全氟醚橡胶O型圈在旋转接头上的应用研究

１０　ＦＬＵＩＤ　ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ　Ｖｏ１．３９，Ｎｏ．６，２０１１　文章编号：　１００５—０３２９（２０１　１）０６—００１０—０３　全氟醚橡胶０型圈在旋转接头上的应用研究　杨家义　，孔建　，李振环　，沈元坤　，周存华　，严志　２１４１１２）　（１．合肥通用机械研究院，安徽合肥摘２３００３１；２．江苏腾旋科技股份有限公司，江苏无锡要：简述了旋转接头的结构、应用及全氟醚橡胶的性能特点。并介绍了高温导热油旋转接头专用模拟试验设备。　通过模拟试验，评价了模拟试验设备和７０７５、７０９０牌号胶料制造的全氟醚橡胶Ｏ型圈在旋转接头上的应用研究情况。　关键词：全氟醚橡胶０型圈；旋转接头；应用研究　中图分类号：ＴＱ３３　文献标识码：Ａ　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５—０３２９．２０１１．０６．００３　Ｓｔｕｄｙ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｐｅｒｆｌｕｏｒｏｅｌａｓｔｏｍｅｒｓ　０－ｒｉｎｇ　ｆｏｒ　Ｒｏｔａｒｙ　Ｊｏｉｎｔ　ＹＡＮＧ　Ｊｉａ—ｙｉ　，ＫＯＮＧ　Ｊｉａｎ　，ＬＩ　Ｚｈｅｎ—ｈｕａｎ　，ＳＨＥＮ　Ｙｕａｎ．ｋｕｎ　，ＺＨＯＵ　Ｃｕｎ—ｈｕａ　，ＹＡＮ　Ｚｈｉ　（１．Ｈｅｆｅｉ　Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈｅｆｅｉ　２３００３１，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｔｅｎｇｘｕａｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｗｕｘｉ　２１４１　１２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ａ　ｂｒｉｅｆ　ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒｏｔａｒｙ　ｊｏｉｎｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ＰｅｒｌｆｕｏｒｏｅＩａｓｔｏｍｅｒｓ　ｗａｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ａ　ｔｅｓｔ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｆｏｒ　ｒｏｔａｒｙ　ｊｏｉｎｔ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｔｒｎａｓｆｅｒ　ｈｉｇｈ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｈｅａｔ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｏｉｌ　ｗａｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ａｎ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｌａ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｗａｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｔｏ　ｅｖａｌｕａｔｅ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ａｎｄ印ｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　７０７５　ａｎｄ　７０９０　Ｐｅｒｌｆｕｏｒｏｅｌａｓｔｏｍｅｌ￣０一ｒｉｎｇ　ｆｏｒ　ｒｏｔａｒｙ　ｊｏｉｎｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄ：ｐｅｒｆｌｕｏｒｏｅｌａｓｔｏｍｅｒｓ　０一ｉｒｎｇ；ｒｏｔａｒｙ　ｊｏｉｎｔ；ｓｔｕｄｙ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　１前言　温导热油的使用环境，这些材质的０型圈就不适　用了，只能选用全氟醚橡胶０型圈。