材料选用对柴油机密封性能的影响

山东潍坊工程职业学院　　杜鹏　聂永涛　谢宗华

材料选用对柴油机密封性能的影响

山东潍坊工程职业学院杜鹏聂永涛谢宗华

纤维和填料的选用对柴油机用无石棉密封材料的整体性能有着重要的影响，本文主要分析不同原料的性能及含量对密封性能的影响。

纤维；无石棉；密封性能

引言

无石棉密封垫片作为一种环保型密封材料，在柴油机密封结合面上有着非常广泛的用途。该材料主要由纤维、填料和橡胶组成，本文主要分析了纤维和填料的选用和含量对密封板材性能的影响。

1　纤维材料对密封垫片性能影响

在原材料的选用过程中，增强纤维是密封垫片的核心。纤维种类的选择和含量的确定将会影响实际的密封性能（如压缩回弹力、密封性能和蠕变松弛等等）。

现阶段纤维种类非常多，既有有机材料也有无机材料，既有价格昂贵的如芳纶纤维，也有价格非常便宜的玻璃纤维等［1-3］，选择哪种纤维材料就成为密封材料制作过程中的重点问题。

现阶段的密封原材料主要以芳纶浆粕为主要的纤维材料。虽然芳纶浆粕成本非常高，但它的优点却更加突出，选择芳纶浆粕最主要的原因是该材料具有良好的分散混合性和非常大的比表面积。利用该性能，可以使纤维材料与弹性体和填充材料的各个表面充分地混合和接触。

单纯选用芳纶浆粕作为增强纤维制备的密封板材，性能优异，密封效果好，但最大的缺点就是价格昂贵，甚至超出了金属橡胶复合板材，导致密封材料在市场上的竞争力较差。为了提高板材的市场竞争力，在保证密封垫片性能的基础上，选用多种纤维材料共同作为增加纤维。常将矿物纤维和芳纶浆粕配合使用。

通过试验优化矿物纤维和芳纶浆粕的含量配比，当芳纶浆粕含量为10%、矿物纤维为18%时，板材的性价比最高。此时进一步增加芳纶浆粕的含量，对密封板材的性能影响较小。

2　填料的选用对密封材料性能的影响

纤维增强橡胶密封垫片所用到的原材料当中，填料同样是必不可少的。填料作为原材料当中所占份额最大的材料，主要作用是提高板材的整体加工工艺性，改善密封板材的基本性能。

在使用过程当中，填料含量可以达到45%以上甚至更多。填料根据具体的作用还可以分为增加容量（明显降低产品成本）、改变产品颜色和补强作用（增加板材的机械强度和性能）三种。市面上经常用到的填料有以下几种。

（1）炭黑

炭黑的加入能够明显地提高密封板材的机械性能（特别是它的抗拉强度），这主要跟炭黑的性能有关，在实际使用过程中该材料主要起到补强的作用。炭黑的用量并不是越多越好，过多炭黑的加入反而会降低密封板材的实际性能，所以在实际生产中要根据具体的配方选择最合适的炭黑含量。

（2）白炭黑

白炭黑是一种非常常见的填料。该填料也属于补强性填料的一种。适量白炭黑的加入可明显改善密封板材的性能。在使用过程当中要重点关注三个方面：一是白炭黑的酸碱性，碱性的白炭黑将大大增强产品性能，酸性的白炭黑将严重影响硫化工艺的顺利进行，使产品硫化不充分；二是混炼温度的适中，当混炼温度不够时将使得整个原材料在混炼过程中很难充分打散和混合，导致原材料分散性较差；三是门尼黏度，过高的门尼粘度将使橡胶的混炼效果较差，产品的性能较低。

（3）高岭土

高岭土也是我们常用到的一种补强性填料，它的主要成分是三氧化二铝和二氧化硅。其中二氧化硅占40%左右，三氧化二铝占35%左右，粒径较小的高岭土具有较好的补强作用，而粒径在5微米左右的高岭土则只有填充的作用。另外，过多含量高岭土的加入将引起材料的硫化不充分，可以通过加入活性剂来改善整体的硫化效率。

（4）碳酸钙

碳酸钙作为使用量最大的填料，有非常多的优点，如价格非常低廉、性价比高；材料在使用过程中一般呈现惰性，不会影响密封板材的关键性能；在使用过程中对人体没有危害，无污染；碳酸钙可以根据使用要求加工成不同粒径的填料等等。碳酸钙在经过表面改性处理以后与橡胶的相容性非常好。

碳酸钙也有明显的缺点：易溶于酸，所以它不适合用于长期工作在酸性介质环境中的板材。

（5）云母粉

云母粉作为填料加入以后，使得整个密封板材的压缩回弹性能显著改善，并且材料的耐酸性和抗腐蚀性也有明显的提高，常被作为一种优良的添加剂使用。

（6）硫酸钡

硫酸钡作为一种化学性能非常稳定的材料，作为填料时的主要作用为增容增重，不会对板材的整体性能有什么影响，属于惰性填料。

3　总结

纤维和填料含量对板材的整体性能有着较大的影响。当增强纤维含量过低时，由于纤维、橡胶和填料无法充分融合在一起，使得整体板材的性能较低，成张性较差；纤维含量过高，产品的性能并不能直线增加，反而会导致密封材料成本的显著增加。通过试验分析发现，矿物纤维含量在18%、芳纶浆粕在10%左右时，材料的密封效果最好，性价比最高。

填料在材料的制备过程中同样举足轻重，过高的填料含量虽然可以显著降低生产成本，但将导致板材的整体性能较差，螺栓载荷的衰减过高。

［1］张耀明.中国玻璃纤维工业回顾与展望［J］.吉林建材，2004，（2）：41-49.

［2］李志安，胡宏玖.玻璃纤维增强橡胶垫片材料的研制［J］.石油化工设备，1995，（5）：23-25.

［3］赵稼祥.世界碳纤维现状与进展［J］.玻璃钢/复合材料，2003，（2）：40-43.

杜鹏，1984年出生，山东潍坊人，研究生，讲师，研究方向：工程机械的密封技术。