二氧化碳滅火系統(tǒng)容器閥密封圈的應(yīng)用試驗(yàn)研究

紀(jì)婷婷 董加強(qiáng) 楊慧紅

摘要：簡(jiǎn)述密封圈應(yīng)用于二氧化碳滅火系統(tǒng)容器閥的特殊性，并根據(jù)iso標(biāo)準(zhǔn)和知名廠家提供的二氧化碳兼容性選取了密封圈的材質(zhì)，對(duì)密封圈密封形式和溝槽尺寸進(jìn)行了理論研宄;通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法驗(yàn)證了密封圈材質(zhì)、密封形式、溝槽尺寸的可行性，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了溫度循環(huán)泄漏實(shí)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：密封圈;容器閥;二氧化碳滅火系統(tǒng);EPDM

隨著橡膠工業(yè)的崛起，各種性能優(yōu)異的橡膠材料在氣瓶容器閥中得到了廣泛的應(yīng)用。密封圈能夠滿足各種靜態(tài)或動(dòng)態(tài)應(yīng)用要求，且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、安裝簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)有效的優(yōu)點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)用于容器閥的密封圈多為丁腈橡膠，在二氧化碳?xì)馄可?，常常?huì)發(fā)生密封圈失效的現(xiàn)象。密封圈的失效會(huì)導(dǎo)致泄漏甚至誤噴的現(xiàn)象，直接威脅到生命和財(cái)產(chǎn)的安全。二氧化碳容器閥中密封圈失效的最重要原因是溶脹及滲透。

密封圈可能會(huì)由于吸收二氧化碳?xì)怏w（或液體>而發(fā)生膨脹，這可能導(dǎo)致密封圈尺寸增加。在使用過(guò)程中，最初的膨脹可以通過(guò)增塑劑和填充劑來(lái)掩蓋。機(jī)械強(qiáng)度和硬度的變化也會(huì)對(duì)性能有重要的影響。不同的配方、工藝會(huì)導(dǎo)致密封圈溶脹性有顯著差異。而且無(wú)論兼容性如何，靜態(tài)或動(dòng)態(tài)密封的選擇對(duì)性能也尤為重要。111

滲透是氣體穿過(guò)材料的一個(gè)緩慢過(guò)程。二氧化碳通過(guò)非金屬材料的滲透性是顯著的。對(duì)于給定的材料，滲透速率主要取決于溫度、壓力、厚度以及材料與氣體接觸的表面積。同時(shí)氣體的分子半徑、增塑劑及其他配方的添加劑對(duì)某種特定的塑料或彈性體會(huì)造成更為嚴(yán)重的滲透率。

本文主要目的是選出一款適合二氧化碳容器閥的密封圈材質(zhì)，并以此選出的密封圈進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，驗(yàn)證在二氧化碳容器?上應(yīng)用的可行性。

—、設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)

（一）密封圈材質(zhì)的選取

根據(jù)ISO11114-2中非金屬材料與二氧化碳的兼容性（見(jiàn)表1）[1】，甲基乙烯基硅橡膠（VMQ）、三元乙丙橡膠（EPDM）、甲基氟硅橡膠（FVMQ）、聚丙烯酸酯橡膠（ACM）、聚氨酯橡膠（PUR）與二氧化碳兼容性是可以接受的。但是VMQ、FVMQ、ACM、PUR相對(duì)于EPDM經(jīng)濟(jì)性不住。

目前容器閥最常用的密封圈是丁腈橡膠（NBR）和三元乙丙橡膠（EPDM），NBR在二氧化碳中會(huì)出現(xiàn)溶脹和重量減輕，任何情況下均不能用于二氧化碳中。而EPDM與二氧化碳雖然也會(huì)出現(xiàn)溶脹和重量減輕，但可以接受。

表2為EPDM在各種氣體中的滲透系數(shù)，EPDM在二氧化碳中的滲透系數(shù)相對(duì)于H20和其他氣體來(lái)說(shuō)高一點(diǎn)，故需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證是否可以用于二氧化碳滅火系統(tǒng)中。

（二）密封圈密封形式的選取

密封圈性能主要與材料、材料硬度、擠壓的程度、有無(wú)潤(rùn)滑、密封圈的截面尺寸以及被密封氣體的壓力、溫度等相關(guān)，密封件擠壓的增加會(huì)導(dǎo)致滲透性降低，使用潤(rùn)滑脂的密封圈可以降低滲透性。121

