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派克汉尼汾 | 低温下的密封解决方案

今天,无论是冰天雪地的南极,还是寒冷的西伯利亚,在重型设备的大力加持下,人们得以在这些地区建立科考站、天然气管道等工程。


那么,这些设备屹立风雪,稳定运行的秘诀是什么呢?

可以说,有效、可靠的密封解决方案是确保重型设备液压系统正常工作的重要因素!它们可以降低设备因寒冷天气而导致的意外停机,默默守护着设备安全及其生产效率。



密封件在低温下会发生什么?

除了水等少数物质,大部分物质遇冷会收缩。不同材料的收缩速率不同,人们将这种可测量属性称为热膨胀系数(CoTE)。在给定的温度变化下,热固性弹性体和热塑性塑料的收缩率大约是金属的5倍。这意味着在低温下,密封件的收缩程度要大于其外壳,进而导致密封性能降低。


随着温度下降,弹性体还会变硬,情况更糟。

当温度达到玻璃化转变温度(缩写为“Tg”)时,密封件就变得像玻璃一样坚硬而易碎!因此,为了保持密封件的弹性和韧性,材料的 Tg要低于系统的最低工作温度。

在高压力、低温度的应用中,还存在另一个问题。

对密封件施加压力会提升材料的Tg,大约每施加750 PSI, Tg将提高+ 1°C。人们将这种现象称为压力诱导玻璃化转变,这也是高压密封件在温度高于其Tg时出现泄漏的原因。

温度还不够低!

有较低的温度,当然还会有更低的温度。


如果一个地区的冬季温度位于冰点左右,大多数密封材料还可以正常工作。那么,在那些极度低温的区域呢?例如,寒冷的西伯利亚地区,温度可能低至-60°C(-76°F),加拿大北部的天气也并不温暖。在这些地区运行设备,其液压系统会通过摩擦产生足够热量,以保持密封件的温度。但在这种严寒的环境下,如果液压设备停止使用或将其过夜存放,低Tg值的密封件对防止设备发生泄漏就至关重要了。



  • 对于闲置或在极低温度下关闭的旋转设备来说,当密封唇/轴的结合处有水分时,旋转轴密封件上的唇可能会冻结到轴上。轴启动时,可能会撕裂唇口,导致密封件在低温下发生破裂。
  • 然后是低温系统,它们是完全不同的设备。液氮罐需要能够处理-320°F流体的密封件,在这种温度下,所有弹性体都变得像岩石一样坚硬。哪种密封材料能应对这种温度呢?答案是聚四氟乙烯(PTFE)!




纯(未填充的)PTFE虽然不被视为弹性体,但它在低至-425°F的温度下却仍有柔韧性,这一温度只比绝对零度(可达到的最低温度)高35度。图1中的图表展示了派克密封材料的有效范围。

典型材料温度额定值

看完图表后,您可能会想:“为什么派克不用PTFE制造所有的密封件?”不可否认,PTFE是很好的密封材料,但也有缺点。PTFE的硬件制造和密封安装往往比弹性体密封更复杂。


氟碳橡胶(FKM)和近期出现的全氟橡胶(FFKM)通常用来密封高温和难处理的化学物质。然而,它们在低温下性能较差,派克提供特殊的低温混合物,分别适用于-40至400°F和-40至600°F的温度范围。这类“无所不能”的材料往往比传统氟碳橡胶的价格更高。


与标准丁腈(NBR)相比,氢化丁腈(HNBR)耐温性能更好,耐磨性更强。为了改善低温回弹性,派克开发了在低温下性能更优的氢化丁腈化合物。


特殊级别的有机硅可以承受更低的温度,耐磨性却非常差,我们不建议将其用于动态密封。三元乙丙橡胶(EPDM)化合物在低温下也能保持相当的柔韧性,具有丁腈橡胶的外观和触感,但应用时需注意与介质的相容性。

派克聚氨酯(图1表中以“P”开头的化合物)很受欢迎,因为它们在低温和高温密封、耐磨性、压力等级和成本之间提供了理想的平衡。派克的P5065A88材料在低温下比大多数其他聚氨酯材料更具弹性。

在对温度额定值有要求的所有密封应用中,很重要的一点是,密封件要在其适用温度范围内才能发挥理想的密封性能。在那些将密封件置于极限温度的应用中,密封件可能只在短时间发挥作用,之后将变硬而无法有效控制泄漏。确保密封有效性的经验法则是将温度保持在推荐工作温度范围的80%以内。

结 论

除了选择Tg足够低、能适应寒冷环境的密封材料外,还有其他需要注意的问题吗?请确保压力、耐磨性、介质相容性和高温性能等其他性能也适用该系统。要注意权衡利弊,以免引起其他问题。如有疑问,请联系派克汉尼汾,我们很乐意为您提供帮助。




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