對碳素機(jī)械密封性材料的應(yīng)用研究

齊學(xué)舜

（吉林炭素集團(tuán)有限公司，吉林 吉林 132002）

對碳素機(jī)械密封性材料的應(yīng)用研究

齊學(xué)舜

（吉林炭素集團(tuán)有限公司，吉林 吉林 132002）

本文介紹了碳素材料的獨(dú)特之處，并對碳素材料的性能和碳素材料的應(yīng)用以及發(fā)展情況進(jìn)行了簡單的研究。

碳素材料；密封性；性能

碳素機(jī)械密封性材料具有許多獨(dú)特的性能，而這些獨(dú)特的性能，使得碳素機(jī)械密封性材料在密封應(yīng)用方面擁有巨大的潛力。目前，工業(yè)產(chǎn)品上所使用的密封性材料，都出現(xiàn)了不同程度的問題，嚴(yán)重阻礙了企業(yè)的發(fā)展。密封性材料在密封性能上無法達(dá)到要求，所以才導(dǎo)致慘重的損失。因此，研究碳素機(jī)械性密封性材料的結(jié)構(gòu)、性能，對于材料的推廣使用具有相當(dāng)重要的價(jià)值。

1　碳素材料的獨(dú)特之處

傳統(tǒng)裝置中所使用的密封件，大多是由金屬材料制成的，這些金屬材料中的一些化學(xué)物質(zhì)會在密封過程中對密封件進(jìn)行侵蝕，日久天長，密封件的一些功能就會嚴(yán)重下降，甚至缺失。不僅縮短了密封件的使用期限，還大大降低了密封性能。經(jīng)過不斷研究，發(fā)現(xiàn)碳素機(jī)械密封性材料能很好的解決上述存在的問題。碳素機(jī)械密封性材料主要具有耐高溫、密封性強(qiáng)、耐深冷、抗腐蝕、抗輻照性、抗氧化性、耐磨損性能和化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn)。這些性能使碳素機(jī)械密封性材料在替代了一些傳統(tǒng)材料的同時，保證了機(jī)械密封裝置中的密封環(huán)正常運(yùn)轉(zhuǎn)和相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行效率，效果十分明顯。

2　碳素材料的性能

2.1強(qiáng)有力的耐腐蝕性

碳素材料開始氧化的溫度應(yīng)根據(jù)熱處理的溫度而定。氧化的溫度會隨著熱處理溫度的不斷升高而升高，例如，石墨在450℃左右開始輕微氧化。碳素材料的抗氧化性能也會隨著純度的升高而升高。這種材料有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，在腐蝕劑酸、堿、鹽及氧化性不強(qiáng)的介質(zhì)中基本上不受腐蝕。為了更全面地掌握碳素材料的耐腐蝕性能，將以試驗(yàn)來進(jìn)行認(rèn)證。在本次的試驗(yàn)中，為了保證試驗(yàn)的可靠性和說服力度，選取三種基體進(jìn)行測試，分別是焦碳石墨基（以石油焦碳為主）、天然鱗片石墨基（以鱗片石墨為主）和碳黑石墨基（以噴霧碳黑為主）。確定好基體后，保證三種基體都處在常溫條件下，將這三種基體分別放置在已經(jīng)配置好的濃度不同的酸（濃度為96%～98%）、鹽、堿（含量適中的氫氧化鈉試劑）和強(qiáng)氧化劑（含量適中的重鉻酸鉀溶液）中，對它們進(jìn)行腐蝕。之后，對腐蝕期間的變化進(jìn)行記錄，詳細(xì)記錄發(fā)生不同變化的時間，經(jīng)過數(shù)天腐蝕之后，要做一個性能測試。具體做法：將取出的樣品用開水煮沸，并重復(fù)煮沸過程5～7次，直到檢測到樣品的pH值穩(wěn)定在7左右，對樣品進(jìn)行烘干之后開始進(jìn)行性能測試，確定樣品的耐腐蝕能力。經(jīng)過性能測試實(shí)驗(yàn)，雖然經(jīng)歷了被強(qiáng)酸、堿、鹽及強(qiáng)化劑等試劑的強(qiáng)化性腐蝕，但是，碳素機(jī)械密封性材料依然沒有出現(xiàn)太大程度的損傷，經(jīng)進(jìn)一步檢測，碳素機(jī)械密封性材料的性能依然完好，沒有多大改變。即使是處在強(qiáng)酸、堿、鹽及強(qiáng)化劑等試劑的環(huán)境下，碳素機(jī)械密封性材料的性能也不會受太大的干擾。經(jīng)過對比之后，選取三種樣品對強(qiáng)酸、堿、鹽及強(qiáng)化劑等試劑的耐腐蝕性能存在一定的差異。從測試結(jié)果來看，耐腐蝕性能最強(qiáng)的是碳黑石墨基材料，耐腐蝕性能最差的是天然鱗片石墨基材料，耐腐蝕性能處于兩者之間的則是焦炭石墨基材料。在無數(shù)次測試后，筆者發(fā)現(xiàn)，如果對碳素機(jī)械密封性材料再做進(jìn)一步的浸漬處理，會大幅度提高碳素機(jī)械密封性材料的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性，同時，不會掩蓋碳素機(jī)械密封性材料的基本特性。不僅克服了碳素機(jī)械密封性材料易脆的缺點(diǎn)，還增強(qiáng)了碳素機(jī)械密封性材料的耐腐蝕性能。如今，這一方法已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，收到了很好的反饋效果。

