材料選用對柴油機密封性能的影響

山東濰坊工程職業(yè)學(xué)院　　杜鵬　聶永濤　謝宗華

材料選用對柴油機密封性能的影響

山東濰坊工程職業(yè)學(xué)院杜鵬聶永濤謝宗華

纖維和填料的選用對柴油機用無石棉密封材料的整體性能有著重要的影響，本文主要分析不同原料的性能及含量對密封性能的影響。

纖維；無石棉；密封性能

引言

無石棉密封墊片作為一種環(huán)保型密封材料，在柴油機密封結(jié)合面上有著非常廣泛的用途。該材料主要由纖維、填料和橡膠組成，本文主要分析了纖維和填料的選用和含量對密封板材性能的影響。

1　纖維材料對密封墊片性能影響

在原材料的選用過程中，增強纖維是密封墊片的核心。纖維種類的選擇和含量的確定將會影響實際的密封性能（如壓縮回彈力、密封性能和蠕變松弛等等）。

現(xiàn)階段纖維種類非常多，既有有機材料也有無機材料，既有價格昂貴的如芳綸纖維，也有價格非常便宜的玻璃纖維等［1-3］，選擇哪種纖維材料就成為密封材料制作過程中的重點問題。

現(xiàn)階段的密封原材料主要以芳綸漿粕為主要的纖維材料。雖然芳綸漿粕成本非常高，但它的優(yōu)點卻更加突出，選擇芳綸漿粕最主要的原因是該材料具有良好的分散混合性和非常大的比表面積。利用該性能，可以使纖維材料與彈性體和填充材料的各個表面充分地混合和接觸。

單純選用芳綸漿粕作為增強纖維制備的密封板材，性能優(yōu)異，密封效果好，但最大的缺點就是價格昂貴，甚至超出了金屬橡膠復(fù)合板材，導(dǎo)致密封材料在市場上的競爭力較差。為了提高板材的市場競爭力，在保證密封墊片性能的基礎(chǔ)上，選用多種纖維材料共同作為增加纖維。常將礦物纖維和芳綸漿粕配合使用。

通過試驗優(yōu)化礦物纖維和芳綸漿粕的含量配比，當(dāng)芳綸漿粕含量為10%、礦物纖維為18%時，板材的性價比最高。此時進(jìn)一步增加芳綸漿粕的含量，對密封板材的性能影響較小。

2　填料的選用對密封材料性能的影響

纖維增強橡膠密封墊片所用到的原材料當(dāng)中，填料同樣是必不可少的。填料作為原材料當(dāng)中所占份額最大的材料，主要作用是提高板材的整體加工工藝性，改善密封板材的基本性能。

在使用過程當(dāng)中，填料含量可以達(dá)到45%以上甚至更多。填料根據(jù)具體的作用還可以分為增加容量（明顯降低產(chǎn)品成本）、改變產(chǎn)品顏色和補強作用（增加板材的機械強度和性能）三種。市面上經(jīng)常用到的填料有以下幾種。

（1）炭黑

炭黑的加入能夠明顯地提高密封板材的機械性能（特別是它的抗拉強度），這主要跟炭黑的性能有關(guān)，在實際使用過程中該材料主要起到補強的作用。炭黑的用量并不是越多越好，過多炭黑的加入反而會降低密封板材的實際性能，所以在實際生產(chǎn)中要根據(jù)具體的配方選擇最合適的炭黑含量。

（2）白炭黑

白炭黑是一種非常常見的填料。該填料也屬于補強性填料的一種。適量白炭黑的加入可明顯改善密封板材的性能。在使用過程當(dāng)中要重點關(guān)注三個方面：一是白炭黑的酸堿性，堿性的白炭黑將大大增強產(chǎn)品性能，酸性的白炭黑將嚴(yán)重影響硫化工藝的順利進(jìn)行，使產(chǎn)品硫化不充分；二是混煉溫度的適中，當(dāng)混煉溫度不夠時將使得整個原材料在混煉過程中很難充分打散和混合，導(dǎo)致原材料分散性較差；三是門尼黏度，過高的門尼粘度將使橡膠的混煉效果較差，產(chǎn)品的性能較低。

（3）高嶺土

高嶺土也是我們常用到的一種補強性填料，它的主要成分是三氧化二鋁和二氧化硅。其中二氧化硅占40%左右，三氧化二鋁占35%左右，粒徑較小的高嶺土具有較好的補強作用，而粒徑在5微米左右的高嶺土則只有填充的作用。另外，過多含量高嶺土的加入將引起材料的硫化不充分，可以通過加入活性劑來改善整體的硫化效率。

（4）碳酸鈣

碳酸鈣作為使用量最大的填料，有非常多的優(yōu)點，如價格非常低廉、性價比高；材料在使用過程中一般呈現(xiàn)惰性，不會影響密封板材的關(guān)鍵性能；在使用過程中對人體沒有危害，無污染；碳酸鈣可以根據(jù)使用要求加工成不同粒徑的填料等等。碳酸鈣在經(jīng)過表面改性處理以后與橡膠的相容性非常好。

碳酸鈣也有明顯的缺點：易溶于酸，所以它不適合用于長期工作在酸性介質(zhì)環(huán)境中的板材。

（5）云母粉

云母粉作為填料加入以后，使得整個密封板材的壓縮回彈性能顯著改善，并且材料的耐酸性和抗腐蝕性也有明顯的提高，常被作為一種優(yōu)良的添加劑使用。

（6）硫酸鋇

硫酸鋇作為一種化學(xué)性能非常穩(wěn)定的材料，作為填料時的主要作用為增容增重，不會對板材的整體性能有什么影響，屬于惰性填料。

3　總結(jié)

纖維和填料含量對板材的整體性能有著較大的影響。當(dāng)增強纖維含量過低時，由于纖維、橡膠和填料無法充分融合在一起，使得整體板材的性能較低，成張性較差；纖維含量過高，產(chǎn)品的性能并不能直線增加，反而會導(dǎo)致密封材料成本的顯著增加。通過試驗分析發(fā)現(xiàn)，礦物纖維含量在18%、芳綸漿粕在10%左右時，材料的密封效果最好，性價比最高。

填料在材料的制備過程中同樣舉足輕重，過高的填料含量雖然可以顯著降低生產(chǎn)成本，但將導(dǎo)致板材的整體性能較差，螺栓載荷的衰減過高。

［1］張耀明.中國玻璃纖維工業(yè)回顧與展望［J］.吉林建材，2004，（2）：41-49.

［2］李志安，胡宏玖.玻璃纖維增強橡膠墊片材料的研制［J］.石油化工設(shè)備，1995，（5）：23-25.

［3］趙稼祥.世界碳纖維現(xiàn)狀與進(jìn)展［J］.玻璃鋼/復(fù)合材料，2003，（2）：40-43.

杜鵬，1984年出生，山東濰坊人，研究生，講師，研究方向：工程機械的密封技術(shù)。