Page 99 - 理化检验-物理分册2021年第二期

张涛锋, 等: 高寒环境下 GIS 密封圈材料的选用及存在问题

此, 硫化橡胶从玻璃化温度以上, 一直到交联分子降
1 GIS设备密封圈材料选用
解都具备高弹性, 即硫化橡胶密封圈的适用温度范
GIS 设备用 O 形密封圈的密封性能是依靠橡 围较大。硫化橡胶在其玻璃化转变区间的某一温度
胶良好的回弹性, 并配合法兰的压力, 长期保持压缩 将会发生脆变, 则该温度为其低温极限温度。
状态, 借助其变形产生的弹性回复力使其充填在密 GIS设备用 O 型密封圈在高寒环境下工作时, 其

封槽中而起到密封作用的 [ 1 ] 。 密封圈高压侧承受 0.3~0.8 MPa的 SF 6 气体压力,
GIS 设备多选用以硫化橡胶为基体的 O 型密 低压侧承受大气压力, 户外环境下还要承受酸、 碱性

封圈, 硫化橡胶只有玻璃态和高弹态, 无粘流态, 温 气体及水分的浸渍, 但其使用寿命要求达到30a ( 年)
度太高时会裂解, 温度太低时会丧失高弹性 [ 2 ] 。因 以上。常用耐低温硫化橡胶的主要参数见表1 [ 3-4 ] 。
表 1 常用耐低温硫化橡胶的主要特性

Tab 1 Maincharacteristicsofcommonlowtem p eratureresistantvulcanizedrubber
橡胶名称 工作温度 / ℃ 优点 缺点 大概寿命 / a
天然橡胶( NR ) -60~100 高弹性、 高强度; 耐酸、 碱 耐热、 氧、 天候老化性差; 不耐油 2~3
顺丁橡胶( BR ) -70~100 高弹性、 低强度; 耐酸、 碱 耐热、 氧、 天候老化性差; 不耐油 2~3
硅橡胶( HTV ) -70~250 耐热、 氧、 老化性极佳; 耐高温 强度低, 压变大, 撕裂性能差; 不耐油, 不耐 SF 6 气体 30
三元乙丙橡胶( EPDM ) -50~150 耐天候老化、 热、 氧极佳 不耐油 >30
丁腈橡胶( NBR ) -50~130 耐油、 强度高; 耐热、 天候老化较好 不耐氧、 臭氧 8~10

由表 1 可知, 天然橡胶、 顺丁橡胶、 硅橡胶、 乙丙 ( 2 )脆性温度

橡胶、 丁腈橡胶均具有较好的耐低温性能, 但天然橡 为满足 GIS 设备在高寒地区 -40 ℃ 下的运行

等 需求, 密封圈材料的脆性温度宜低于 -45 ℃ 。
胶、 顺丁橡胶耐天候老化性差, 硅橡胶不耐 SF 6

卤素气体, 丁腈橡胶不耐氧、 臭氧, 对高海拔地区现 ( 3 )压缩永久变形

场运行非常不利。因此, 高寒环境下宜选用三元乙 为保证密封圈的密封性能, 100 ℃ 时的压缩永

丙橡胶作为 GIS 设备密封圈的基材, 在橡胶加工过 久变形控制在25% 以下; 在 -40℃ 时的压缩永久变
程中, 优选硫化体系和补强体系, 改善橡胶的耐低温 形控制在 30% 以下。对三元乙丙橡胶进行改性, 以
性能和力学性能。 达到该压缩永久变形要求。改性后的三元乙丙橡胶
三元乙丙橡胶是乙烯、 丙烯和少量的非共轭二 ( EPDM-70 ) 密封圈材料性能见表 2 , 可见其完全满
烯烃的共聚物, 因其主链是由化学稳定的饱和烃组 足使用要求。
表 2 EPDM-70 密封圈材料的性能
成, 只在侧链中含有不饱和双键, 故其耐臭氧、 耐热、

Tab 2 Pro p ertiesofEPDM-70sealin g rin gmaterial
气体, 工作
耐天候等耐老化性能优异, 同时耐 SF 6
试验项目 试验结果

温度为 -50~130 ℃ , 能满足 GIS 设备在高寒环境
硬度 / HA 70
下稳定运行的需求。
拉伸强度 / MPa 14.0
影响 GIS 设备密封圈耐寒性能的关键 要素有
拉断伸长率 / % 225
以下几个 [ 5 ] 。 100% 定伸强度 / MPa 5.07

( 1 )硬度 撕裂强度 / MPa 21
适中 的 硬 度 是 保 证 密 封 圈 良 好 密 封 性 的 基 回弹率 / % 59

础 [ 6-7 ] 电器属较低气压( 仅 0.3~0.8 MPa ) 的
( 100 ℃×70h ) 11
。 SF 6
产品, 而且对其泄漏率控制较严, 因此要求橡胶的硬 压缩永久变形 / % ( -25 ℃×5h ) 23

( 压缩率 25% )

度适中, 使密封圈与密封面之间保持较好的弥合性。 ( -44 ℃×5h ) 21
硬度太低 会 降 低 接 触 压 力, 硬 度 太 高 则 影 响 密 封
硬度变化 / HA 0
效果。
热空气老化试验 拉伸强度变化率 / % -2.86

三元乙丙橡胶 O 型密封圈在低温( -40 ℃ ) 下
100 ℃×70h 拉断伸长率变化率 / % -3.11

的邵尔硬度为 65~75HA , 低温环境下具有稳定的 弯曲 180° 无裂纹

硬度, 可以降低 GIS 设备的泄漏率。 低温弯曲试验( -45 ℃×5h ) 无折断
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