機械密封動環(huán)的制造——石墨環(huán)浸漬工藝

機械密封使用的碳石墨環(huán)。在燒結過程中會有熱解物質體排出而存在氣孔，其孔隙率按體積計算約占10%~30%。這種多孔的碳石墨環(huán)不能作機械密封環(huán)，因而要進行浸漬處理，使之成為不透性材料，通過浸漬還可以提高其強度和耐磨性.碳石墨制成密封環(huán)的加工過程如圖9-5所示。

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一、浸漬酚醛樹脂

酚醛樹脂是以酚類化合物為原料，在催化劑作用下縮聚而得到的一類樹脂的統(tǒng)稱。

1、浸漬前的準備

1）毛坯加工

石墨棒料加工成管料，按成品尺寸內(nèi)外徑分別留加工余量2~3mm。若毛坯是大方塊，宜用薄片砂輪切割下料，再制成管料，毛坯不允許附著油污。

2）沖洗

用壓縮空氣清掃管料表面的石墨灰塵，或用自來水洗凈，以防止阻塞浸漬表面空隙，影響浸漬效果。

3）低溫烘烤

升溫70~80℃，2h后取出自然冷卻，用以除去石墨管料氣孔中的水分。

4）浸漬劑的選擇

酚醛樹脂有水溶性和醇溶性兩種，一般選用7222醇溶性樹脂。醇溶性樹脂易揮發(fā)，儲存期較水溶性樹脂短，多次使用后粘度高，再次使用時要加入無水乙醇攪拌稀釋。

2、浸漬處理

浸漬設備及流程如圖9-6所示。

浸漬處理步驟如下。

1）將石墨管料放入鐵絲筐欄內(nèi)，管料之間保持2mm以上的距離，每層之間用鐵絲網(wǎng)隔離，再將筐欄放入釜內(nèi)，離釜口法蘭留釜體深度1/5的間距。合上釜蓋，均勻地擰緊緊固螺栓。

2）抽真空，真空度在0.1MPa左右（750-760mmHg柱）時，持續(xù)30min。

3）吸入樹脂浸漬釜內(nèi)的樹脂，高度以埋過工件100mm為宜。

4）通入0.6-0.8MPa的壓縮空氣，并維持4-5h。

5）排出樹脂，卸壓，取出制品。制品出釜2h后，可用堿水加鋸末屑擦去制品外表面的樹脂。

6）室溫固化。即將制品放在陰涼通風處自然晾干，一般不少于48h。

3、固化處理

將晾干的制品放入固化釜內(nèi)，加壓、加溫固化。其壓力應比浸漬時高0.1MPa。升溫速度見表9-19。

浸酚醛樹脂的固化，溫度一般為130℃，但適當提高固化溫度，可促使酚醛樹脂固化效果提高腐蝕性能。

4、浸漬品檢漏

固化后的制品，通常用下述方法檢驗透氣性：從每批制品中任意抽3件，車去外表面，在專用夾具上用兩塊橡膠密封墊片夾住管料兩端面，然后將干燥的氮氣通入管料的內(nèi)孔，試驗壓力為產(chǎn)品最高使用壓力，持續(xù)15min，加壓時在其試件外周涂上一層肥皂水，然后觀察有無氣泡產(chǎn)生。

毛坯管料的浸漬固化處理，一般需要重復進行兩次才能達到要求。若氣孔率大（>15%），或使用壓力較高和大軸徑的制品，原則上要浸漬固化處理三次，前兩次是將毛坯浸漬固化，最后一次處理用低黏度的樹脂浸漬固化處理成品。每次固化之前，需用酒精擦凈密封環(huán)表面。

二、浸漬呋喃樹脂

呋喃樹脂是一種熱固性樹脂。它是以糠醛為原料制成的一類聚合物的統(tǒng)稱，在分子結構上帶有呋喃環(huán)，故稱為呋喃樹脂。

1、樹脂的選擇

糠醇樹脂是呋喃樹脂的一種，是由糠醛和丙酮一次縮聚而成的粘稠液。其黏度隨生產(chǎn)工藝的不同而有較大差異。因此，應選擇合適的黏度以簡化浸漬工藝程序，提高浸漬效果和充分利用浸漬劑。其黏度用涂料4號杯測量，測量值在30s左右的樹脂作浸漬劑為佳。

