橡膠密封中橡膠的一般特性

靜密封是指連接件不能做相對(duì)運(yùn)動(dòng)的密封。對(duì)于低真空和高真空，可拆靜密封一般采用彈性很大的橡膠做密封材料。超高真空的可拆靜密封由于受高溫烘烤和出氣率的限制，通常都使用軟金屬做密封材料。

橡膠密封

在真空設(shè)備中，橡膠作為密封材料的應(yīng)用z*為普遍，主要是由于它具有高彈性，較高的耐磨性和適宜的機(jī)械強(qiáng)度，因而具有在常溫下密封可靠，可反復(fù)拆卸安裝，易于加工，價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是不能承受高溫和低溫的環(huán)境條件，與金屬材料密封相比有較大的出氣率和滲透率，通常只能用于低真空和高真空系統(tǒng)，不采取一走的措施不適用于超高真空和極高真空系統(tǒng)和設(shè)備中。

橡膠的一般特性

橡膠的種類很多，性質(zhì)各有不同，但都具有很大的彈性，在很小的作用力下能產(chǎn)生很大的形變。圖6-1給出了硫化橡膠的張力與伸長(zhǎng)關(guān)系曲線。

橡膠的體積是很不容易被壓縮的。在某一方向上受壓就在另一方向上伸長(zhǎng)，總體積幾乎不變。因此，橡膠不僅可以用作壓緊密封，而且還可以用作脹緊密封。

橡膠長(zhǎng)期處于壓縮狀態(tài)，會(huì)發(fā)生永久變形，即殘余變形。殘余變形的大小隨溫度升高而急劇增加。如果橡膠試樣的原高為do，對(duì)每種橡膠試樣都?jí)嚎s到同一高度ds，在一定溫度下保持一定時(shí)間(例如22h或70h)，然后經(jīng)30min卸載并冷卻到室溫25℃，此時(shí)測(cè)得試樣的高度為d1，則橡膠試樣的殘余變形為

示。

密封法蘭的槽溝容積如果小于橡膠密封圈的體積，兩個(gè)法蘭表面就壓不到一起。使用這種法蘭時(shí)，螺栓如果擰得過(guò)緊，橡膠圈就會(huì)產(chǎn)生永久變形甚至被壓壞而影響密封性能。密封槽容積大于橡膠密封圈體積的法蘭，可部分地避免這種情況。

(1)溫度對(duì)橡膠的影響

溫度對(duì)橡膠的性能影響很大。高溫容易使橡膠產(chǎn)生殘余變形，加速橡膠的老化;低溫容易使橡膠發(fā)生結(jié)晶硬化，喪失彈性。因此，橡膠都有一定的使用溫度范圍。普通橡膠的使用溫度范圍為- 30℃～90℃;氟橡膠的使用溫度范圍為- 40℃-250℃;丁腈橡膠的使用溫度范圍為- 25℃—150℃。各類橡膠的性質(zhì)見(jiàn)表6-1。

(2)橡膠的滲漏性能

氣體能夠通過(guò)橡膠等密封材料向真空一側(cè)滲漏。不同橡膠在不同溫度下對(duì)空氣的透氣性不盡相同，天然橡膠透氣率很大，丁基橡膠含有甲基基團(tuán)，透氣率較低，并且隨丙烯腈的含量增高而降低;氟橡膠十分致密，加入炭黑之后，透氣率更小。氣體經(jīng)橡膠的滲漏速度，開(kāi)始時(shí)很快，然后逐漸降低，經(jīng)一定時(shí)間后，達(dá)到一穩(wěn)定的滲透值。

增塑劑對(duì)橡膠的透氣性影響很大，因?yàn)榧尤朐鏊軇┲?，使聚合物的間距加大，氣體的滲透率隨之增加。另外，增塑劑大多是在高溫下容易揮發(fā)的蠟類、酯類，在真空烘烤過(guò)程中容易揮發(fā)出來(lái)，并使橡膠老化變脆，所以用于真空系統(tǒng)中的密封橡膠，盡量選用含量少或不含任何增塑劑的品種。在室溫條件下，空氣對(duì)部分橡膠的透氣性見(jiàn)表6-2、表6-3所示。

(3)橡膠的出氣速率

橡膠的出氣速率是影響真空系統(tǒng)性能的一個(gè)重要參數(shù)。特別是超高真空系統(tǒng)的密封，一般要求采用出氣速率低的氟橡膠，并且要用制冷機(jī)冷凍橡膠以降低出氣速率。獲得10-9Pa以上的超高真空，不宜用橡膠做密封材料。各種橡膠材料的出氣速率見(jiàn)表6-4、表6-5。

(4)橡膠在真空條件下的質(zhì)量損失(質(zhì)損)

橡膠在常溫常壓下長(zhǎng)期存放或在真空中使用會(huì)逐漸老化變脆，填料和易揮發(fā)成分的喪失，使其質(zhì)量逐漸減少的現(xiàn)象稱為質(zhì)損。衛(wèi)星、飛船等航天器在宇宙空間條件下的質(zhì)損造成的污染，是一個(gè)不可忽視的問(wèn)題。真空用密封橡膠的選用，除了考慮其彈性、耐油性、機(jī)械強(qiáng)度、壓縮永久變形和出氣率等因素外，用于空間的橡膠，還要選擇較小的質(zhì)損率。表6-6給出了國(guó)產(chǎn)常用橡膠的質(zhì)損率。

(5)橡膠密封的預(yù)壓力

為了保證真空密封，橡膠密封墊圈上要施加一定的預(yù)壓力。橡膠密封圈的壓縮量與橡膠的硬度有關(guān)(如圖6-3所示)。例如，對(duì)直徑72mm、截面直徑(或高度)為4mm的各種橡膠墊圈作滲漏試驗(yàn)所得的結(jié)果表明，如果橡膠硬度大于50(HS)，密封表面沒(méi)有徑向擦傷，當(dāng)壓縮量為15%時(shí)，不論墊圈形狀如何，其滲漏量都小于10-7Pa·L/s。