PETRO2CHEMICALEQUIPMENTVol132No13May2003文章编号1000274662用于板式换热器的橡胶密封垫片江苏苏州215021甘肃兰州730050)摘要阐述了板式换热器橡胶垫片的结构、制造和质量控制,解释了板式换热器垫片和密封原理,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板式换热器;密封垫片;应力松弛中图分类号TQ0511503文献标识码板式换热器(以下简称板换器)有效的热交换不仅在板片之间狭小的空间中进行,而且在板片之间的许多垫片中也发生热交换。实际应用中,垫片被认为是板换器中最重要和最需要对其进行苛刻要求的零件。垫片不仅要密封住介质,使其不向外界环境中泄漏,而且还要防止热交换介质之间的互混用于板换器密封垫片的材料有橡胶、压缩石棉纤维、膨胀石墨、用聚四氟乙烯包覆防护的橡胶和专门处理过的聚四氟乙烯等。橡胶垫片在板换器中的使用率超过98材料组成和制造橡胶是很复杂的高分子体系,由橡胶聚合物(或称生胶)、硫化剂、填充剂(用于增强)、防老剂聚合物制造商供应的原料橡胶聚合物,还不是通常所说的橡胶,因为高分子聚合物的分子链还没有交联形成三维网状结构,交联网状结构是在硫化过程中形成的。起硫化反应的硫化剂,在热作用下引起橡胶聚合物之间的化学反应,从而完成硫化过。硫磺、有机树脂和有机过氧化物等都是典型的硫化剂。为了改善橡胶垫片的物理性能,如硬度断强度及撕裂强度等,需要加入增强填充剂,而碳黑是常用的填充剂,碳黑不仅可改善橡胶垫片的物理性能,而且可使垫片的价格大为降低。橡胶垫片象其它所有的有机体系一样,当其被暴露在有害的热氧等环境中就会发生老化。因此还需要在混炼胶中加入一些有效的抗老化剂(抗氧剂、抗臭氧剂等)延长橡胶垫片的寿命。加工助剂软化剂、脱模剂虽然不能延长橡胶垫片的寿命,但对改善垫片制作的完整过程中的混炼、挤出和模压性能很有作用对原材料及其配比的选择将决定橡胶垫片材料的最终性能。橡胶垫片材料典型组成见表板换器密封垫片的制作的完整过程大体上包括如下几个步骤和质量控制点混炼胶的混炼准确称量原材料,在密闭或开放式炼胶机中进行混炼。使按配方称量的各个原料组分混合均匀,经实验室检测后,将混炼胶用于垫片生产板换器橡胶垫片材料组成组成含量/举例橡胶聚合物～50丁腈(NBR)、三元乙丙EPDM)、氟橡胶等填充剂30～40碳黑、白碳黑等硫化剂2～10硫磺、有机过氧化物、有机树脂等金属氧化物氧化锌、氧化铅、氧化钙、氧化镁等防老剂、酚类化合物等加工助剂矿物油、硬脂酸等胶料毛坯因橡胶垫片的横截面积和长短不同,能够最终靠挤出机将胶料制成相应毛坯模压板换器橡胶密封垫片是在压机中用模压的方法制造的,即将未硫化的橡胶胶条半成品放入热模具的型腔中,模具闭合即进行硫化,模压温160～185,时间3～15min,因不同的混炼胶品种而异,模压压力应不小于后硫化为了更好的提高生产线的生产能力,硫化收稿日期2002211228作者简介(汉族),上海人,高级工程师,1964年毕业于清华大学主要是做高分子材料的合成和加工工作在模压过程中不全部完成,将模压硫化过的垫片在静态情况下置于烘箱中最终完成硫化。烘箱内的温度必须均匀,其保温时间因不同的混炼胶而异成品检验从每一炉烘箱中抽取成品垫片密封原理常见的橡胶形环属自密封原理,它的密封功能一直维持到形环变形、软化。这是因为对微小缺陷起密封作用的就是板换器橡胶垫片的密封则不同。板换器得以密封运行主要根据橡胶垫片因压缩而产生的瞬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。因此板换器密封最重要的就是使密封应力尽可能达到最高而且保持尽可能长的时间橡胶与金属弹簧的弹性不同,它是。这就从另一方面代表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,密封应力会随时间的延长而衰减。较高的应力松弛是限制板换器橡胶垫片常规使用的寿命的主要的因素种是物理松弛,这是因聚合物分子和填充剂微粒之间的重排引起的,此种重排随着橡胶的变形而逐渐接衡,密封应力与时间的对数呈线性关系种是化学松弛,这是因橡胶交联网中化学键的开裂引起的。氧化与温度是影响此种松弛的主要的因素。因此应力松弛的速率在很大程度上就取决于温度和每种橡胶垫片所适用的工作时候的温度范围,见图,随着温度上升,其应力松弛迅速恶化,而适于高温范围的氟橡胶则相反应力松驰与温度的关系应力松弛取决于橡胶垫片的组成(配方)和加工程序,而硫化程度(交联密度)也很重要。垫片制作得不好,交联密度低,应力松弛速率就高,垫片常规使用的寿命就短。但提高交联密度虽能改善应力松,却降低了橡胶的撕裂强度,结果就造成橡胶垫片在高应力下的破裂。密封应力是温度的函数,不同的橡胶对温度的依赖性不一样。氟橡胶的密封应力对温度表现出很强的依赖性,因而安装了氟橡胶垫片的板换器就有几率发生冷泄漏除了应力松弛以外,橡胶垫片的另一个经常被人们忽视的特性是,物理性能也非常强烈地依赖于温度。在高温下,橡胶垫片的扯断强度、撕裂强度和硬度等都会降低,虽然不同品种的橡胶垫片降低幅度不一样,但假如这时垫片受到压缩并超过其极限强度,垫片就有几率发生机械损坏,如压碎等,见图温度与橡胶性能关系板换器橡胶垫片的寿命可作如下描述,当垫片安装到板片上经组装后压缩至名义尺寸时就产生了初始密封应力,同时橡胶垫片的应力松弛也开始了在运输、储存和安装板换器最近一段时间,热交换的温度,应力松弛也较缓和。开车后,温度开始升高应力松弛逐渐严重。板换器运转一段时间后,需要停车做维修和清洗,板换器又冷却到原来的温度这时的密封应力较初始密封应力会降低,但通常还在保持密封所必须的最低应力之上,因而仍能保持密封新开车后,密封应力和应力松弛又重新开始。若干次重复以后,在冷热交换的情况下,橡胶垫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,被迫停止运行橡胶垫片是板换器的重要零件,选择适宜的垫片材料,能够保证板换器的长期运转,经验和大量的试验数据是正确选择材料的可靠依据,因此,正确的制造工艺和完善的质量保证体系是确保垫片质量所必须的