膨脹石墨復合墊片的結構及密封性能

　　80年代初新型碳材料快速發展起來，對許多工業生產起著至關重要的作用，不銹鋼螺絲被譽為21世紀材料科學領域中更具研究價值的材料。

　　20世紀60年代后期，美國聯碳公司用膨脹石墨制成密封材料，從而誕生了第二代密封材料。1971年美國洛克惠爾閥門工程設計中心為解決原子能閥門泄漏問題，對其國內的某九家公司生產的各種不同類型的密封結構在預設的64個試驗地點均進行了對比研究。結果表明，膨脹石墨材料的密封效果更好。因而，一些發達如美、日、法等對這種密封材料做了進一步的深層次研究，加快了膨脹石墨材料在密封領域的發展速度，使這種髙效節能的新型多孔碳材料成為世界上備受關注的密封材料。

　　自1978年起我國才開始鉆研膨脹石墨材料及其復合材料制品，近幾年發展速度也很快。黃卓明等研究了柔性石墨在泵類動密封上的應用，證明了柔性石墨填料密封優于浸油面紗、石棉盤根和橡膠盤根等填料密封，而且柔性石墨在堿液、稀硫酸、濃硫酸和有機溶劑中耐腐蝕且化學穩定性好；姜放對膨脹石墨填料密封流體壓力的分布進行了研究，得出了填料環國標316六角頭螺栓生產廠家的數量、結構、大小及剛度對整個填料密封流體泄漏壓力分布曲線的影響，并提出使用不同國標304六角螺絲廠家密度相同規格的填料環組裝在同一填料函中，可使流體泄漏壓力分布較為合理的見解；顧伯勤等人對不銹鋼柔性石墨纏繞墊片的高溫性能進行研究，實驗結果表明其壓縮量隨試驗溫度和墊片壓緊應力的增大而增大，墊片的回彈性能隨溫度的升高而下降，其壓縮回彈曲線具有非線性和非保守性，而且這種墊片由金屬和非金屬組成，常溫下亦有蠕變發生，蠕變量隨溫度的升高而增大；周庭年等人以蔗糖水溶液浸漬的膨脹石墨經高溫處理達到在石墨層間結構中滲碳的目的，提高了膨脹石墨材料的壓縮性能并提出以此滲碳材料為基體進一步與不銹鋼絲制成夾層復合材料可提高抗拉強度40%左右；河南冶金設備聯營公司經過幾年研究，在膨脹石墨平面密封體技術上有了新的突破，提高了密封可靠性，實現了高溫密封材料的更新換代，怎么安全使用高強度螺栓。達到了增產節約的目的。

　　作為一種新型功能性碳素材料，高強度外六角螺栓，膨脹石墨(Expanded Graphite，簡稱EG)是由天然石墨鱗片經插層、水洗、干燥、高溫膨化得到的一種疏松多孔的蠕蟲狀物質。EG 除了具備天然石墨本身的耐冷熱、耐腐蝕、自潤滑等優良性能以外，還具有天然石墨所沒有的柔軟、壓縮回彈性、吸附性、生態環境協調性、生物相容性、耐輻射性等特性。[1] 早在19世紀60年代初，Brodie將天然石墨與硫酸和硝酸等化學試劑作用后加熱，發現了膨脹石墨，然而其應用則在百年之后才開始。從此，眾多就相繼展開了膨脹石墨的研究和開發，取得了重大的科研突破。

　　膨脹石墨是由天然石墨鱗片經過化學處理，國標316外六角螺栓廠家，雙頭螺柱標準不銹鋼u型螺栓，高溫下瞬時膨脹改性而成。它不僅擁有天然石墨優良的化學性能，而且具有了更多獨特的機械性能，是目前適用范圍廣、高強度螺栓價格，密封性能良好的理想密封材料。主要性能介紹如下：

　　(1)密度：石墨鱗片經髙溫膨脹后便制成具有疏松多孔微觀結構特征的膨脹石墨。其堆積密度一般為0.002～0.005g/cm3，成品密度為0.8～1.8g/cm3，因而它的質量較輕、可塑性較好；

　　(2)純度：膨脹石墨制品中碳元素的含量最多，固定的碳含量可達98%左右，有些特殊處理過的膨脹石墨材料其含碳量國標304外六角螺絲生產廠家可超過99%，可以滿足許多工業部門對密封件高純度的要求。

