RTMF吸容性纳米密封填料产品介绍

 

RTMF吸容性纳米密封填料在聚四氟乙烯基材料用于填料密封、机械密封上的应用研究方面取得了突破，制备得到纳米级多层结构的吸容性密封材料。

密封产品对压缩、输送和反应等关键装备的动密封件要求十分苛刻。动密封件尺寸虽小，却包含着设备核心技术，直接影响着生产的安全性和经济性，对于成套设备的长周期稳定运行至关重要，甚至关系到国家的装备水平。

盘根的密封原理主要取决于迷宫效应和轴承效应；所谓迷宫效应为：轴在微观下表面非常的不平整，与盘根只能部分贴合，而部分未接触，所以在盘根和轴之间有着微小的间隙，像迷宫一样，带压介质在间隙中多次被节流，从而达到密封的作用；所谓轴承效应为：在盘根填料和轴之间会存在着一层薄薄液膜，使盘根填料和轴类似于滑动轴承，起到了一定的润滑作用，从而避免了盘根和轴的过度磨损。但由于受密封介质的温度、压力、设备的线速度、表面粗糙度、同轴度和径跳等因素的影响，对盘根材料的特性有以下要求：弹塑性好、化学稳定性高、不渗透性强、自润滑性好等，同时还需拆装方便、制造简单，价格低廉；而上述特性直接影响着盘根填料的密封性能和使用寿命，能完全符合上述所有性能的材料很少，所以为获得优质的密封材料和提高密封性能，其常用的方法主要有：改进盘根填料的形式和改进盘根填料的材料成份两种。而传统的盘根是纤维编织结构，为减少渗漏量，需使盘根与轴产生摩擦；所以，传统盘根存在泄漏严重，对轴磨损大、能耗大、维护频繁等明显缺陷。另外传统密封填料是靠盘根和轴的压紧力来实现密封的，为避免对轴的磨损，必须留有渗漏通道，故密封效果差。

同时传统密封填料还存在如下缺陷：

1、传统密封填料会把轴套磨出一道道沟痕，需要定期更换轴套；

2、传统密封填料不能容纳杂质，杂质进入密封部件后，会对轴造成磨损。

密封件长寿命需求是一个国际性难题，而聚四氟乙烯聚合物基复合材料以质轻、耐腐蚀、可设计性等优良性能正在逐渐取代金属材料，成为当今化工、机械领域比较理想的无油润滑密封材料。

聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethylene，PTFE）是当今世界上耐腐蚀性能最佳材料之一，它能在任何种类化学介质长期使用，在航空、航天、电子以及其他高科技领域都得到了广泛的应用。它的产生解决了我国化工、石油、制药等领域的许多问题。PTFE其分子结构式为如下：

它是完全对称而且无支链的线型高分子，分子不具有极性。

PTFE的优异的性能是其分子结构所决定的，与聚乙烯分子结构相比较，就可以看出PTFE分子所具有的特点。

PTFE的分子是碳氟两种元素以共价键相结合，而聚乙烯则是由碳氢两种元素相结合。PTFE中，氟原子取代了聚乙烯中的氢原子，由于氟原子半径(O.064nm)明显大于氢原子半径(0.028nm)，使得PTFE中未成键原子间的范德华力大于聚乙烯，有较大的排斥力，这就引起碳-碳链由聚乙烯的平面的、充分伸展的曲折构象渐渐扭转到PTFE的螺旋构象(如图1．1)。该螺旋构象正好包围在PTFE易受化学侵袭的碳链骨架外形成了一个紧密的完全“氟代”的保护层，这使聚合物的主链不受外界任何试剂的侵袭，使PTFE具有其它材料无法比拟的耐溶剂性、化学稳定性以及低的内聚能密度；同时，碳-氟键极牢固，其键能达460.2kJ/mol，远比碳-氢键(410kJ/mol)和碳-碳键(372kJ/mol)高的多，由于分子的化学键能越高，其分子越稳定，这使PTFE具有较好的热稳定性和化学惰性；另外氟原子的电负性极大，加之四氟乙烯单体具有完美的对称性而使PTFE分子间的吸引力和表面能较低，从而使PTFE具有极低的表面摩擦系数和低温时较好的延展性，但这也导致PTFE的耐蠕变能力较差，容易出现冷流现象：PTFE的无分支对称主链结构也使得它具有高度的结晶性，使PTFE的加工比较困难。

