在模态形象。

在考虑传热流体时,工程技术人员和维修人员经常面临弹性体相容性问题。在设计新设备时,或在为现有设备选择热流体或新密封时,可能会出现这种考虑。在泄漏和其他设备故障的调查中,材料兼容性也可能成为关键。

首要问题是在适用的工作温度范围内保持设备完整性和系统性能。最终,这些与人员安全以及潜在的环境责任有关:选择不当的弹性体可能导致设备故障、人身伤害和环境责任。

市场上化学和热流体类型的多样性使有关弹性体相容性的决策复杂化。尽管材料力学和聚合物科学是成熟的学科,但专门针对普遍可用的弹性体材料在传热流体服务中的适用性的文献缺乏。在存在的地方,可用的资源有时是通用的或针对工业润滑油。

本文有助于弥合现有差距。为了公正地对待这一主题,有必要对热流体类型学进行简要概述,以便更深入地了解传热流体在材料相容性方面的复杂性。


回顾传热流体类型

一般来说,传热流体可以根据一些操作和组成标准进行分类。这包括基础化学,操作温度范围和应用类型。如本文后续部分所述,前两个标准对弹性体材料在特定传热流体应用中的适用性影响最大。

表1显示了热流体的一般分类。基础化学是指传热流体的主要成分。操作温度范围与热流体的最高和最低使用温度有关。

表1。在热流体的一般分类中,基础化学是指传热流体的主要组成部分。 表1。在热流体的一般分类中,基础化学是指传热流体的主要组成部分。(点击图片放大)

一般来说,传热流体可以由相对较少的基础化学物质配制而成。这些措施包括:

  • 精炼的石油矿物油。
  • 芳香族化合物,如部分氢化的三苯基和烷基苯,二苯基/二苯基氧化物。
  • 乙二醇,如乙二醇和丙二醇。
  • 聚亚烷基乙二醇。
  • 有机硅液体(聚二甲硅氧烷)。
  • 聚α-烯烃。
  • 熔盐(如硝酸钠或硝酸钾),但使用程度较低。

当使用不同的弹性体时,不同的流体类型转化为不同的渗透(或侵润)水平。这种多样性要求了解商业可用弹性体的适用材料兼容性要求。

此外,常见建筑材料的耐化学性数据通常在环境温度下报告。然而,在大多数情况下,操作条件偏离该基准温度。

在高温下,弹性体的膨胀和强度损失会加剧。因此,在高温或超低温应用中部署传热流体时,必须考虑温度敏感性。

弹性体用于工艺或制造设备的垫圈中。 弹性材料用于工艺或制造设备的垫片,如泵、阀门、空气压缩机和管道。在使用硅酮热流体的传热系统中,硅酮密封绝对不能使用。|图片来源:Isel有限责任公司

为您的传热流体选择弹性体

弹性体是具有粘弹性特性的聚合物。它们是灵活的,有弹性的,可以将机械能转换成热能在偏转。由于这些特性,在泵、阀门、空气压缩机和管道等工艺和制造设备中,橡胶通常以o形环和垫圈的形式被用作密封件。

典型的弹性体包括四氟乙烯丙烯、丁腈橡胶、硅酮、氯丁橡胶和氟硅酮。通常,由这些材料制成的密封在静态和动态应用中直接与热流体接触。然而,用于制造它们的聚合物材料在传热流体的应用中很容易受到渗透和侵蚀。不相容的化学物质会导致密封件膨胀、收缩、起泡或分层,从而导致泄漏。

在确定相容性时,工程师和维护人员还必须考虑热流体降解和由此产生的副产品。与空气接触,许多热流体氧化并最终形成一种黑色的碳质污泥——醛和过氧化物的混合物。在其他情况下,热流体过热超过其最大体积温度会导致热裂,即流体成分分裂为低锅炉和高锅炉的馏分。高锅炉是高分子量化合物。在有重复或波动载荷的动态应用中,这些不良反应会影响弹性体的性能,最终导致密封失效。