由于全氟醚　旋转接头是将流体介质由相对静止管道输送　橡胶型号很多，使用性能差异较大，因此有必要开　到旋转或摆转的管道、设备中的机械动密封装置，　展全氟醚橡胶０型圈在旋转接头上的应用研究　是固定管路向旋转、摆转设备输送和排除冷热传　工作。　导介质的必不可少的关键基础件。一般常用的可　分为单、双两种回路型式（也有少量多回路的），　２全氟醚橡胶０型圈在旋转接头上的应用研究　不同的结构型式有不同的特性，在接头所采用的　制造材质、密封结构、摩擦力等方面也有着显著的　２．１　全氟醚橡胶的性能特点　差异。基本结构包括外管（空心轴）、内管（双向　全氟醚橡胶是一种完全不含有ｃ—Ｈ键的橡　有）、外壳、端盖、尾盖、静密封环、密封圈、动密封　胶，该胶具有和聚四氟乙烯类似的热稳定性和耐　环、弹簧及各进出联接口等部件。壳体与静止环　化学介质性…。由于侧链具有一ＯＣＦ　基团，使之　之间通常采用０型圈进行密封。旋转接头广泛　具有较好的弹性，并具有对油类、热老化、光老化　应用于造纸、医药、食品、化工等行业。　等独特的适应性能，其中氟含量的高低，对全氟醚　常用的旋转接头静环０型密封圈的制造材　橡胶的特殊性能有着决定性的影响。目前全球生　质有氟橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶等，基本上能适　产全氟醚橡胶的国家有美国、日本、意大利、英国、　应用户的使用要求，但对于介质为２３０～３００ｏＣ高　俄罗斯、中国等。　收稿日期：２０１０—１２—２８修稿日期：２０１１—０４一ｌＩ　２０１１年第３９卷第６期　流体机械　全氟醚橡胶具有与通用氟橡胶类同的良好物　理机械性能，且在一定范围内可调。但它的耐高　温、耐特殊介质性能是通用氟橡胶无可比拟的。　不同品牌的全氟醚橡胶在高温下的性能有所不　型圈进行考核，完全按高温导热油旋转接头实际　使用工况要求设计了ＲＭＪ—Ｈ２４０导热油旋转接头　试验机。该试验机具有以下特点：　ｔ　（１）试验温度可在２０～３００￣Ｃ内任意设置，触　同　Ｊ。苏威苏莱克斯的全氟醚橡胶耐高温等级　可达３１０％，杜邦的全氟醚橡胶耐高温等级可达　摸式控制操作；　（２）导热油压力可在０．０８～０．５ＭＰａ范围内　调节，液晶显示；　３２７ｃＩ＝，ＰＰＥ的高温等级可达３３０￣Ｃ。在实验室条　件下，压缩永久变形试验被用来评估橡胶件的耐　温性能。　（３）转速可在５０～５００ｒ／ｍｉｎ范围内调节；　（４）能进行多项性能测试：密封与泄漏状况，　产品使用寿命，配套轴承、油脂、喷漆的高温质量，　旋转接头结构设计的合理性。　２．４模拟试验情况　全氟醚橡胶几乎能承受一切化学介质的腐　蚀，其中包括醚类、酮类、苯环类溶剂、强氧化剂、　强酸、强碱等，并能承受其他橡胶所不能使用的化　学药品如：丙烯腈、ＤＮＴ、醚类、二氯甲烷、苯乙烯、　胺基类、乙氧基乙醇、氧化乙烯、酮类、稀释剂类、　氯乙烯、丁二烯类、ＤＭＴ、酯类、氧化丙烯等，在这　些介质中全氟醚橡胶也能显现出优异的使用性　将全氟醚橡胶Ｏ型圈装在ＢＷ０８０Ｑ型高温　旋转接头上，然后将该旋转接头装在ＲＭＴ—Ｈ２４０　导热油旋转接头试验机上，按试验大纲要求和程　序进行模拟试验。　能。但是，全氟醚橡胶的耐溶剂性能会因为生胶　牌号的不同有着一定的差异，所以在使用时一定　要正确选择胶的牌号，尤其是应用于胺基化合物　时需特别注意。　２．４．１第１件全氟醚橡胶Ｏ型圈（７０７５牌号胶　料制造）试验情况　第１件全氟醚橡胶Ｏ型圈在旋转接头试验　机上的试验情况见表１。　表１　第一件全氟醚橡胶Ｏ型圈试验记录　试验条件　温度　压力　介质　转速　运转时间　工作　（℃）　（ＳＰａ）　（ｒ／ｍｉｎ）　（ｈ）　状态　２３０　２５０　２７０　０．