　　(3)穩定性：理論上說，膨脹石墨制品能在-200℃～3000℃下使用，作為密封

　　填料可在-200℃～800℃安全使用。能保證低溫不脆化、不老化，高溫不軟化、

　　不變形、不分解。而且膨脹石墨還具有較小的熱膨脹系數，使其穩定性更好，u型螺栓規格。不銹鋼雙頭螺栓！在高溫和溫度劇變的工況下也能良好的密封。

　　(4)耐放射性：受中子射線、γ射線、α射線、β射線等長期照射而不發生明顯變化。

　　(5)不滲透性：疏松多孔的特殊結構使得其表面積很大，易形成極薄的氣膜和液膜從而阻止介質滲透，雙頭螺柱規格對很多氣體和液體具有良好的不滲透性。

　　(6)自潤滑性：膨脹石墨仍保持天然石墨鱗片的平面層狀結構，外力作用下平面層間易相對滑動而產生自潤滑，有效防止軸或閥桿的磨損。

　　(7)耐腐蝕性:膨脹石墨具有穩定的化學惰性，除了強氧化劑如王水、硝酸、硫酸和鹵素等一些特定介質外，能適應大部分酸、堿、鹽溶液、海水、蒸汽有機溶劑等介質。

　　(8)可壓縮性和回彈性：膨脹石墨制品微觀上具有很多可壓縮的封閉小空隙，外力作用可被壓縮，同時，因小空隙中的空氣產生張力而具有很好的回彈性能。

　　(9)柔軟國標316外六角螺絲廠家性：膨脹石墨質輕柔軟，易加工，用普通刀具便可切割，可任意卷繞、彎折，地腳螺絲規格尺寸表。具有很多成品形狀。

　　膨脹石墨獨特的優異性能，使得其備受研究者的喜愛，但其本身存在的一些不可忽視的弱點，也限制了它在更廣范圍內的應用。比如，膨脹石墨疏松多孔的特殊結構使得它具有一定的吸水、吸油性，若用純膨脹石墨做汽車的汽組墊密封材料，就會造成因吸水、吸油而造成嚴重泄漏；膨脹石墨是由天然石墨高溫處理而得，其內部的結合僅僅靠微弱的范德華力，因而強度較低；耐磨性差，不抗沖刷，因而不能直接用它做某些粟、閥門的密封材料。因而，尋找柔性石墨復合材料成為了國內外從事膨脹石墨研究的科研人員的主要方向,現已取得很大進展。

　　機械設備按密封面的相對運動可以分為靜密封和動密封兩部分，而靜密封又是日常生產中常用的密封形式，如管道法蘭、螺紋連接、壓力容器與蓋的密封等，根據工作原理，靜密封又可分為螺栓法蘭連接墊片密封、自緊式密封、螺紋連接墊片密封和密封膠密封等，其中螺栓法蘭連接墊片密封是目前使用最廣的一種靜密封形式。對于這種密封結構的研究工作主要集中在兩個方面：一方面是對于密封材料的性能測試，著重研究材料的制備方法以及實驗儀器和方法的科學性、準確性；另一方面，對引起系統密封失效的各種原因做了大量的分析工作，對于不同材料不同形式的墊片，分別研究影響其泄漏率大小的因素。

　　為防止流體的泄漏，所用基本方法是在密封口增加流體流動的阻力，螺栓_螺母_銷及鍵_墊圈–【東臺市金東不銹鋼制品廠】當介質通過密封口的阻力大于密封口兩側的介質壓力差時，介質就被密封。而介質通過密封口的阻力是借助于施加在壓緊面上的比壓力實現的，作用在壓緊面上的密封比壓力越大，石化專用雙頭螺栓廠家！則介質通過密封口的阻力越大，越有利于密封。

　　螺栓法蘭連接的密封失效主要表現為泄漏，不銹鋼304雙頭螺柱，一旦發生泄漏就會造成事故，輕則造成能源和設國標316六角螺絲廠家備的浪費，影響正常生產運行造成經濟損失，316雙頭螺絲。重則可能引起爆炸造成人身傷亡，對環境造成不可估量的污染程度。因而盡可能地減少泄漏、提高對容器和管道等密封系統的密封要求顯得更為重要。

