【中德讲堂】盘点垫片类型及其应用范围

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在之前的文章中小编已经提到螺栓法兰连接是一个机械组合系统，垫片是螺栓法兰连接用得最多的密封元件。一般而言，螺栓法兰连接泄露的主要原因在垫片。虽然垫片价格相对较低，但对工厂生产安全起着十分重要的作用。因此，为了保证安全运行，必须正确选择垫片，确保垫片质量和合适安装垫片。今天小编会为大家盘点一下垫片的类型及其应用范围。


一、非金属垫片
非金属垫片一般用于低、中压力和温度工况，它的应用主要决定于材料，而可用的材料又非常广泛，压力温度、介质和螺栓预紧载荷是选择这些材料的主要考虑因素。对于非金属垫片，应从组成材料和截面结构两方面特征理解各种垫片的密封性能及其应用范围。


1、弹性体垫片
许多弹性体都可用作制造密封垫片的材料，而各种天然橡胶（NR）或合成橡胶是最通用的弹性体，常用合成橡胶如氯丁橡胶（CR）、丁腈橡胶（NBR）、丁苯橡胶（SBR）、三元乙丙橡胶（EPDM）和氟橡胶（FKM）等。各种弹性体具有不同的物理和化学特性，且通过各种弹性体复合得到不同的物理和化学特性，如抗拉强度、耐化学腐蚀性、硬度等，以满足多种应用的需要。


2、柔性石墨板
柔性石墨板的原料为天然晶质石墨，其形状如鱼鳞状，故称鳞片石墨。柔性石墨板生产首先要制备可膨胀石墨，工业上制备可膨胀石墨有电化学法和化学氧化法（最常用）两种方法。

柔性石墨不仅具有普通石墨同样的耐酸、碱和一般化学溶剂腐蚀性，良好的导电性和导热性、而且具有优良的压缩回弹性和低蠕变性，对气体及液体IDE渗透性较低。


3、金属增强石墨板
纯柔性石墨板的缺点是强度低，脆性大，不容易加工和方便使用，所以为了提高它的机械强度，采用金属芯板增强，即在其中插入金属薄箔、冲刺孔金属薄板或金属丝网等。垫片的密封性能与柔性石墨本身结构和纯度有关，而结构和相应的机械强度主要受原材料和生产工艺的影响。

为了提高其对液体的不渗透性，更好的安全性（如刺孔金属薄板因振动发生断裂）、防止对高纯度产品的污染和使运输、贮存和安装更容易，采用在内侧或内外侧周边用不锈钢薄板锁边。


4、无石棉垫片
无石棉垫片石油不含任何石棉的矿物或合成纤维与弹性体混合制成的无石棉板切割成型的垫片。无石棉板根据制造方法不同，分为压缩阀和抄取法，分别称为压缩无石棉板和抄取无石棉垫板。


（1）压缩无石棉板
它是石棉橡胶板制造工艺发展而来，采用矿物纤维或合成纤维代替石棉，与各种弹性体混合后，经辊轧机加热、压延和流化等工序而成。因在压延机上挤压成板材，故也称压缩无石棉板，以和传统的压缩石棉板区别，后者国内俗称石棉橡胶板，国外也有称为It板。


（2）抄取无石棉板
抄取法，因为其工艺类似造纸，所以也称造纸法。合成或矿物纤维、填料、胶乳、化学助剂等与水混合成悬浮液后，经丝网抄取、干燥、压延等工序制成为支板。

与压缩法板材相比，其质地柔软、性能均匀，生产连续，产品成本低，能生产薄纸板（0.3~1.6mm），工艺灵活性大，但缺点是密封性差、使用温度不高和抗拉强度较低，所以单独使用时作为汽缸等耐油衬垫，通常用作半金属垫片的填充或覆盖层材料，如用的最多的事作为金属缠绕垫片的填充材料，如石棉纸、云母-石墨纸、片状蛭石纸等。


5、云母板
石墨在高于340℃长期连续试用下，由于发生氧化反应导致应力松弛而泄露，所以不适用于高温场合。云母也是鳞片状的铝硅酸盐材料，作为增强填料可大大提高材料耐温和耐化学腐蚀性能。由于它需要用黏合剂进行黏结，材料强度较脆弱，因此不能用于高压，使用高温，低压场合，如用作烟气管道垫片和燃烧室密封件。也可在内层嵌入冲刺孔的不锈钢薄板予以增强，用于较高压力。


