耐受低温的弹性体材料

作者:Ulrich Fenner 文章来源:C.Otto Gehrckens公司 发布时间:2012-09-26


Perlast ICE G75LT弹性体密封材料专门为低温应用环境而研发,并且通过了大量的严格测试

在许多应用场合中,弹性密封材料不仅需要有很高的耐化学腐蚀性能而且还要有很好的低温使用性能。应用场所需要这些密封材料能够在高达250℃的高温环境中使用的同时能够耐受低温,Perlast ICE G75LT满足了这些应用要求。

在石油生产、天然气生产、化工厂或者食品、医药生产厂中,或者在高科技的生物工程领域中,生产设备往往在温度很低的环境中也会接触到腐蚀性极强的介质。在这些应用场合中,流程设备的设计师和流程设备的使用者需要找到一种合适的弹性密封件材料,但是完成这一项工作需要解决很多难题。

在最低温度达-40℃的使用环境中,只有少数几种弹性体材料能够适用。在最低温度-60℃的工作环境中,VMQ(甲基乙烯基硅橡胶)有着很好的低温柔韧性,但VMQ不能够耐化学腐蚀性和高温环境。作为替代解决方案,设计师和用户目前只能选用特殊的FKM(氟橡胶)材料,但这种材料的耐化学腐蚀性能有限,在温度高达200℃的工况下无法使用。

FFKM(全氟醚橡胶)弹性体材料虽然表现出了很好的耐化学腐蚀性能,甚至在327℃的高温下也有很好的表现,但是,这种材料不能很好地适应低温环境。传统的FFKM材料能够使用的最低温度为-15℃。因此,FFKM材料只有在较高温度的应用环境中使用。例如,通过增加软化剂等辅助助剂的方法能够提高FFKM材料的低温柔韧性。但这种添加助剂的方法存在一定的缺陷,因为软化剂会在温度交变的工况下,在交变载荷的作用下从材料中“逃逸”出来。软化剂一旦逃逸,弹性体便开始硬化,向产品或者周围环境中释放这些助剂成分,失去低温柔韧性,从而也失去了它的密封性能。


图1 低温测试曲线图

针对这样的应用环境,密封技术专家C.Otto Gehrckens公司(简称COG公司),研发生产了一种新型的FFKM密封材料——Perlast ICE G75LT。这种材料的硬度为肖氏硬度A 80,可以在超低温环境中或高低温交替变化的环境中使用,同时具有很好的耐化学腐蚀性能。这种材料的机械性能和弹性保证了低温装配的可靠性,使得COG公司的产品更加完美。因此,可以说Perlast ICE G75LT弹性体密封材料是针对低温使用环境而研发的产品,可以长时间在低温环境中工作、使用的密封件材料。

Perlast弹性体材料具有聚合物分子的结构,通过该研发部门的努力,Perlast ICE G75LT弹性体密封材料在-40℃(在-32℃时的TR值为TR 10,同时有着很小的变形残留量)低温环境中具有长时间的低温柔韧性,首次获得了低温应用中持久的密封性能。除了特殊的性能之外,这种聚合物材料的渗透性很小,因此横截面膨胀很小,在控制阀、流程泵和滑动密封产品中作为密封件使用时有着很长的使用寿命。


图2 新型低温密封材料适合在静态密封和动态密封中使用

广泛的性能测试

COG公司的技术专家对这种新型材料进行了广泛的性能测试:

低温测试:在这一测试中,专门设置了FFKM材料测试的低温环境。测试时,活塞密封时使用的O型密封圈材料是Perlast ICE G75LT弹性体(密封圈宽度为5.33mm)。首先对气缸施加2.46MPa的压力,并在这一压力状态下监控降温冷却过程中材料的变化。第一次出现压力下降,也就是密封圈失效是在-60℃时。此时略微升高温度,O型密封圈出现“自我修复”的现象,密封材料重新拥有很好的密封性能和韧性。继续降温,直到密封圈再次失效,此时的试验温度达到-100℃。

其他检测:这些性能测试都清楚的表明该材料有着很好的低温密封性能。例如利用差示扫描量热法(DSC(Tg))检测时,在-32℃时测得了TR值为10;在-33℃测得了玻璃化转变温度,延伸率达50%试样在冷冻后的变形回弹达10%。这些数值在评判O型密封圈或者类似密封件的密封性能时是一个很有说服力的低温冷冻试验数据。根据经验,在TR-10的情况下O型密封件抵抗静压的能力会更好。

小结

在特定的条件下,新型FFKM弹性体材料Perlast ICE G75LT可以在-40℃或更低的温度环境中工作,且表现出良好的性能。

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