分析了制冷設備中常用的一些密封墊片的性能特點，重點對制冷設備中使用的非石棉墊片進行了試驗性能的分析，對制冷設備上使用的密封墊片標準提出了一些修改建議。

1、概述

　　制冷設備用非金屬密封墊片分為制冷壓縮機用密封墊片和大型制冷設備管道法蘭用密封墊片，這些非金屬墊片由石棉橡膠復合墊片、橡膠和金屬增強復合墊片以及非石棉纖維橡膠復合墊片組成。執行的產品標準為JB/T10537—2005。在這幾類產品中使用較多的是非石棉纖維橡膠復合墊片。非石棉纖維增強橡膠密封材料是一種多組分復合材料，組成材料的各種原料的性質及其配比決定了材料的性能，例如增強纖維材料的種類、橡膠的成分、以及生產過程中的加工工藝都會對復合材料的性能產生影響，密封性能好的材料應是適中的壓縮率、良好的回彈性能、致密性好、較低的冷流性、優異的密封性能。制冷設備上應用的非石棉纖維增強墊片一般應用于大型壓縮機、壓縮機組、壓縮冷凝機組、離心式冷水機組、風冷冷水熱泵機組、水源熱泵機組(既JB/T10537—2005標準中所說的冷凍空調設備)的法蘭密封。使用的制冷劑為R22、R134a、R407C、R410A，使用溫度≤100℃，使用壓力≤3MPa。制冷設備中的管道法蘭連接處一般都使用非金屬密封墊片，這種墊片的密封形式是屬于彈塑性變形結合的密封，它是通過法蘭平面上產生的接觸應力，使局部的塑性變形填滿密封面的微觀不平處，并產生較高的密封比壓而獲得密封。對制冷壓縮機或管路接頭密封來說，流體在密封接口處的泄漏有2種:

　　(1)是流體通過墊片泄漏，這是由介質壓力以及墊片的材質和結構型式所決定，例如石棉墊片，由于石棉本身存在大量的毛細管，介質壓力很高時，石棉纖維中的毛細管就成了滲漏的通道，但制冷設備的密封情狀況很少出現這種情況。

　　(2)流體經過密封接觸面泄漏，這是制冷設備的密封失效的主要形式，這不僅與密封接觸面的結構、狀態等有關，更主要的是與密封組合件各部分的性能和它們之間的變形協調有關。將法蘭與墊片接觸面處的微觀尺寸放大，可見二者的表面都是凹凸不平的，當螺栓擰緊時，墊片受到壓縮產生變形，將法蘭平面上的凹凸不平填滿，形成了初始密封條件。性能良好的非金屬密封墊片應在螺栓載荷力保持穩定的情況下，能夠較長時間地維持初始密封條件。

2、幾種非石棉密封墊片的性能試驗分析及比較

　　制冷設備中使用的非金屬墊片主要是復合增強墊片，所接觸的介質主要是制冷劑，如二氟一氯甲烷(R22)、四氟乙烷(R134a)等各種冷媒及冷凍機油等，制冷工況接觸的介質為水、蒸汽等，使用溫度為常溫、高溫和低溫均有。復合增強墊片的類型有非金屬纖維橡膠復合墊片和金屬橡膠復合密封墊片。相對于化工行業的密封工況來說，制冷設備使用的工況條件并不惡劣，介質溫度和壓力的波動并不是很大，因而對復合墊片的材料性能要求不高。但由于復合增強墊片中含橡膠成分較多，在使用過程中如擰緊法蘭的緊固力較大，易使墊片與法蘭密封面造成粘連，給更換密封墊片帶來不利影響，如果更換密封墊片時，法蘭密封面清理不干凈會直接影響密封效果，因而在生產制造工藝中希望在不降低密封效果和材料性能的前提下，減少橡膠的用量，橡膠用量降低后對復合增強墊片的抗老化性能會有進一步提高，也有利于延長密封墊片的使用壽命。針對JB/T10537—2005標準中的幾種復合密封墊片在制冷設備中的使用進行試驗分析和比較。該標準中的第一類墊片為非金屬纖維橡膠復合墊片，這類墊片又分為石棉纖維橡膠復合墊片和非石棉纖維橡膠復合墊片。含石棉類密封墊片是目前適用范圍較為廣泛、性能優異的一類墊片，由于石棉纖維中含有致癌物質，世界各主要工業化國家都淘汰和禁止使用石棉制品。隨著我國日益重視環境保護工作和逐步開展淘汰和代替石棉密封制品，因而禁用和淘汰石棉制品已成為密封件產品發展的趨勢。此外國外的有關標準和法律規定，若需要使用石棉制品的場合必須張貼警示標志，此密封制品含有石棉，同時此類含石棉制品廢棄物的處理也必須按規定的要求進行，制冷設備中的工況條件并不是很苛刻，完全可以不使用含有石棉的密封墊片。

