真空用機械密封的特點
關鍵詞：真空機械密封,機械,密封
內容提示：真空器件比帶壓設備的密封困難。內壓可以促進密封，而在真空密封中，摩擦副的貼合主要靠彈性元件的加載，補償環輔助密封圈必須選用彈性好的材料才能實現密封。 真空器件比帶壓設備的密封困難。內壓可以促進密封，而在真空密封中，摩擦副的貼合主要靠彈性元件的加載，補償環輔助密封圈必須選用彈性好的材料才能實現密封。
真空器件的密封有兩種情況，一種是密封件把充滿液態介質的某一容器與外部真空空間分割開。在這種情況下，密封件的主要作用是防止液態介質漏入真空空間。另一種情況是密封件把真空內腔與外腔分割開，它的作用是保持要求的真空度。這種情況比較複雜，因為周圍氣體介質即使稍微漏入真空腔內，也會使其真空度降低。如果漏入了腐蝕性氣體，真空設備就可能損壞。在很多情況下，真空度和真空空間的潔淨，對真空條件下進行的各種工藝過程的質量有決定性的影響。
真空器件所使用的機械密封在結構上並無特殊之處。對於上述的第一種情況，通常是採用氣密性好的金屬波紋管型單端面機械密封。第二種情況則要用雙端面機械密封，若使用單端面密封，勢必存在密封端面不能獲得潤滑的問題。
設計真空密封，除了有合理的結構外，選擇彈性體材料更為關鍵。機械密封的輔助密封圈多為橡膠O形圈，這是因為可利用較大的壓縮量將低硬度或中等硬度的橡膠加大其變形，以使橡膠圈更能充分地貼近被密封偶件表面的間隙中，提高密封性。然而，橡膠材料具有一定的透氣性，其漏氣率是影響真空密封的主要因素。但通過選用合適的橡膠材料和配方以及應用烘烤方法等，可將這種傾向減小到最低限度。
真空對橡膠的作用與腐蝕介質的作用相似。由於真空的作用，橡膠組分中的許多易揮發配合劑(增塑劑、增強、抗老化劑等)會向真空中昇華。這樣，橡膠的物理、力學性能，以及抗老化、耐溫、耐介質作用的能力就會下降。氣體和液體介質的蒸氣，藉助於真空作用，能很容易地沿被密封表面粗糙度形成的微觀“溝槽”通過。這不僅僅是由於密封件兩側存在壓差的緣故。首先，介質之所以容易通過，與真空作用使微觀“溝槽”表面上的潤滑膜被抽吸有關;其次是液體介質分子的活性增加，在真空中轉變為氣態;還有，在真空作用下，不僅會產生接觸洩漏，介質通過密封發生擴散洩漏等。橡膠在一定真空度和溫度下的昇華值(失重)，一般要求小於10%，以保證維持既定的真空度。表5-6是幾種橡膠在真空中的昇華值。
在較高的真空系統中，影響真空度的主要原因有材料逸出氣體和透氣。鐵嶺化工橡膠研究所對幾種橡膠出氣率進行比較，得出了表5-7的試驗數據。
不同橡膠對空氣的透氣性也不同，這是由它們的分子結構所決定的。表5-8為幾種材料的透氣率(摘自美國宇航局出版物)。由表5-8可知，丁基橡膠的透氣率很低，但它的耐熱性、耐油性較差。聚四氟乙烯雖然具有很小的透氣率，但缺乏變形復原性，且對氦的透氣率，因而限制了它們在真空場合的應用。
氟橡膠有極好的真空性能，這是由於它在高溫、高真空下具有較小的透氣率和極小的昇華值所決定的。因此氟橡膠可以成功地應用於133×10-9～133×10-10Pa(10-9～10-10Torr)超高真空的密封。
雖然丁晴橡膠的出氣率較高，但仍是目前真空技術中常用的橡膠材料，因為將丁晴橡膠在100℃下真空烘烤4h，可使其出氣率至少降至1/10。經處理後將丁晴橡膠暴露在大氣中，也不會影響其通過真空烘烤而得到的低出氣率，因為在真空烘烤期間釋放的氣體主要是增塑劑而不是水分。氟橡膠在150℃下真空烘烤，也能使其出氣率進一步降至1‰，但烘烤後在大氣中的任何暴露都會使它們重新吸入氣體，從而抵消烘烤過程中的脫氣效果。因此，脫氣的氟橡膠密封圈要在密閉式聚乙烯包裝盒內封存，且時間不宜長。
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