　　一種是“滲透泄漏”，螺栓批發緊固件不銹鋼螺絲螺絲批發新城定制，國標石化35CrMoA六角螺栓，這種泄漏主要是由于墊片的材料本身具有很多毛細管，流體通過這些毛細管便可產生滲透泄漏，通常介質內壓越大、溫度越高、u型卡廠家，介質粘度越小，滲透泄漏的概率就越大。此外，除了這些流體性質及所處的工況條件的影響外，墊片結構類型以及材料性質也是最主要的因素，多發生在非金屬塾片密封時，緊固螺帽的方法有哪幾種，這是由于這些材料本身具有很多微小的間隙，12.9級雙頭螺栓！組織疏松，緊密性差。當作用其上很小的壓力時，介質就可能很容易地通過大量的毛細血管而發生泄漏。國標六角螺絲規格地腳螺栓規格一般來說可以通過對這些滲透性的墊片材料添加某些填充劑。比如用硅酸、磷酸等溶液浸泡的方法進行改良，或與某些不透性材料組合制成復合材料也可減少“滲透泄漏”。

　　二是“界面泄漏”，即沿著墊片與法蘭壓緊面之國標316六角螺栓生產廠家間泄漏，泄漏量大小主要與界面間間隙尺寸有關。造成這種泄漏的因素主要有兩個：(1)加工時密封面凹凸不平或是壓緊時力度太小、不均勻，不銹鋼螺絲造成了密封面上存在間隙。(2)密封面兩側存在壓力差或濃度差。在實際操作時，密封面兩側存在的壓力差和濃度差是無可避免的，要想減小這種界面泄漏,就必須提高加工精度，同時要合理給墊片施加壓緊力，充分利用墊片產生的壓縮回彈形變來填補密封上四凸不平的間隙。

　　根據生產工藝及設備安裝的需要，地腳螺栓報價，化工設備或管道連接多采用可拆式連接結構，如：螺紋連接、插套連接、石化35CrMoA雙頭螺栓！法蘭連接等，而法蘭連接304六角頭螺栓廠家又是應用最廣泛的可拆式連接，研究法蘭連接結構的受力及變形情況成為了重點。依據介質內壓和介質類型合理選擇法蘭、螺栓和塾片的材料以及結構類型，下圖為法蘭連接結構的一般型式。

　　金屬齒形墊一般用精密的車床在金屬不銹鋼平墊片的二面加工成同心的溝槽，根據不同的介質，可選擇柔性石墨、PTFE、標準螺柱無石棉板或其它一些軟金屬，粘貼在墊片的二面。也可不帶密封層直接國標304六角螺栓廠家使用，且能達到良好的密封效果，但在高壓場合中容易對法蘭的表面造成損失。

　　根據我國2009年7月實施的化工行業標準《鋼制管法蘭用具有覆蓋層的304六角螺栓廠家齒形組合墊》(標準號：HG/T20623-2009），鍍鋅外六角螺栓廠家，本文選用DN80的金屬齒形墊，其金屬骨架結構和整體結構形式分別如圖4-2、圖4-3所示，標準墊片的尺寸大小如表所示。本文主要研究公稱直徑不變的條件下，金屬骨架的齒數N和膨脹石墨覆蓋層的厚度S對復合墊片力學性能的影響

　　在316六角頭螺絲廠家前處理過程中，金屬骨架的材料選用304不銹鋼，其彈性模量為2.0x10＾11 Pa，泊松比為0.313，剪切模量為7.45x10＾11 Pa，u型螺栓價格屈服極限為2.05X 10＾8 Pa，密度為7850kg/m3，單元類型釆用“planel83”；覆蓋層的材料選用密度為1000kg/m3的膨脹石墨，其彈性模量為1.0x10＾10 Pa，泊松比為0.01，剪切模量為1.0x10＾7 Pa，高強度螺栓的生產質量缺陷。屈服極限為6.0x10＾7 Pa，單元類型為“planel82”。預埋地腳螺栓，由于墊片結構為中心軸對稱圖形，忽略不計圓周方向上的應力，我們將三維幾何模型簡化為二維模型進行軸向應力分析。

　　Planel82單元是2維4節點實體單元，用于2維模型。每個單元有4個節點，各個節點又有兩個自由度，即沿x，y方向的平移。該單元即可作為平面單元(平面應力、平面應變或廣義平面應變)，也可作為軸對稱單元，u型螺栓，具有塑性、超彈性、應力強化、使用防盜螺絲需要注意些什。大變形、大應變能力以及力一位移混合公式的能力，可以用來模擬幾乎不能壓縮的次彈性材料和完全不能壓縮的超彈性材料的變形。