從上述公式中可以發(fā)現(xiàn)，溝槽深度越小，滲透速率越低;容器閥正常情況下處于靜止?fàn)顟B(tài)，只有在噴放充裝等少數(shù)情況下才會(huì)發(fā)生動(dòng)作;故選擇靜態(tài)密封。

（三）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

試件：實(shí)驗(yàn)采用2種不同硬度EPDM的密封圈，裝配到2種不同密封形式的容器閥中，每組準(zhǔn)備3個(gè)樣品。

實(shí)驗(yàn)方案：容器閥按表3安裝對(duì)應(yīng)規(guī)格的密封圈，密封形式也按表3進(jìn)行加工，裝配后安裝在鋼瓶上，向12個(gè)鋼瓶?jī)?nèi)充入二氧化碳?xì)怏w。靜置12小時(shí)，將容器閥淹沒(méi)到水中，去除表面殘留的氣泡觀察容器閥泄漏情況。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析：結(jié)果見(jiàn)表3，采用動(dòng)密封時(shí)密封圈壓縮量比較小，安裝不同硬度的密封圈，容器閥的泄漏率差別不是特別大。采用靜密封時(shí)溝槽壓縮量增加，安裝硬度比較低的密封圈時(shí)，容器閥的泄漏率有了明顯改善。采用靜密封時(shí)溝槽壓縮量增加的情況下同時(shí)安裝硬度較高的密封圈時(shí)，容器閥的泄漏率基本為零。

（四）應(yīng)用驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

根據(jù)實(shí)際使用工況進(jìn)行溫度循環(huán)泄漏實(shí)驗(yàn)

試件：4個(gè)充裝二氧化碳的瓶閩裝配體

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：對(duì)瓶閥裝配體進(jìn)行編號(hào)并稱重，記錄重量。501、0°C放置24h，重復(fù)3次。25T溫度下放置24h，再重復(fù)以上溫度循環(huán)試驗(yàn)，最后將試件25T溫度下放置24h后結(jié)束實(shí)驗(yàn)。結(jié)束實(shí)驗(yàn)后分別對(duì)4個(gè)瓶組進(jìn)行稱重，與實(shí)驗(yàn)前的重量進(jìn)行對(duì)比。[3]

實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析：實(shí)驗(yàn)結(jié)束后瓶闊裝配體重量與實(shí)驗(yàn)前一致，且啟動(dòng)容器閥，二氧化碳?xì)怏w噴放無(wú)任何故障。

二、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比研究，二氧化碳滅火系統(tǒng)容器閥密封圈的材質(zhì)適宜選用EPDM。密封圈的硬度和密封形式對(duì)容器閥密封性能也至關(guān)重要。最后建議具體的選型及產(chǎn)品應(yīng)用要根據(jù)應(yīng)用環(huán)境及標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)要求，與密封圈供應(yīng)商技術(shù)溝通并進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，以確保滿足容器閥在高低溫及儲(chǔ)存運(yùn)輸極限條件下密封性能可靠。

參考文獻(xiàn)：

[1]歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，技術(shù)委員會(huì)ISO/TC58 （氣瓶）.氣瓶-氣瓶和瓶閥材料與盛裝氣體的相容性：BSENISO11114-2：2013[S].2013-04-01.

[2]全國(guó)液壓氣動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).液壓氣動(dòng)用〇形橡膠密封圈溝槽尺寸：GB/T3452.3—2005[S].2005-09-19.

[3] 全國(guó)消防標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)第二分技術(shù)委員會(huì).二氧化碳滅火系統(tǒng)及部件通用技術(shù)條件：GB16669—2010[S].2010-09-26.

作者簡(jiǎn)介：

紀(jì)婷婷（1990.7—），女，江蘇泰州人，本科學(xué)歷，南京消防器材股份有限公司研發(fā)部工程師，長(zhǎng)期從事消防產(chǎn)品研發(fā)及應(yīng)用。研發(fā)產(chǎn)品曾多次獲得中國(guó)消防協(xié)會(huì)科技創(chuàng)新三等獎(jiǎng)，江蘇機(jī)械工業(yè)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。