2.2具有超強(qiáng)的耐高溫性

在化工、石油和機(jī)械等行業(yè)內(nèi)，不僅要求碳素機(jī)械密封性材料具有相當(dāng)可觀的耐腐蝕性能，還要求碳素機(jī)械密封性材料具有一定的耐高溫能力。為了進(jìn)一步研究材料的耐高溫能力，選取了三種樣品，將這三種樣品分別放置在不同溫度下，經(jīng)過一段時間后，筆者對三種樣品的耐高溫性能進(jìn)行了詳細(xì)測試。為了進(jìn)一步提高碳素機(jī)械密封性材料的耐高溫能力，增加機(jī)械的強(qiáng)度和不透性能，分別對三種樣品進(jìn)行了浸漬。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這三種碳素機(jī)械密封性材料在經(jīng)過不同溫度的處理之后，性能都沒有太大的變化，隨著溫度的提高，三種樣品的性能也沒有太大的變化，耐高溫性能正常，而且摩擦系數(shù)非常小，效果十分可觀。筆者又對三種樣品在同一溫度下的耐高溫性能進(jìn)行了測試，發(fā)現(xiàn)不同的碳素機(jī)械密封性材料在同一溫度下的耐腐蝕性大都不同，碳素機(jī)械密封性材料可以達(dá)到使用溫度范圍在300℃～500℃。如果繼續(xù)對碳素機(jī)械密封性材料進(jìn)行改進(jìn)，一些碳素機(jī)械密封性材料的使用溫度是可以達(dá)到540℃的。迄今為止，沒有哪一種材料能夠達(dá)到這么高的使用溫度和這么廣泛的使用范圍，所以，在耐高溫方面，碳素機(jī)械密封性材料是具有相當(dāng)實(shí)力的。采用不同的浸漬制品對碳素機(jī)械密封性材料的耐高溫和耐腐蝕能力也有不可低估的作用，所以，在浸漬制品的選擇上，要選取一些效果顯著的浸漬制品，使碳素機(jī)械密封性材料的性能發(fā)揮的更好。

3　碳素材料的應(yīng)用和發(fā)展

碳素機(jī)械密封性材料具有許多其他材料無法匹及的優(yōu)良性能，尤其是擁有超高的耐腐蝕性能和超強(qiáng)的耐高溫性能，使碳素機(jī)械密封性材料在眾多材料中脫穎而出，并被廣泛應(yīng)用在化工業(yè)、石油業(yè)和機(jī)械行業(yè)。在這些行業(yè)中，有的碳素機(jī)械密封性材料被當(dāng)做密封填料，用在了各種泵、閥門、反應(yīng)釜等器械上，有的碳素機(jī)械密封性材料被當(dāng)做墊片，用在各種管道法蘭上，也有一些被用在了壓縮機(jī)、反應(yīng)釜等器械上，成了作用顯著的動密封。目前，我國正在對具有耐高溫、耐腐蝕性性能的碳素機(jī)械密封性材料進(jìn)行大力開發(fā)，已經(jīng)能夠替代進(jìn)口材料并滿足各行業(yè)的需求，提供全方位的服務(wù)。

The Application Research about Machinery Seal of Carbon Materials

QI Xue-shun
（Jilin Carbon Group Co.Ltd.，Jilin 132002，China）

This paper introduces the unique characteristics of carbon materials，and the properties of carbon materials and the application and development ofcarbon materials were studied.

Carbon materials；Sealing；Performance

TB33

B

1674-8646（2015）07-0155-01