　　Planel83單元是一個高階2維8節點實體單元，具有二次位移函數，怎么確定裝配高強度螺栓時，適用于模擬不規則模型的網格劃分。該單元由8個節點定義，每個節點有方向兩個自由度。與PIanel82單元相似，不銹鋼螺栓規格尺寸。它也可用作平面單元和軸對稱單元。地腳螺絲規格表，具有塑性、孺變、應力剛度、大變形、大應變的能力，同時具有力一位移混合公式的能力，可用來模擬接近不可壓縮的彈塑性材料的變形，支持初始應力選項。并提供不同的打印輸出選項。

　　ANSYS軟件包含了耦合自由度和約束方程的功能，能夠實現對剛性區域、六角螺栓應用，某些結構的鉸鏈連接、具有對稱性的相對滑動邊界、周期條件和其它的特殊內節點連接等細節的準確描述。應用于模型部分的典型的耦合自由度包括：結構對稱、外六角螺栓在兩個重復節點之間形成鉸鏈、銷釘、萬向節和滑動連接，從而使模型的某一部分表現出剛體的特性。

　　本節模擬中為了更好地表現出膨脹石墨復合層的變形協調性，僅僅用常規的單元連接節點不能實現，而必須在上面的復合層上表面上進行耦合自由度的操作，將X方向作為主自由度，約束其上表面各重復節點的X、Y方向上的位移一致，以保證上表面的剛體特性

　　定義結構的分析類型為靜力分析后，為了得到柔性石墨金屬齒形復合墊整體結構的壓縮回彈性能曲線，需要使用多步加載方法。首先需要給模型施加邊界條件，本模擬中約束所有模型的下復合層的下表面的軸向自由度，即限定UY=0；然后在上復合層的上表面上施加均勻載荷60MPa，設定載荷步選項包括設定載荷步結束時間為lOs、不銹鋼螺絲規格尺寸表！不銹鋼雙頭螺栓廠家，子步數為100以及載荷步的讀取方式為每一子步讀取結果等，之后進行寫載荷步，記為1；最后在上復合層的上表面上施加載荷大小為0MPa的載荷，設定載荷步選項包括設定載荷步結束時間為20s，其它值默認，寫載荷步，記為2。其中載荷步1的作用是實現對模型的逐步加載，雙頭螺栓，載荷步2的效果是實現對模型的卸載過程。

　　當邊界條件和載荷步設定好之后便可開始計算，選擇“Solution—Slove—From LS Files完成對多步載荷的求解。

　　本文介紹的是一種當前研究界較為關注的墊片一膨脹石墨金屬齒形復合墊片。國標石化不銹鋼雙頭螺柱，這種墊片以金屬波形骨架為基體，在其上覆蓋一層一定厚度的膨脹石墨便可得到，它不僅具有金屬骨架剛度大、安全可靠的優點，還擁有膨脹石墨良好的壓縮回彈性能及耐高低溫等特性，收到了雙重密封的效果，廣泛應用于很多設備密封結構中。目前，對其進行的分析大部分還僅限于實驗研究，數值模擬分析甚少，因而本文選用ANSYS軟件對這種墊片的密封性能進行數值模擬分析并實現了墊片的結構優化。其中所得的結論包括：

　　(1)加載過程中隨著載荷步的增加即載荷數值的增大，墊片結構的應力值和位移值均在不斷增加，而在卸載過程中該節點的應力值隨載荷的減小而減小，地腳螺絲型號，這與實際的加載卸載規律一致；

　　(2)當膨脹石墨覆蓋層厚度為0.5mm時，標準復合墊片(12個齒)以及10個齒的復合塾片其壓縮曲線mm)及覆蓋層厚度為0.4mm、0.6mm的復合墊片其壓縮性能曲線)當膨脹石墨的覆蓋層厚度為0.5mm時，齒數為N=10的復合墊片的泄漏率最小，而標準復合墊片(N=12)的泄漏率卻是更大；

　　(5)當金屬骨架的齒數為12個時，不銹鋼外六角螺絲膨脹石墨覆蓋層的厚度為的復合墊片的泄漏率最小，泄漏率的更大值仍然是標準復合墊片的泄漏率數值。