氮化硅在乙丙橡胶油封中的应用

王敏（辽河化工厂　辽宁　110200）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。表1　氮化硅的耐腐蚀性介质浓度，％耐腐蚀率，％硝酸65～6899.65盐酸36～3899.72王水99.49醋酸9999.97硫酸1099.96硫酸95～98增重磷酸9999.88烧碱1099.66烧碱2099.61烧碱3099.53表2　氮化硅的物理机械性能名称反应烧结法热压法密度，g/cm32.5～2.63.18气孔率，％1.3＜1抗弯强度，MPa196686～784抗压强度，MPa118抗拉强度，MPa118～137抗冲击强度，MPa0.15～0.20.4硬度（RA）80～8591～92摩擦系数，f0.1～0.5导热系数，Cal·cm/cm2·s·℃0.012电阻率，Ω·cm（20℃）1013电阻率，Ω·cm（700℃）108热膨胀系数2.5×10627～28×106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。表3　氮化硅配合乙丙橡胶的性能及其磨擦系数项目添加前添加后拉伸强度，MPa116143～169伸长率，％11092～98永久变形，％60～1脆性温度，℃≯-50≯-65～-75磨擦系数，f1.13～1.160.83～0.94磨痕宽度，m/m13.0～13.410.0～11.2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。1－添加氮化硅乙丙橡胶：2－原乙丙橡胶图1　硫化硬度随温度的变化1－V形氮化硅橡胶油封；2－聚四氟乙烯档圈图2　造气自控机密封示意图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。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。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。