为克服传统密封材料和PTFE的缺陷，本产品采用通过对PTFE材料制备工艺和材料成型工艺的系统研究，在反复试验的基础上，从不同种类、粒度的甲基硅、纳米级混合组料与PTFE的筛选，确定了甲基硅、纳米级混合组料与PTFE的配比。采用高速混合技术进行混料，解决了常规混料时树脂易结块的实际问题，混出的粉料不仅均匀性好，同时使材料粉体进一步细化，所制备复合材料的拉伸强度与常规干法混合制备的复合材料相比提高近30％，可达26.5MPa。所研制的新型的吸容性密封材料，运转时依附在轴上，与旋转轴间形成动态液膜，并完全充满整个填料腔，融合为一个整体，实现稳定密封。该密封材料具有密封效果好、维护少、使用寿命长，对轴套磨损小，轴套使用寿命长等特点。

聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene，PTFE)是工程材料的一个重要品种。自1938年美国科学家R．S．Plunkett在研究氟里昂致冷剂时，合成了具有“塑料王”之称的PTFE以来，含氟聚合物的研制、生产、加工和应用得到了很大发展，其应用面非常广泛。它具有优异的高低温性能和化学稳定性，极好的电绝缘性、非粘附性、耐候性、不燃性和良好的润滑性。由于其独特的性能，目前已被广泛应用于航空航天、煤化工、石油化工、机械、电子、建筑、轻纺等工业部门，并日益深入到人们的日常生活中，成为现代科学技术、军工和民用中解决许多关键技术和提高生产技术水平不可或缺的材料。

尽管PTFE复合材料具有许多优异的物理化学性能，但也存在一些缺陷，如机械性能较差、线膨胀系数较大、耐蠕变性差、易冷流、特别是抗磨损性差和表面能低、粘接性差等，这些缺陷在一定程度上限制了它的广泛应用。通过采用添加各种不同的填充剂包括无机物和有机聚合物等对PTFE进行填充改性已被证明是最有效的途径之一。用甲基硅作为填充剂对PTFE进行填充改性能显著地提高PTFE的耐磨耗性和密封性能，并且可以满足机泵、阀门类动力设备对改性PTFE材料耐磨耗、密封性的特殊要求。

PTFE改性材料的研究与生产，美国、英国、俄罗斯和法国等国家已经取得了相当的成功，而在我国，填充物改性PTFE材料的研制与生产还处于起步阶段，虽然已经有了一些产品，但在性能上远远落后于国外同类产品，而且设备和生产效率低下、成本太高，没有实现大批量工业化生产。新材料发展的落后一直是制约我国先进加工技术发展的瓶颈。

RTMF纳米密封填料本项目主要针对机泵、阀门类动力设备对密封材料的特殊性能要求，通过添加甲基硅、纳米级混合组料对PTFE进行填充改性，研制出新型高分子纳米复合密封材料。

掌握的关键技术

（1）通过在材料表面引入界面层来抑制超细材料团聚及与聚合物表面能不匹配所引起的高磨损，实现对聚合物基复合材料摩擦学性能的综合优化，进一步改善PTFE的力学性能，大幅提高PTFE耐磨性，改善复合材料磨损面形貌，增强转移膜与对偶面的粘结力，使对偶面上形成平整致密的转移膜。

（2）利用自组装单分子膜对纳米级混合组料表面进行自组装改性，解决超细材料在聚合物复合材料中的分散性、相容性问题。

（3）利用氟碳表面活性剂、偶联剂等改性剂对纳米氧化镧表面能进行调控，优化密封新材料及其制备方法。

取得的技术成果：

A、将纳米PTFE与密封液膜润滑技术成功结合起来，利用黄金分割序列（01618n）和组分体积分数的关系优化最佳的纤维组与材料组的匹配比例，得到优化的密封材料配方。利用这种材料配方生产的产品具有微观连续的光滑表面，这种表面具有极低的表面摩擦系数，在水的作用下，动态形成了与旋转轴相配合的表面，在配合表面之间，存在着连续的液膜，这种液膜可起到优良的润滑和密封作用。

B、采用热压烧结工艺，制备了兼具优异力学和摩擦学性能的纳米级PTFE复合密封材料。材料具有晶内、晶界和纳米-纳米型的复合结构，其断裂韧性高达26.5MPa·m1/2，高温摩擦时生成的润滑性液膜使材料具有较低的摩擦系数。

C、采用高速混合技术进行混料，省去了常规干法的冷冻处理工艺过程，解决了常规混料时树脂易结块的实际问题，混出的粉料不仅均匀性好，同时使材料粉体进一步细化，所制备复合材料的拉伸强度与常规干法混合制备的复合材料相比提高近30％。

 

 

 

一、   纳米填料产品性能介绍

1、         纳米填料的密封原理

RTMF吸容性纳米密封填料不同于其它编织结构的密封材料，是一种可塑吸容性材料，其表面光滑，在水压的作用下，和水泵轴套间形成动态密封液膜，其液膜不但具有良好的密封作用，而且使密封填料和轴套间不直接接触，极大地减少了填料和轴套间的摩擦阻力。根据国家密封产品质量监督检验中心对纳米填料的测试：其摩擦系数为0.197，而传统编织盘根的摩擦系数为0.466。纳米填料把机械密封的液膜密封原理应用到填料密封上来，被行业专家誉为“密封技术的革命”。

