紀(jì)婷婷 董加強(qiáng) 楊慧紅

摘要：簡述密封圈應(yīng)用于二氧化碳滅火系統(tǒng)容器閥的特殊性，并根據(jù)iso標(biāo)準(zhǔn)和知名廠家提供的二氧化碳兼容性選取了密封圈的材質(zhì)，對密封圈密封形式和溝槽尺寸進(jìn)行了理論研宄;通過實(shí)驗(yàn)的方法驗(yàn)證了密封圈材質(zhì)、密封形式、溝槽尺寸的可行性，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了溫度循環(huán)泄漏實(shí)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：密封圈;容器閥;二氧化碳滅火系統(tǒng);EPDM

隨著橡膠工業(yè)的崛起，各種性能優(yōu)異的橡膠材料在氣瓶容器閥中得到了廣泛的應(yīng)用。密封圈能夠滿足各種靜態(tài)或動態(tài)應(yīng)用要求，且具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、安裝簡便、經(jīng)濟(jì)有效的優(yōu)點(diǎn)。目前國內(nèi)用于容器閥的密封圈多為丁腈橡膠，在二氧化碳?xì)馄可?，常常會發(fā)生密封圈失效的現(xiàn)象。密封圈的失效會導(dǎo)致泄漏甚至誤噴的現(xiàn)象，直接威脅到生命和財(cái)產(chǎn)的安全。二氧化碳容器閥中密封圈失效的最重要原因是溶脹及滲透。

密封圈可能會由于吸收二氧化碳?xì)怏w（或液體>而發(fā)生膨脹，這可能導(dǎo)致密封圈尺寸增加。在使用過程中，最初的膨脹可以通過增塑劑和填充劑來掩蓋。機(jī)械強(qiáng)度和硬度的變化也會對性能有重要的影響。不同的配方、工藝會導(dǎo)致密封圈溶脹性有顯著差異。而且無論兼容性如何，靜態(tài)或動態(tài)密封的選擇對性能也尤為重要。111

滲透是氣體穿過材料的一個(gè)緩慢過程。二氧化碳通過非金屬材料的滲透性是顯著的。對于給定的材料，滲透速率主要取決于溫度、壓力、厚度以及材料與氣體接觸的表面積。同時(shí)氣體的分子半徑、增塑劑及其他配方的添加劑對某種特定的塑料或彈性體會造成更為嚴(yán)重的滲透率。

本文主要目的是選出一款適合二氧化碳容器閥的密封圈材質(zhì)，并以此選出的密封圈進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，驗(yàn)證在二氧化碳容器?上應(yīng)用的可行性。

—、設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)

（一）密封圈材質(zhì)的選取

根據(jù)ISO11114-2中非金屬材料與二氧化碳的兼容性（見表1）[1】，甲基乙烯基硅橡膠（VMQ）、三元乙丙橡膠（EPDM）、甲基氟硅橡膠（FVMQ）、聚丙烯酸酯橡膠（ACM）、聚氨酯橡膠（PUR）與二氧化碳兼容性是可以接受的。但是VMQ、FVMQ、ACM、PUR相對于EPDM經(jīng)濟(jì)性不住。

目前容器閥最常用的密封圈是丁腈橡膠（NBR）和三元乙丙橡膠（EPDM），NBR在二氧化碳中會出現(xiàn)溶脹和重量減輕，任何情況下均不能用于二氧化碳中。而EPDM與二氧化碳雖然也會出現(xiàn)溶脹和重量減輕，但可以接受。

表2為EPDM在各種氣體中的滲透系數(shù)，EPDM在二氧化碳中的滲透系數(shù)相對于H20和其他氣體來說高一點(diǎn)，故需要通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證是否可以用于二氧化碳滅火系統(tǒng)中。

（二）密封圈密封形式的選取

密封圈性能主要與材料、材料硬度、擠壓的程度、有無潤滑、密封圈的截面尺寸以及被密封氣體的壓力、溫度等相關(guān)，密封件擠壓的增加會導(dǎo)致滲透性降低，使用潤滑脂的密封圈可以降低滲透性。121

