机械密封动环的制造——石墨环浸渍工艺

机械密封使用的碳石墨环。在烧结过程中会有热解物质体排出而存在气孔，其孔隙率按体积计算约占10%~30%。这种多孔的碳石墨环不能作机械密封环，因而要进行浸渍处理，使之成为不透性材料，通过浸渍还可以提高其强度和耐磨性.碳石墨制成密封环的加工过程如图9-5所示。

一、浸渍酚醛树脂

酚醛树脂是以酚类化合物为原料，在催化剂作用下缩聚而得到的一类树脂的统称。

1、浸渍前的准备

1）毛坯加工

石墨棒料加工成管料，按成品尺寸内外径分别留加工余量2~3mm。若毛坯是大方块，宜用薄片砂轮切割下料，再制成管料，毛坯不允许附着油污。

2）冲洗

用压缩空气清扫管料表面的石墨灰尘，或用自来水洗净，以防止阻塞浸渍表面空隙，影响浸渍效果。

3）低温烘烤

升温70~80℃，2h后取出自然冷却，用以除去石墨管料气孔中的水分。

4）浸渍剂的选择

酚醛树脂有水溶性和醇溶性两种，一般选用7222醇溶性树脂。醇溶性树脂易挥发，储存期较水溶性树脂短，多次使用后粘度高，再次使用时要加入无水乙醇搅拌稀释。

2、浸渍处理

浸渍设备及流程如图9-6所示。

浸渍处理步骤如下。

1）将石墨管料放入铁丝筐栏内，管料之间保持2mm以上的距离，每层之间用铁丝网隔离，再将筐栏放入釜内，离釜口法兰留釜体深度1/5的间距。合上釜盖，均匀地拧紧紧固螺栓。

2）抽真空，真空度在0.1MPa左右（750-760mmHg柱）时，持续30min。

3）吸入树脂浸渍釜内的树脂，高度以埋过工件100mm为宜。

4）通入0.6-0.8MPa的压缩空气，并维持4-5h。

5）排出树脂，卸压，取出制品。制品出釜2h后，可用碱水加锯末屑擦去制品外表面的树脂。

6）室温固化。即将制品放在阴凉通风处自然晾干，一般不少于48h。

3、固化处理

将晾干的制品放入固化釜内，加压、加温固化。其压力应比浸渍时高0.1MPa。升温速度见表9-19。

浸酚醛树脂的固化，温度一般为130℃，但适当提高固化温度，可促使酚醛树脂固化效果提高腐蚀性能。

4、浸渍品检漏

固化后的制品，通常用下述方法检验透气性：从每批制品中任意抽3件，车去外表面，在专用夹具上用两块橡胶密封垫片夹住管料两端面，然后将干燥的氮气通入管料的内孔，试验压力为产品最高使用压力，持续15min，加压时在其试件外周涂上一层肥皂水，然后观察有无气泡产生。

毛坯管料的浸渍固化处理，一般需要重复进行两次才能达到要求。若气孔率大（>15%），或使用压力较高和大轴径的制品，原则上要浸渍固化处理三次，前两次是将毛坯浸渍固化，最后一次处理用低黏度的树脂浸渍固化处理成品。每次固化之前，需用酒精擦净密封环表面。

二、浸渍呋喃树脂

呋喃树脂是一种热固性树脂。它是以糠醛为原料制成的一类聚合物的统称，在分子结构上带有呋喃环，故称为呋喃树脂。

1、树脂的选择

糠醇树脂是呋喃树脂的一种，是由糠醛和丙酮一次缩聚而成的粘稠液。其黏度随生产工艺的不同而有较大差异。因此，应选择合适的黏度以简化浸渍工艺程序，提高浸渍效果和充分利用浸渍剂。其黏度用涂料4号杯测量，测量值在30s左右的树脂作浸渍剂为佳。

2、固化剂的选择

浸糠醇树脂须加固化剂能将其固化，为此正确地选用固化剂对提高浸渍效果和延长树脂的使用时间也很重要。糠醇树脂的固化剂目前普遍采用硫酸乙酯、氯化锌和苯磺酰氯三种。其中以苯磺酰氯作固化剂效果最佳，用它作固化剂，树脂的使用周期较长。但它能散发出抑制性的气体，所以操作时必须注意室内的通风。