弹性体是灵活的,有弹性的,可以在变形时将机械能转换为热能。 弹性体是灵活的,有弹性的,可以在变形时将机械能转换为热能。这就是为什么它们经常用于o形环和其他密封件。|图片来源:Isel有限责任公司

如果没有对弹性密封中典型的攻击机制的评论,这篇关于热流体材料相容性的论述将是不完整的。降解和耗竭符合溶液-扩散模型。这个模型接近于一个完善的聚合物膜溶剂传输机制。渗透剂-在这种情况下,传热流体分子-溶解在膜材料中,然后扩散通过膜。换句话说,热流体吸附在弹性体密封的表面,并根据选择性溶解度吸附。渗透剂沿浓度梯度的方向通过聚合物通道和间隙。随着渗透的进行,弹性体的膨胀和体积变化开始。接下来是弹性体的聚合物链的塑化,这导致弹性体最终失去其粘弹性和阻尼特性。

因此,适合任何特定传热流体类型的弹性体必须能够减轻溶剂分子的吸附和吸收。弹性体还必须能够限制通过其间隙的渗透。为了给决策者提供一个容易理解的鉴定标准,密封制造商通常根据弹性体执行这两种功能的能力来评估其性能。表2给出了几种弹性体与不同传热流体类型的相容性。

  • “A”级代表对热流体的优异抵抗力和最小体积变化(小于10%)。具有该等级的弹性体将被视为相应传热流体类型的最佳选择。
  • “B”级被解释为良好的抵抗力和轻微的膨胀效应(10%至20%)。
  • “C”级代表一般阻力和显著膨胀/体积变化(20%至40%)。
  • 抗热流体冲击性能差的弹性体被评为“D”级。预计会有严重的影响或退化,体积变化可能会超过40%。由于这种显著的膨胀和物理性能的变化,所讨论的弹性体被认为不适合特定的传热流体服务。

如表2所示,合成传热流体非常收缩。如果材料选择不当,可能会发生严重的膨胀和降解。全氟弹性体(FFKM)和氟碳化合物(FKM/FPM)对合成传热流体是最宽容的。同样,当暴露在矿物油和PAO传热流体中时,乙丙烯(EPDM)表现不佳。

表2。介绍了几种弹性体与不同传热流体类型的相容性。 氟硅酮可安全地与二苯基和二苯基氧化物共晶混合物使用介绍了几种弹性体与不同传热流体类型的相容性。|资料来源:由作者从杜邦通用耐化学品指南与datapwrapper创建(单击图像放大。)

此外,硅酮热传导液与硅酮弹性体接触时会产生不良反应。因此,在使用硅酮热流体的传热系统中,硅酮密封不应该使用。虽然这听起来违反直觉,但溶剂-聚合物的相互作用是很容易理解的。

单烧杯 市场上化学和热流体类型的多样性使有关弹性体相容性的决策复杂化。|图片来源:Isel有限责任公司

硅酮传热流体和硅酮弹性体具有相似的分子组成,弹性体中聚合物链之间的交联是主要区别。因此,在极性或溶解度参数上有相似之处。热流体对弹性体的攻击是根据溶液扩散模型发生的,导致溶剂分子优先插入到聚合物网络中,直到达到平衡饱和点。这导致硬度、抗拉强度和伸长率的下降。

综上所述,已充分强调了在传热流体应用中确保适当弹性体相容性的重要性。这种情况是基于选择不当的弹性体的实际影响而产生的。考虑了不同的传热流体类型,并为普通弹性体材料提供了相应的相容性等级。通过对商用弹性体和不同热流体类型之间的匹配或不匹配提供具体指导,对现有知识体系进行了相关补充。

犯错可能代价高昂。当决策者有疑问时,最好咨询弹性体制造商和热流体专家。