6、蛭石板
蛭石板是经过化学热处理的蛭石和弹性体粘合而成的耐高温密封垫片材料。具有与石墨一样的片状结构，但相比石墨它具有在极端高温下不会氧化而保持良好的密封性能，具有广泛的化学腐蚀性，比没有增强的石墨板更柔软和容易加工，也可用作缠绕垫片等半金属垫片的填充材料。


7、聚四氟乙烯（PTFE）垫片
作为垫片用的PTFE材料有几种类型，按照制造方法分为模压烧结PTFE板，车削PTFE板，模压或车削填充PTFE板，改性填充PTFE板、膨胀PTFE板（带）、PTFE包覆垫片等。


二、半金属垫片
半金属垫片由柔软材料作为填充料、覆盖层或挿入物，与金属元件一起组成。许多人工合成材料和（或）矿物基材料，以及弹性体用于加入特殊设计的金属部件。这些金属部件作为缠绕或覆面的金属层、或部分或全部包覆的金属外壳。半金属垫片分成一下四类。


1、缠绕式垫片
缠绕垫片早在20世纪初就出现在油气工业，现今结合新的密封材料仍广为多个温度和压力工况所接受。与平垫片相比，由于其良好的回弹特性，缠绕是垫片适用于压力和温度有波动、螺栓载荷有松弛、热冲击和振动的场合。因此，缠绕式垫片有很好的普适性，在石油化工、造纸、电力等工业部门获得了广泛应用，可用于较高压力，最高达到30MPa；根据填料，最高使用温度为260~1000℃。


2、金属包覆垫片
金属包覆垫片由部分或整个包覆在金属外壳内的软填充材料构成，填充材料赋予垫片回弹性，金属包壳提供填充材料对压力、温度和腐蚀的保护。这些垫片比普通的没有覆盖层的金属波形垫片更容易压缩。对泄露的密封主要靠内侧的搭接部分，在该处压缩时垫片的密度最大。整个内侧搭接部分必须处于压缩状态，而外侧的搭接部分，在压缩时对密封面起二次密封作用。

3、具有覆盖层的齿形金属垫片
具有覆盖层的齿形金属垫片的密封部分是由软质平垫和齿形金属垫片组合而成，实心金属芯板的上下两个表面加工有同心圆的锯齿，每个锯齿表面覆盖一层软质密封材料。

4、具有覆盖层的波形金属垫片
预紧法兰时，他说载荷使垫片的多个波峰与密封面接触，波峰及其附近波谷的覆盖层材料被密实，从而形成同心圆的躲到屏障，形成迷宫密封效应，有效地阻隔密封流体的泄露。因此，具有覆盖层的金属波形垫片既有金属波纹垫片优良的回弹性、刚度、强度、减少密封接触面积，又兼有覆盖层密封材料优良的耐火性。该垫片另一突出的有点事在低螺栓载荷下，仍能提供很好的密封性能。


三、金属垫片
金属垫片主要用于高压、高温场合，包括平形、波形、圆环形垫片形式。

1、金属平垫片

金属平垫片指厚度相对其宽度较小的平板状金属垫片，其宽度至少为1.5倍金属厚度。比其他形式的金属垫片有更广泛的应用。因此，金属平垫片可用于宽广的温度范围和高压场合。


2、金属波形垫片
金属波形垫片由压成波纹型或同心圆环的金属薄板制成，他们也可以用石棉、玻璃或陶瓷纤维绳等填充材料黏结在波纹槽内。金属波纹垫用于低压、重量和空间有限的场合，最高使用压力为3MPa。

3、金属环形垫
金属环形垫广泛应用于高压、高温的采油、炼油、石化等工业，如石化装置的高压加氢反应器等。根据金属环形垫的截面形状，最通用的结构形式时R形（椭圆形或八角型）、RX形和BX形。环形垫和法兰的硬度差以及安装螺栓载荷不足是导致泄露的主要原因。

4、金属透镜垫
金属透镜垫是在前苏联和德国标准中采用的一种实心金属环形垫，适用于管道、阀门和压力容器高温、高压工况的密封。金属透镜垫在国内的合成氨、尿素等氮肥工业的高压工艺和仪表管路中广为应用。


5、焊环垫片
焊环垫片由一对环形金属板片（焊环）组成，每个焊环分别与一个法兰焊接。焊环垫片用于压力、温度高，更多密封件知识请关注微信公众号cxzhognde。密封介质危害性大，不允许有微量泄露以及很少需要拆卸的螺栓法兰连接，最终目的是防止有害物质的污染或不停车运行。