3、浸渍工艺流程如图9-7示。

4、加热固化

为了避免加热过程中出现树脂起泡和溢流现象，应按表9-20中的升温速度加温。整个固化过程中，60~90℃区间最为关键，若升温过快，树脂易于溢出。

三、浸渍环氧树脂

1、环氧树脂的性质

环氧树脂是一类含环氧基的高分子聚合物。其中，以二酚基丙烷树脂（环氧氯丙烷与二酚基丙烷缩聚而成）浸渍为最佳。具有代表性的牌号为610、618、634等。其分子结构中，有羟基、醚基和极为活泼的环氧基存在。所以用它浸渍的石墨制品具有增重效率，机械强度高、孔隙率小等特点。

2、环氧树脂的稀释

环氧树脂的黏度较高，必须加入部分稀释剂降低其黏度才能用来浸渍石墨。稀释剂分非活性和活性两类，前者如丙酮、二甲苯等；后者含有烷丁基醚。常采用501^#（相对分子质量为130，在25℃时黏度≤2x10^-3Pa.s）,501^#是一种新的活性稀释剂，基本上无毒，使用效果好。

3、环氧树脂浸渍石墨的固化

环氧树脂是热塑性的线性树脂，必须用固化剂使线型分子交联成网状结构的大分子，变为不溶的高聚合物。其固化剂有多元胺类、酸酐类等。采用595固化剂效果最佳，595固化剂是一种胺基硼烷型化合物，黏度为（3~5）x10^-3Pa.s。

4、浸渍固化工艺流程

1）配制浸渍剂

浸渍剂的配方为：6101的环氧树脂75%、595固化剂5%、501稀释剂25%，将环氧树脂先预热到40℃，使其流动性增大，然后加入稀释剂，充分搅拌均匀。

2）浸渍固化工艺流程——如图9-8所示

3）浸渍工艺条件

将制品放入釜内，抽真空至0.096kPa(720mmHg柱）以上，吸入配制好的浸渍剂，然后加压到0.7MPa，保压时间4h。取出制品，用丙酮清洗表面。

4）固化处理工艺条件

固化压力0.7MPa，固化升温速度见表9-21

四、浸渍聚四氟乙烯

1、聚四氟乙烯的特性

聚四氟乙烯分子间的内聚力低，因而决定了它具有优异的减磨性，摩擦因数低。它还具有优异的化学稳定性，耐腐蚀性能很好，有较好的耐温性，能适应-180~250℃的温度范围。用聚四氟乙烯分散液浸渍石墨可作为耐腐蚀机械密封摩擦副材料。

2、浸渍工艺

1）浸渍剂为聚四氟乙烯分散液，浓度60%，粒度0.2~0.25um,pH10,黏度（4~8）x10^-3Pa.s。

2）石墨管料，要求孔隙率为20%~30%。

3）浸渍流程：粗加工毛坯清洗后烘干（120℃1h），自然冷却后装釜抽真空【真空度>约0.1MPa（750mmHg），保持1h】，在进行塑化（375~380℃）。

3、塑化

塑化的目的是使浸入石墨孔隙内的分散液小颗粒在熔融状态下连成一体而形成膜状。塑化的升温速度必须严格控制。升温速度为:室温~100℃ 1h、100~160℃ 1h、160~220℃ 1h、220~270℃ 1h、270~320℃ 1h、320~370℃ 1h、3400~380℃保温1h此后，按升温速度降至160℃关闭电源，自然降至室温。

4、注意事项

    1）聚四氟乙烯浸渍效果较差，为此应按上述工艺重复浸渍塑化过程，经多次处理后方可达到预期的目的。处理次数视制品的耐压要求而定。一般需要重复3次。

    2）浸渍剂的聚四氟乙烯分散液要保持新鲜，不宜重复使用，浸渍温度控制在20-40℃为宜。