摘 要：石棉對人體和環境所造成的危害越來越被關注，無石棉墊片正在成為密封材料發展的趨勢，探討了該類墊片的密封理論以及未來研究的方向。

　　關鍵詞：無石棉;墊片;密封理論

　　眾所周知，石棉材料會對人體和環境帶來危害，隨著科技的進步，越來越多的新材料引入到了無石棉密封材料當中，如芳綸漿粕纖維、芳綸纖維、聚酰亞胺纖維和碳纖維等。利用更多電控技術進一步優化墊片制備工藝，提高了密封墊片的整體性能和致密性能。但是，對于無石棉墊片密封理論的研究較少，本文主要的任務是探討國內外關于無石棉墊片密封理論的研究進展。

　　1 墊片的密封原理

　　考慮無石棉纖維性能好壞主要看它的密封能力。通常泄漏的通道主要有兩部分：(1)無石棉墊片本體的滲透;(2)墊片與法蘭表面的微孔間隙的界面泄漏。墊片本體的致密性越好，抵御墊片本體的滲漏能力也就越強;墊片的壓縮回彈性能越好、蠕變松弛衰減越小，墊片與法蘭更能完全結合在一起，界面密封能力越高。具體的泄漏通道見圖1。影響密封能力的因素有材料本身的致密性(影響滲透性)、壓縮回彈性和蠕變松弛性等。

　　2 墊片的密封性能的評價

　　無石棉密封材料的性能評價標準主要沿用過去石棉材料的評價和測試方法。密封性能檢測方法主要有美國的ASTM F37 (對應國標 GB/T20671.4)、德國標準DIN3535 和英國的BS7531[2].其中 GB/T20671.4標準中的測試方法B 能夠較為準確的測量墊片的整體泄漏率，評價墊片的密封性能。

　　ASTM F37 測試方法的墊片壓強僅為 20.7 MPa、介質壓力 0.2 MPa，與目前發動機的實際工況有一定的差距。在實際測試時應該進一步提高墊片壓力和介質內壓，使測試環境與實際更加貼近。DIN3535 標準規定測試的密封介質為氮氣，墊片壓強為 32 MPa，測試的介質壓強為 4 MPa.利用 DIN3535 測試方法可以獲得不同墊片厚度、墊片壓強和介質壓力等條件下的墊片密封規律，為墊片的實際選用提供依據。

　　3 密封機理的研究現狀

　　過去無石棉密封材料的密封機理研究大多是將密封介質看成粘性流體。現階段密封機理研究重點是選擇一種什么樣的理論模型來表征墊片的泄漏通道[3-4]。

　　更多的學者[2-3]將泄漏通道看成多孔的毛細血管，如 Masi 和 Vincent 將墊片的泄漏通道表征為由許多條直徑相同、 沒有拐彎的平行管道所組成，通過研究得到了不同介質壓力和不同等級墊片壓強的泄漏規律。此外，試驗表明利用該模型對其他條件下的密封性能進行預測，獲得了較為準確的墊片泄漏率。

　　L. Marchand[4]在 Masi 理論的基礎上更進一步提出了LMF ( laminar-molecular flow model)分子模型，該模型根據環境條件，可以將泄漏模式分為三種：分子流形式、層流形式及混合流形式。界定泄漏方式的過程中重點考慮了密封介質的稀薄效應，該模型的提出不但能夠準確地預測不同條件下的墊片泄漏方式，并且對泄漏率的預測也更加準確可靠。

　　國內的顧伯勤在 Marchand 模型的基礎上[5]，將密封系統看成是螺栓、法蘭和墊片三者之間的整體配合，該系統屬于一個靜不定問題。根據可靠性理論提出了評價密封墊片系統可靠性的方法——密封過程中的緊密型設計方法。該理論通過一系列的密封試性驗作，依據不同墊片壓強條件下的泄漏率數據庫，建立泄漏率預測模型，推算出安全的墊片應力大小，為密封系統的前期開發提供參考。但該模型也有明顯的短板，利用該模型獲得的密封試驗數據均在常溫下獲得，沒有考慮墊片-法蘭-系統在高溫條件下的密封能力，在預測發動機使用環境中的墊片材料時，實際的密封能力受發動機的工況的影響較大，預測效果一般。

　　國外的 Pascal Jolly 將密封系統中的介質看成是滿足一階邊界條件下的達西定律，提出了新的模型和模型參數。同時提出表征滲透性的參數 kv 和克努森數 Kn，這兩個參數均是通過大量的試驗數據積累所得。利用該密封性模型進行預測，準確率不但超過了LMF 模型，并且能夠快速有效地預測和確認不同工況條件下的泄漏模式和泄漏率。

　　周先軍[6]在分析泄漏模型時將密封墊片的尺寸、所受載荷、介質、介質壓力和載荷的衰減等因素考慮進去并結合滲流力學相關方面的理論，創造性的提出了密封滲漏模型。利用該模型預測的泄漏率與實際試驗結果更加接近。

　　綜上，對墊片可靠性和密封性理論的研究已經取得了不少成果，但是泄漏模型對高溫、高壓因素的考慮還比較欠缺。比如用于發動機中的墊片，隨著發動機功率和扭矩的不斷提升，對密封墊片泄漏率和可靠性要求越來越高，相應的預測難度也越來越大。因此，下一步要將研究重點放到探索一種更加貼近實際工況的泄漏理論探索當中。

　　4 結束語

　　無石棉墊片的密封理論研究已經取得了一定的成果，利用模型可以得到密封墊片的泄漏規律。但現有試驗和理論成果大多還集中在常溫靜態條件下，沒有考慮振動和高溫的影響。因此下一步的研究重點應將振動和溫度因素考慮進去，研究對無石棉墊片的密封性能的影響，建立更加貼近實際工況的泄漏率預測模型。

　　參考文獻：

　　[1] B. Porodnov， V. Akin’ shin. Flow of Low-Density Gases in a Capillary Grid[J]. Sov. Phys. Tech.Phys.1974，( 19)：515-518.

　　[2] ASTM F37 -06. Standard Test Methods for Sealability of Gasket Materials[S].

　　[3] P. Jolly， L. Marchand. Leakage predictions for static gasket based on the porous media theory [N]. Proceedings of the 11th ASME pressure vessels and piping division conference，2006.

　　[4] L. Marchand. Predicting gasket leak rates using a laminar-molecular flow model [N]. Proceedings of the 10th ASME Pressure vessels and piping division conference. 2005.

　　[5] B.Gu，Y.Chen，D. Zhu. Prediction of Leakage Rates Through Sealing Connections With Nonmetallic Gaskets [J]. Chin.J. Chem. Eng. 2007，( 15)：37-841.

　　[6] 周先軍. 非金屬多孔介質泄漏模型再研究[J]. 潤滑與密封，2008，33 ( 12)：65-67

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