在帶壓密封作業過程中,密封注劑一經注射到夾具與泄漏部位外表面所形成的密封空腔內,便與泄漏介質直接接觸,是將要建立新密封結構的第一道防線。密封注劑的各項性能直接涉及注劑式帶壓密封技術的使用范圍,它的優劣也直接影響到新密封結構的使用壽命。
從目前國內外密封注劑的生產和使用情況來看,有30多個品種,可大致分為兩類。一類是熱固化密封注劑,其基礎材料是高分子合成橡膠以及固化劑,耐水、耐酸、耐堿、耐化學介質、耐高溫的各種輔助助劑等。這類密封注劑的顯著特點之一是,只有達到一定的溫度,才能完成密封注劑由塑性體轉變為彈性體的固化過程,常溫下則為棒狀固體。另一類是非熱固化密封注劑,它的基礎材料根據密封注劑的性能要求,可以是高分子合成樹脂、油品、石墨、塑料以及其他無機材料等,固化機理多為反應型及高溫碳化型或單純填充型,可以適應常溫、低溫及超高溫場合的帶壓密封作業要求,其產品也多制成棒狀固體或雙組分的膩狀材料。
一、密封注劑的性能指標
①. 注射工藝性能
無論是熱固化密封注劑還是非熱固化密封注劑,被裝入高壓注劑槍后,在額定操作壓力及環境溫度條件下,應具有良好的塑性和流動性,能夠被順利地注射到泄漏部位部分外表面與夾具所形成的密封空腔內,充填所有的裂紋、凹槽、孔洞等各種泄漏缺陷。
②. 使用溫度
密封注劑的使用溫度一般由試驗方法加以確定,并由實際應用加以驗證。
③. 固化時間
固化時間是密封注劑的重要物化指標之一。無論是熱固化密封注劑還是非熱固化密封注劑,都有一個由塑性體轉變為彈性體(或由流體轉變為固體)的過程。完成這個過程的時間間隔就是密封注劑的固化時間。密封注劑的固化時間與溫度有密切的關系。絕大多數密封注劑的固化時間與溫度成正比。
④. 耐介質性能
為了消除各種泄漏介質,對密封注劑總體來說,應具有十分廣泛的耐介質性能。這里所說的耐介質性能是指,新密封結構建立起來后,在規定期限內,已固化的密封注劑不被泄漏介質所侵蝕而喪失密封性能。對某一具體牌號的密封注劑來說,耐介質性是有限的,必須按其使用說明書正確選用。
⑤. 使用壽命
密封注劑的使用壽命是指從新的密封結構建立之日起,到該帶壓密封點再次發生泄漏的時間間隔。一般應不少于3個月。
二、熱固化密封注劑
熱固化密封注劑主要是以高分子合成橡膠為基料,同時加入固化劑、改進劑、增塑劑、促進劑、填充劑等,單組分,屬于熱固性劑料,常溫下比較堅硬,無流動性。一般按照高壓注劑槍的尺寸做成各種規格的棒狀固體。未固化的這類密封注劑會隨著環境溫度的升高,其塑性和流動性迅速增強。特別是在實際帶壓密封作業時,當密封注劑接觸到較熱的泄漏介質后,其塑性和流動性更加接近流體,在夾具與泄漏部位部分外表面所形成的密封空腔內,可以充滿所有的裂紋、凹槽、孔洞縫隙,最終整個密封空腔均被密封注劑所充滿,密封注劑不斷從泄漏部位獲取熱量,完成固化過程,形成一個連續的具有一定彈性的、又有一定強度的新的密封結構。
圖6-16是熱固化密封注劑典型特性曲線。注劑牌號為FSC-1/2A.其固化過程如下:密封注劑一旦被加熱,立刻變軟,塑性增強(可以認為是帶壓密封作業時,從高壓注劑槍擠出的密封注劑填塞夾具與泄漏部位外表面之間所形成的密封空腔的這段時間),稱為軟化流動段;150℃約3min,塑性迅速降低,黏滯性明顯升高,曲線急速下滑,密封注劑很快失去流動性(可以認為是密封注劑在密封空腔內接受泄漏介質熱量,逐步形成彈性密封結構的過程),稱為失塑段;大約6min,固化過程結束,密封注劑完全失去流動性(可以認為密封注劑已經在夾具密封空腔內堵塞住了泄漏介質,形成了堅韌的富有彈性的新的密封結構過程),稱為固化段;6min以后,密封注劑的固化性能不隨時間的變化而改變(可以認為是一個完整的動態密封作業的結束),曲線進入平滑段。其他牌號的熱固化密封注劑都具有上述類似的固化特性曲線,只是軟化段、失塑段、固化段的時間長短不等而已。
常用的熱固化密封注劑如下:
①. 丁腈橡膠類密封注劑
以丁腈橡膠為基本原料所組成的密封注劑是目前國內外應用最廣泛的密封注劑品種之一。這類密封注劑在250℃以下,可適用于下列介質:普通汽油、高辛烷值汽油、柴油、礦物油、植物油、動物油、合成潤滑油、變壓器油、石腦油、水蒸氣、空氣、氮氣、氫氣、氧氣、氯氣(干燥)、二氧化硫、氫氧化鈣、氫氧化鈉、氯化鈉(30%)、氨水、液氯、氟利昂、稀鹽酸、濃鹽酸、硼酸、稀硫酸、醋酸、石油醚、脂肪族溶劑、醇類、酯類等。
②. 乙丙橡膠類密封注劑
以乙丙橡膠為基料配制成的密封注劑在320℃以下,可以用于下列介質:稀鹽酸、濃鹽酸、稀硫酸、濃硫酸、稀硝酸、氯酸、磷酸、醋酸、冰醋酸、有機酸、氨水、液氨、蒸餾水、苛性鈉、過氧化氫、海水、甲醇、丁醇、乙二醇、丙酮、甲乙酮、醋酸甲酯、醋酸丁酯、甲醛、二氯甲烷、硝基苯、苯胺、棉籽油、奶油、亞麻油、醚類、蒸汽、氮氣、空氣、氫氣及各種惰性氣體。
三、非熱固化密封注劑
非熱固化密封注劑是指除熱固化密封注劑之外的各種密封注劑。非熱固化密封注劑的主要成分是合成樹脂、塑料、橡膠、石墨、油脂及無機纖維等,幾乎所有具有塑性、流動性,可由流體快速轉變為固體,又無體積收縮的物質都是這類密封注劑的選材范圍,產品有單組分棒狀固體和雙組分膩狀材料。
四、密封注劑的選用原則
目前國外經常使用的密封注劑有三十幾個品種,國內經常使用的有約18個品種。密封注劑的選用原則大致有三個方面內容:按泄漏介質的化學性能選用,按泄漏介質的溫度選用,按密封注劑的銷售價格選用。
①. 溫度高于600℃的泄漏介質,應選用以碳質原料或石墨類材料為主要基料配制成的非熱固化密封注劑。
②. 溫度在90~600℃的常見泄漏介質,應選用熱固化密封注劑。
③. 溫度在230℃以下的強溶解性泄漏介質,應選用以聚四氟乙烯為主要基料配制成的非熱固化密封注劑。
④. 大于-10℃的常見泄漏介質,應選用固化機理為反應型的非熱固化密封注劑。
⑤. 低于-20℃的泄漏介質,一般都難以完成固化過程,應選用以硅橡膠為主要基料配制成的非熱固化密封注劑。