２　０．２　０．２　６ｏ５　６０５　６０５　１５０　１５０　１５０　５　ｌ６　ｌ６　正常　正常　正常　全氟醚橡胶的硫化胶还具有对气体和液体的　低渗透性和良好的耐燃烧性能、电气绝缘性能、较　低的摩擦磨损性能及热传导率和高温下较高的体　积膨胀率。　２．２应用试验　全氟醚橡胶Ｏ型圈装配在ＢＷ０８０Ｑ旋转接　头（图１）上，主要起静密封作用，该旋转接头主要　应用于需连续传导均恒高热能进行生产工业产品　２８０　２９ｏ　０．２　Ｏ．２　６０５　６ｏ５　ｌ５０　１５０　１６　１６　正常　正常　的机械设备上，如ＰＶＣ生产线的压延机，造纸机　的超级压光机等。使用工况为：２３０～２５０℃，短期　２８０％，介质：高温导热油，压力０．２ＭＰａ，接头旋转　速度为１５０ｒ／ｍｉｎ。使用寿命要求１年。　Ｉ　５：ｌ　由表１可以看出，第一件全氟醚橡胶Ｏ型圈　在２３０～２９０￣Ｃ的试验条件下，连续运行７０　ｈ，试　验正常。取出观察，Ｏ型圈外观及柔弹性能均良　好。　２．４．２第２件全氟醚橡胶Ｏ型圈（７０７５牌号胶　料制造）试验情况　为了进一步验证７０７５牌号胶料制造的全氟　醚橡胶Ｏ型圈在２８０℃较长工作时间下的使用情　况，将第２件产品又装配到旋转接头和试验机上　进行运转试验，试验情况见表２。　图１旋转接头结构示意　表２第２件全氟醚橡胶Ｏ型圈试验记录　试验条件　温度　压力　转速　运转时间（℃）　（ＭＰａ）　介质　（（ｈ）　ｒ／ｍｉｎ）　工作　状态　该旋转接头模拟试验用的全氟醚橡胶Ｏ型　圈由７０７５和７０９０牌号的胶料制造，产品尺寸为　６８５．３２×３．５３ｍｍ。　２．３模拟试验设备　２８０　０．２　６０５　１５０　１６２　Ｉ正常　为了对高温导热油旋转接头用全氟醚橡胶Ｏ　由表２可以看出，第２件全氟醚橡胶Ｏ型圈　１２　ＦＬＵＩＤ　ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ　Ｖｏ１．３９，Ｎｏ．６，２０１１　在２８０ｏｃ的试验条件下，连续运行１６２ｈ，工作性能　研究结果表明：７０７５和７０９０牌号胶料制造　的全氟醚橡胶Ｏ型圈能够满足旋转接头长期在　２３０～２５０　，短期在２８０￣Ｃ工况下的使用要求。　模拟试验也验证了自行研制的高温导热油旋转接　正常，取出的全氟醚橡胶Ｏ型圈完好无损。　上述２次试验结果说明：７０７５牌号胶料制造的　全氟醚橡胶Ｏ型圄能够满足旋转接头的使用工况。　２．４．３第３件全氟醚橡胶Ｏ型圈（７０９０牌号胶　料制造）试验情况　为考察高硬度胶料０型圈在旋转接头上的使　用情况，又对采用７０９０牌号胶料制造的全氟醚橡　胶０型圈进行了模拟试验，试验隋况如表３所示。　表３　７０９０牌号全氟醚橡胶０型圈试验记录　试验条件　温度　压力　介质　转速　运转时间　工作　（ｏＣ）　（ＭＰａ）　（ｒ／ｍｉｎ）　（ｈ）　状态　２７０　２９０　０．２　０．２　６ｏ５　６０５　１５０　１５０　１ｏ９　９６　正常　正常　头专用模拟试验机结构设计合理，使用方便。　参考文献　［１］　李振环．柔性石墨制品的安装、使用与失效分析　［Ｊ］．润滑与密封，１９８４，（１）：２６－２９．　［２］　谢遂志．橡胶工业手册第一分册［Ｍ］．北京：化学工　业出版社，１９９８．　［３］　李振环．全氟醚橡胶的性能及应用［Ｊ】．流体机械，　２００６，３４（１２）：５２－５５．　［４］　李振环，杨家义，孔建．全氟醚橡胶及其制品［Ｊ］．　特种橡胶制品，２０１０，３１（６）：６７－７０．　［５］　杜邦公司全氟醚橡胶资料及样本［ｚ］．　—．Ｌ—．Ｌ由表３可以看出，７０９０牌号的全氟醚橡胶Ｏ　型圈在２７０℃运行１０９ｈ和２９０℃运行９６ｈ后，工　作性能正常，产品外观和柔弹性能均良好。　从某公司产品样本中可以看出，７０７５和７０９０　牌号的全氟醚硫化胶的物理机械性能、高温热老　化性能及压缩永久变形性能，是比较优越的，表１　～［６］　苏威苏莱克斯公司全氟醚橡胶资料及样本［Ｚ］．　［７］　英国ＰＰＥ公司全氟醚橡胶资料及样本［ｚ］．　［８］　全氟化橡胶（ＢＤＦＦ４６０）资料［ｚ］．　［９］　王隽．