業(yè)生產(chǎn)的非石棉密封墊片)如表1所示。其中:企業(yè)A產(chǎn)品型號(hào)NPB-6111C，使用芳綸纖維、丁晴橡膠為主要原料，采用壓縮成張法生產(chǎn)工藝制造;企業(yè)B產(chǎn)品型號(hào)NO.6502(黑色)，使用無(wú)石棉壓縮板經(jīng)沖壓加工成密封墊片，材料成分未公開(kāi);企業(yè)C產(chǎn)品型號(hào)TS8800，使用高級(jí)芳綸纖維、特種填料、丁晴橡膠等材料組配而成，采用連續(xù)化壓縮成型工藝制造。從表1試驗(yàn)數(shù)據(jù)可看出，非石棉密封墊片在室溫下的性能和耐冷凍機(jī)油的性能以及耐制冷劑和冷凍機(jī)油混合液體的性能沒(méi)有明顯的差異，壓縮率有所增加，回彈率略有降低，浸油后墊片的厚度有所增加，厚度變化率約在10%左右。而在耐冷凍機(jī)油及耐R22和冷凍機(jī)油的混合液中墊片的物理機(jī)械性能沒(méi)有明顯的變化。浸油后的墊片外觀更柔軟一些，抗拉強(qiáng)度有明顯下降。綜合性能評(píng)價(jià)是非石棉密封墊片適合于在制冷設(shè)備上使用。研究發(fā)現(xiàn)，非石棉密封墊片成型加工過(guò)程中的一些因素如粘結(jié)劑種類、增強(qiáng)材料的品種及其它配合材料的比例均會(huì)對(duì)材料性能產(chǎn)生影響，因而在復(fù)合密封墊片的生產(chǎn)過(guò)程中要優(yōu)化設(shè)計(jì)材料配方及生產(chǎn)過(guò)程中工藝參數(shù)的控制，才能生產(chǎn)出性能

　　優(yōu)良的復(fù)合密封材料。JB/T10537-2005《冷凍空調(diào)設(shè)備用復(fù)合密封墊片》標(biāo)準(zhǔn)中還規(guī)定了另外一種金屬橡膠復(fù)合墊片產(chǎn)品，它是由不銹鋼板或鋁板作為芯板，在金屬板的兩面各復(fù)合一層橡膠后加工而成。不銹鋼板與橡膠復(fù)合密封墊片的厚度從0.38～1.2mm不等，鋁板與橡膠復(fù)合密封墊片的厚度為0.38～0.84mm不等。這2種金屬橡膠復(fù)合密封墊片在制冷設(shè)備上使用不多，原因是橡膠易老化，在法蘭密封面上使用較長(zhǎng)時(shí)間后，橡膠易粘連法蘭密封面，使得更換密封墊片時(shí)要清理法蘭密封面，易造成法蘭面的損傷，這種墊片的安裝和使用均不方便。從這種密封墊片的機(jī)械物理性能分析，也沒(méi)有明顯的特點(diǎn)，由于橡膠材料的耐溫性能不如非石棉密封材料，它的高溫使用性能要低于非石棉密封墊片，最高使用溫度為180℃，而非石棉墊片最高使用溫度為300℃。

表1 非石棉密封墊片性能試驗(yàn)

3、對(duì)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)修改的建議

　　制冷設(shè)備用非石棉密封墊片種類較多，本文僅根據(jù)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T10537《冷凍空調(diào)設(shè)備用復(fù)合密封墊片》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的幾種產(chǎn)品進(jìn)行了初步的分析研究，該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布和實(shí)施已有8年，標(biāo)準(zhǔn)中的一些內(nèi)容和指標(biāo)應(yīng)進(jìn)行修訂，建議以后修訂該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，取消石棉纖維橡膠復(fù)合墊片產(chǎn)品和金屬橡膠復(fù)合墊片產(chǎn)品，全部采用非石棉纖維復(fù)合密封墊片，一方面符合環(huán)境保護(hù)的要求，另一方面非石棉纖維復(fù)合密封墊片產(chǎn)品能完全滿足制冷設(shè)備工況條件的使用要求。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)中的一些性能指標(biāo)應(yīng)進(jìn)行修訂，增加非石棉密封墊片的品種，如一些密封件產(chǎn)品的生產(chǎn)企業(yè)已能生產(chǎn)使用溫度為-200℃～300℃，使用壓力達(dá)3.5MPa的非石棉密封墊片，應(yīng)將這類產(chǎn)品納入標(biāo)準(zhǔn)。