2、         纳米填料的特殊结构

要保证密封的可靠性和降低水泵使用中的功率损耗，不但要使密封填料表面光滑，而且需具有良好的弹塑性。纳米填料在生产过程中引进国外先进设备及生产工艺，使纳米颗粒形成纳米膜（共计2000余层）。再通过后续的特殊加工工艺，使各层纳米膜间形成交织状的波浪形。使产品在外力作用下，不但强度好，而且弹塑性好。产品获得了国家发明专利(专利号：ZL 2010 1 0214114.8,专利名称：一种吸容性密封填料及其制备方法）。

3、         它具有以下特点：

普通盘根是靠和轴套间的压紧力来实现密封的；而RTMF填料和水泵轴套间有液膜，能大大地降低和水泵轴套间的摩擦力，可有效节能约6~8%左右。

普通盘根必须留有渗漏通道；而RTMF填料表面光滑，密封效果好，水泵输送介质渗漏损失少，可起到减排的作用。

RTMF填料和轴套间有液膜，它们之间不直接接触，对轴套的磨损量极少，提高了水泵轴套的使用寿命，一般2年内无须更换轴套，减少了拆泵更换轴套的频率，降低了工人的维护强度。另外，RTMF填料的使用寿命远远高于普通盘根，减少了盘根更换频率，提高了工作效率。

RTMF填料表面光滑，在使用过程中，和水泵轴套间形成密封液膜，在起到良好的密封作用的情况下，使填料和轴套间通过水进行润滑。

RTMF填料是一种由近2000层左右纳米膜复合加工而成的一种胶泥状可塑填料，水泵在运行状态下，介质中的颗粒杂质被密封填料吸纳，既不破坏密封效果，也不划伤水泵轴套。

4、         纳米填料的节能机理：

传统编织盘根表面有较多的编织纹路，这种纹路能储存水，起到了冷却和润滑作用，但它降低密封效果，造成介质渗漏。为了降低介质渗漏，必须使盘根紧压在水泵轴上，增加了水泵的运行阻力。

传统编织盘根紧压在水泵轴上后，使水泵轴和盘根不断产生磨损损耗，密封效果逐渐下降，降低了水泵的排水效率。

纳米填料表面光滑，是靠填料和水泵轴间产生液膜实现密封，和轴套间几乎无摩擦，不增加水泵的运行阻力。

纳米填料密封效果稳定，水泵能稳定地在高效率状态下运行。提高了水泵的排水效率。

因此，RTMF填料不增加水泵的运行阻力，并使水泵稳定地在高效率状态下运行，因而起到了节能的效果。

5、         纳米填料的长寿命机理：

传统编织盘根必须压紧在轴套上实现密封，轴套和盘根均发生磨损，降低了盘根的使用寿命。

传统编织盘根和轴套发生摩擦后产生热量使盘根烧损和分解，使用一段时间后盘根发生粉化等现象，降低了盘根的使用寿命。

由于传统编织盘根具有编织纹路，介质中的杂质颗粒通过编织纹路进入盘根和水泵轴套间，使盘根和轴套产生磨损，降低了盘根的使用寿命。

纳米填料是和水泵轴套间产生液膜来进行密封，纳米填料不会被磨损，保证了填料的使用寿命。

纳米填料的原料以进口为主，其生产工艺独特，结构紧密，不会产生粉化等影响填料寿命的因素。

纳米填料密封表面光滑，和轴套间产生液膜的间隙只有0.0006~0.006µm，一般介质颗粒不会进入密封面损坏密封，如果偶有细小的介质颗粒进入密封面，由于纳米填料是一种胶泥状的材质，颗粒在轴套和液膜的作用下被压入填料中，重新形成可靠的密封面，不会破坏水泵密封，只有到颗粒把填料填满后填料才失效。

因此，RTMF填料具有较长的使用寿命。

二、   纳米密封填料的适用场合

1、          纳米密封填料对介质的要求

使用温度：-40℃～120℃；

介质范围：非油、非强酸和强碱、非化学介质；

对介质中杂质颗粒无要求。

2、          纳米密封填料对水泵的要求

1）、水泵轴套表面光滑，无沟痕、划伤、毛刺等缺陷。

2）、水泵轴不得偏心，不得有较大的轴向窜动和径向跳动。

3）、水泵转速基本平稳，不能有很频繁的变频。

4）、测量水泵密封腔的径向间隙，根据密封腔的间隙需选择合适规格的密封填料。

3、          常用型号及尺寸规格：

填料规格参数

                               尺寸系列及其偏差                      单位为毫米

4、          技术指标：

      物理、力学性能