船舶艉轴密封装置０型橡胶密封圈失效分析　［Ｊ］．润滑与密封，２００７，３２（４）：１６３～１６６．　作者简介：杨家义（１９８３一），助理工程师，从事特种高分子复　合材料的性能研究及其密封制品的研制应用工作，通讯地址：　２３００３１安徽合肥市长江西路８８８号合肥通用机械研究院流体机　械研究所。　１』Ｕ　１Ｊ　３的试验结果也证明了这一特点。　３结语　（上接第４２页）　［３］　Ｏｓｍａｎ　Ｋｕｌａｋ，Ｓｅｌｃｕｋ　Ｃｅｂｉ，Ｃｅｎｇｉｚ　Ｋａｈｒａｍａｎ．Ａｐｐｌｉ—　ｃａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ａｘｉｏｍａｔｉｃ　ｄｅｓｉｇｎ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ：Ａ　ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ　ｒｅ—　与制造工程，２００２，３１（５）：３７－３９．　林晓鹰，侯亮，韩东辉，等．基于公理化理论的自动　装配与焊接系统设计［Ｊ］．厦门大学学报（自然科　学版），２００７，４６（３），３５１－３５６．　Ｕｒｂａｎｉｃ　Ｒ　Ｊ．Ｗ　Ｈ．Ｅｌ　ＭａｒａｇｈｙＵｓｉｎｇ　ａｘｉｏｍａｔｉｃ　ｄｅｓｉｎ　ｇｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｄ￣ｉｎ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ　ｆｒａｍｅｗｏｒｋ　ｔｇｏ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ａ　ｐｌａｔ—　ｖｉｅｗ［Ｊ］．Ｅｘｐｅｒｔ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　ｗｉｔｈ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２０１０，　３７：６７０５－６７１７．　［４］　肖人彬，蔡池兰，刘勇．公理设计的研究现状与问　题分析［Ｊ］．机械工程学报，２００８，４４（１２）：１－１１．　ｆｏｒｍ　ｏｆｒ　ｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔ　ｄｅｓｉｎ　ｍｏｄｉｇｉｆｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＣＩＲＰ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　［５］朱龙英．公理化设计理论及其应用研究［Ｄ］．南京　航空航天大学，２００４．　［６］　王平．基于公理化的产品设计理论及应用研究　［Ｄ］．南京航空航天大学，２００４．　２００９，（１）：１６５—１７１．　缪道平．活塞式制冷压缩机［Ｍ］．机械工业出版　社，１９９２．　［７］　曹鹏彬，肖人彬，库琼．公理设计过程中耦合设计问　题的结构化分析方法［Ｊ］．机械工程学报，２００６，４２　（３）：４７—５３．　吴丹青．压缩机簧片阀的有效通流面积和流量系　数研究［Ｊ］．流体机械，１９９１，１９（６）：５－８．　冯爱玉，刘浩．提高微型压缩机舌簧阀性能与寿　［８］　田启华，杨红梅．基于公理设计的产品解耦方法　［Ｊ］．工程设计学报，２００７，１４（６）：４３５－４３９．　命［Ｊ］．机电设备，１９８７，（５）：９一ｌ０．　张春安．舌簧阀片升程对使用寿命的影响［Ｊ］．流　体机械，１９９８，２６（６）：４５＿４７．　作者简介：王枫（１９７４一），女，博士后，主要从事制冷压缩机　性能提高的研究．通讯地址：ｌ１６０３３辽宁大连市　井子区东海路　７８号大连三洋压缩机有限公司。　［９］　王平，高德平．柴油机曲轴的公理化设　ｔ－［Ｊ］．机械　科学与技术，２００４，２３（７）：８７０－８７５．　［１０］吴建华，杜正春，姚振强．基于公理设计理论的轿　车门窗密封条端头冲切工位的开发［Ｊ］．机械设计