2、固化劑的選擇

浸糠醇樹脂須加固化劑能將其固化，為此正確地選用固化劑對提高浸漬效果和延長樹脂的使用時間也很重要。糠醇樹脂的固化劑目前普遍采用硫酸乙酯、氯化鋅和苯磺酰氯三種。其中以苯磺酰氯作固化劑效果最佳，用它作固化劑，樹脂的使用周期較長。但它能散發(fā)出抑制性的氣體，所以操作時必須注意室內(nèi)的通風。

3、浸漬工藝流程如圖9-7示。

4、加熱固化

為了避免加熱過程中出現(xiàn)樹脂起泡和溢流現(xiàn)象，應按表9-20中的升溫速度加溫。整個固化過程中，60~90℃區(qū)間最為關鍵，若升溫過快，樹脂易于溢出。

三、浸漬環(huán)氧樹脂

1、環(huán)氧樹脂的性質

環(huán)氧樹脂是一類含環(huán)氧基的高分子聚合物。其中，以二酚基丙烷樹脂（環(huán)氧氯丙烷與二酚基丙烷縮聚而成）浸漬為最佳。具有代表性的牌號為610、618、634等。其分子結構中，有羥基、醚基和極為活潑的環(huán)氧基存在。所以用它浸漬的石墨制品具有增重效率，機械強度高、孔隙率小等特點。

2、環(huán)氧樹脂的稀釋

環(huán)氧樹脂的黏度較高，必須加入部分稀釋劑降低其黏度才能用來浸漬石墨。稀釋劑分非活性和活性兩類，前者如丙酮、二甲苯等；后者含有烷丁基醚。常采用501^#（相對分子質量為130，在25℃時黏度≤2x10^-3Pa.s）,501^#是一種新的活性稀釋劑，基本上無毒，使用效果好。

3、環(huán)氧樹脂浸漬石墨的固化

環(huán)氧樹脂是熱塑性的線性樹脂，必須用固化劑使線型分子交聯(lián)成網(wǎng)狀結構的大分子，變?yōu)椴蝗艿母呔酆衔铩?/span>其固化劑有多元胺類、酸酐類等。采用595固化劑效果最佳，595固化劑是一種胺基硼烷型化合物，黏度為（3~5）x10^-3Pa.s。

4、浸漬固化工藝流程

1）配制浸漬劑

浸漬劑的配方為：6101的環(huán)氧樹脂75%、595固化劑5%、501稀釋劑25%，將環(huán)氧樹脂先預熱到40℃，使其流動性增大，然后加入稀釋劑，充分攪拌均勻。

2）浸漬固化工藝流程——如圖9-8所示

 

3）浸漬工藝條件

將制品放入釜內(nèi)，抽真空至0.096kPa(720mmHg柱）以上，吸入配制好的浸漬劑，然后加壓到0.7MPa，保壓時間4h。取出制品，用丙酮清洗表面。

4）固化處理工藝條件

固化壓力0.7MPa，固化升溫速度見表9-21

四、浸漬聚四氟乙烯

1、聚四氟乙烯的特性

聚四氟乙烯分子間的內(nèi)聚力低，因而決定了它具有優(yōu)異的減磨性，摩擦因數(shù)低。它還具有優(yōu)異的化學穩(wěn)定性，耐腐蝕性能很好，有較好的耐溫性，能適應-180~250℃的溫度范圍。用聚四氟乙烯分散液浸漬石墨可作為耐腐蝕機械密封摩擦副材料。

2、浸漬工藝

1）浸漬劑為聚四氟乙烯分散液，濃度60%，粒度0.2~0.25um,pH10,黏度（4~8）x10^-3Pa.s。

2）石墨管料，要求孔隙率為20%~30%。

3）浸漬流程：粗加工毛坯清洗后烘干（120℃1h），自然冷卻后裝釜抽真空【真空度>約0.1MPa（750mmHg），保持1h】，在進行塑化（375~380℃）。

3、塑化

塑化的目的是使浸入石墨孔隙內(nèi)的分散液小顆粒在熔融狀態(tài)下連成一體而形成膜狀。塑化的升溫速度必須嚴格控制。升溫速度為:室溫~100℃ 1h、100~160℃ 1h、160~220℃ 1h、220~270℃ 1h、270~320℃ 1h、320~370℃ 1h、3400~380℃保溫1h此后，按升溫速度降至160℃關閉電源，自然降至室溫。

4、注意事項

    1）聚四氟乙烯浸漬效果較差，為此應按上述工藝重復浸漬塑化過程，經(jīng)多次處理后方可達到預期的目的。處理次數(shù)視制品的耐壓要求而定。一般需要重復3次。

    2）浸漬劑的聚四氟乙烯分散液要保持新鮮，不宜重復使用，浸漬溫度控制在20-40℃為宜。