　　非石棉纖維橡膠復合墊片是由非石棉增強纖維與彈性粘結劑及其它無機填料等多種化學成分經適當的工藝加工而成的片狀密封材料，它是目前品種最多、應用最廣的一類代石棉密封材料。代替石棉纖維的材料大致可分為3大類:無機無定形纖維材料、無機結晶纖維材料、有機纖維增強材料。目前使用較多的增強纖維是芳香族聚酰胺纖維，它具有優異的強度和很好的熱穩定性，以及和橡膠材料在制造過程中的相溶性。加入增強材料聚酰胺纖維后，提高了材料的抗拉強度，降低了材料的應力松弛率，同時提高了密封材料耐溫性和耐磨性能。增強纖維也有使用碳纖維材料的，碳纖維材料有一系列的各種優秀性能，但碳纖維材料價格較貴，影響復合墊片的銷售價格，在制冷行業難以推廣使用。除纖維增強材料外，選擇橡膠粘合劑的類型也非常重要，既要考慮橡膠材料的適用溫度范圍，還要考慮橡膠材料的耐介質性能以及材料的性價比。目前復合密封墊片使用的橡膠材料為天然橡膠、丙烯腈橡膠、氯丁二烯橡膠、丁苯橡膠、腈基丁二烯橡膠以及六氟丙烯和偏氟乙烯共聚物彈性體等材料。3種非石棉密封墊片的性能試驗數據(3家企業生產的非石棉密封墊片)如表1所示。其中:企業A產品型號NPB-6111C，使用芳綸纖維、丁晴橡膠為主要原料，采用壓縮成張法生產工藝制造;企業B產品型號NO.6502(黑色)，使用無石棉壓縮板經沖壓加工成密封墊片，材料成分未公開;企業C產品型號TS8800，使用高級芳綸纖維、特種填料、丁晴橡膠等材料組配而成，采用連續化壓縮成型工藝制造。從表1試驗數據可看出，非石棉密封墊片在室溫下的性能和耐冷凍機油的性能以及耐制冷劑和冷凍機油混合液體的性能沒有明顯的差異，壓縮率有所增加，回彈率略有降低，浸油后墊片的厚度有所增加，厚度變化率約在10%左右。而在耐冷凍機油及耐R22和冷凍機油的混合液中墊片的物理機械性能沒有明顯的變化。浸油后的墊片外觀更柔軟一些，抗拉強度有明顯下降。綜合性能評價是非石棉密封墊片適合于在制冷設備上使用。研究發現，非石棉密封墊片成型加工過程中的一些因素如粘結劑種類、增強材料的品種及其它配合材料的比例均會對材料性能產生影響，因而在復合密封墊片的生產過程中要優化設計材料配方及生產過程中工藝參數的控制，才能生產出性能

　　優良的復合密封材料。JB/T10537-2005《冷凍空調設備用復合密封墊片》標準中還規定了另外一種金屬橡膠復合墊片產品，它是由不銹鋼板或鋁板作為芯板，在金屬板的兩面各復合一層橡膠后加工而成。不銹鋼板與橡膠復合密封墊片的厚度從0.38～1.2mm不等，鋁板與橡膠復合密封墊片的厚度為0.38～0.84mm不等。這2種金屬橡膠復合密封墊片在制冷設備上使用不多，原因是橡膠易老化，在法蘭密封面上使用較長時間后，橡膠易粘連法蘭密封面，使得更換密封墊片時要清理法蘭密封面，易造成法蘭面的損傷，這種墊片的安裝和使用均不方便。從這種密封墊片的機械物理性能分析，也沒有明顯的特點，由于橡膠材料的耐溫性能不如非石棉密封材料，它的高溫使用性能要低于非石棉密封墊片，最高使用溫度為180℃，而非石棉墊片最高使用溫度為300℃。

表1 非石棉密封墊片性能試驗

3、對現行標準修改的建議

　　制冷設備用非石棉密封墊片種類較多，本文僅根據機械行業標準JB/T10537《冷凍空調設備用復合密封墊片》標準中規定的幾種產品進行了初步的分析研究，該項標準的發布和實施已有8年，標準中的一些內容和指標應進行修訂，建議以后修訂該項標準時，取消石棉纖維橡膠復合墊片產品和金屬橡膠復合墊片產品，全部采用非石棉纖維復合密封墊片，一方面符合環境保護的要求，另一方面非石棉纖維復合密封墊片產品能完全滿足制冷設備工況條件的使用要求。對于標準中的一些性能指標應進行修訂，增加非石棉密封墊片的品種，如一些密封件產品的生產企業已能生產使用溫度為-200℃～300℃，使用壓力達3.5MPa的非石棉密封墊片，應將這類產品納入標準。