從上述公式中可以發(fā)現(xiàn)，溝槽深度越小，滲透速率越低;容器閥正常情況下處于靜止?fàn)顟B(tài)，只有在噴放充裝等少數(shù)情況下才會發(fā)生動作;故選擇靜態(tài)密封。

（三）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

試件：實(shí)驗(yàn)采用2種不同硬度EPDM的密封圈，裝配到2種不同密封形式的容器閥中，每組準(zhǔn)備3個(gè)樣品。

實(shí)驗(yàn)方案：容器閥按表3安裝對應(yīng)規(guī)格的密封圈，密封形式也按表3進(jìn)行加工，裝配后安裝在鋼瓶上，向12個(gè)鋼瓶內(nèi)充入二氧化碳?xì)怏w。靜置12小時(shí)，將容器閥淹沒到水中，去除表面殘留的氣泡觀察容器閥泄漏情況。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析：結(jié)果見表3，采用動密封時(shí)密封圈壓縮量比較小，安裝不同硬度的密封圈，容器閥的泄漏率差別不是特別大。采用靜密封時(shí)溝槽壓縮量增加，安裝硬度比較低的密封圈時(shí)，容器閥的泄漏率有了明顯改善。采用靜密封時(shí)溝槽壓縮量增加的情況下同時(shí)安裝硬度較高的密封圈時(shí)，容器閥的泄漏率基本為零。

（四）應(yīng)用驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

根據(jù)實(shí)際使用工況進(jìn)行溫度循環(huán)泄漏實(shí)驗(yàn)

試件：4個(gè)充裝二氧化碳的瓶閩裝配體

實(shí)驗(yàn)過程：對瓶閥裝配體進(jìn)行編號并稱重，記錄重量。501、0°C放置24h，重復(fù)3次。25T溫度下放置24h，再重復(fù)以上溫度循環(huán)試驗(yàn)，最后將試件25T溫度下放置24h后結(jié)束實(shí)驗(yàn)。結(jié)束實(shí)驗(yàn)后分別對4個(gè)瓶組進(jìn)行稱重，與實(shí)驗(yàn)前的重量進(jìn)行對比。[3]

實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析：實(shí)驗(yàn)結(jié)束后瓶闊裝配體重量與實(shí)驗(yàn)前一致，且啟動容器閥，二氧化碳?xì)怏w噴放無任何故障。

二、結(jié)語

通過試驗(yàn)對比研究，二氧化碳滅火系統(tǒng)容器閥密封圈的材質(zhì)適宜選用EPDM。密封圈的硬度和密封形式對容器閥密封性能也至關(guān)重要。最后建議具體的選型及產(chǎn)品應(yīng)用要根據(jù)應(yīng)用環(huán)境及標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)要求，與密封圈供應(yīng)商技術(shù)溝通并進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，以確保滿足容器閥在高低溫及儲存運(yùn)輸極限條件下密封性能可靠。

參考文獻(xiàn)：

[1]歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會，技術(shù)委員會ISO/TC58 （氣瓶）.氣瓶-氣瓶和瓶閥材料與盛裝氣體的相容性：BSENISO11114-2：2013[S].2013-04-01.

[2]全國液壓氣動標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.液壓氣動用〇形橡膠密封圈溝槽尺寸：GB/T3452.3—2005[S].2005-09-19.

[3] 全國消防標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會第二分技術(shù)委員會.二氧化碳滅火系統(tǒng)及部件通用技術(shù)條件：GB16669—2010[S].2010-09-26.

作者簡介：

紀(jì)婷婷（1990.7—），女，江蘇泰州人，本科學(xué)歷，南京消防器材股份有限公司研發(fā)部工程師，長期從事消防產(chǎn)品研發(fā)及應(yīng)用。研發(fā)產(chǎn)品曾多次獲得中國消防協(xié)會科技創(chuàng)新三等獎，江蘇機(jī)械工業(yè)科技進(jìn)步一等獎。