RTMF吸容性納米密封填料在聚四氟乙烯基材料用于填料密封、機械密封上的應用研究方面取得了突破，制備得到納米級多層結構的吸容性密封材料。

密封產品對壓縮、輸送和反應等關鍵裝備的動密封件要求十分苛刻。動密封件尺寸雖小，卻包含著設備核心技術，直接影響著生產的安全性和經濟性，對于成套設備的長周期穩(wěn)定運行至關重要，甚至關系到國家的裝備水平。

盤根的密封原理主要取決于迷宮效應和軸承效應；所謂迷宮效應為：軸在微觀下表面非常的不平整，與盤根只能部分貼合，而部分未接觸，所以在盤根和軸之間有著微小的間隙，像迷宮一樣，帶壓介質在間隙中多次被節(jié)流，從而達到密封的作用；所謂軸承效應為：在盤根填料和軸之間會存在著一層薄薄液膜，使盤根填料和軸類似于滑動軸承，起到了一定的潤滑作用，從而避免了盤根和軸的過度磨損。但由于受密封介質的溫度、壓力、設備的線速度、表面粗糙度、同軸度和徑跳等因素的影響，對盤根材料的特性有以下要求：彈塑性好、化學穩(wěn)定性高、不滲透性強、自潤滑性好等，同時還需拆裝方便、制造簡單，價格低廉；而上述特性直接影響著盤根填料的密封性能和使用壽命，能完全符合上述所有性能的材料很少，所以為獲得優(yōu)質的密封材料和提高密封性能，其常用的方法主要有：改進盤根填料的形式和改進盤根填料的材料成份兩種。而傳統(tǒng)的盤根是纖維編織結構，為減少滲漏量，需使盤根與軸產生摩擦；所以，傳統(tǒng)盤根存在泄漏嚴重，對軸磨損大、能耗大、維護頻繁等明顯缺陷。另外傳統(tǒng)密封填料是靠盤根和軸的壓緊力來實現密封的，為避免對軸的磨損，必須留有滲漏通道，故密封效果差。

同時傳統(tǒng)密封填料還存在如下缺陷：

1、傳統(tǒng)密封填料會把軸套磨出一道道溝痕，需要定期更換軸套；

2、傳統(tǒng)密封填料不能容納雜質，雜質進入密封部件后，會對軸造成磨損。

密封件長壽命需求是一個國際性難題，而聚四氟乙烯聚合物基復合材料以質輕、耐腐蝕、可設計性等優(yōu)良性能正在逐漸取代金屬材料，成為當今化工、機械領域比較理想的無油潤滑密封材料。

聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethylene，PTFE）是當今世界上耐腐蝕性能最佳材料之一，它能在任何種類化學介質長期使用，在航空、航天、電子以及其他高科技領域都得到了廣泛的應用。它的產生解決了我國化工、石油、制藥等領域的許多問題。PTFE其分子結構式為如下：

它是完全對稱而且無支鏈的線型高分子，分子不具有極性。

PTFE的優(yōu)異的性能是其分子結構所決定的，與聚乙烯分子結構相比較，就可以看出PTFE分子所具有的特點。

PTFE的分子是碳氟兩種元素以共價鍵相結合，而聚乙烯則是由碳氫兩種元素相結合。PTFE中，氟原子取代了聚乙烯中的氫原子，由于氟原子半徑(O.064nm)明顯大于氫原子半徑(0.028nm)，使得PTFE中未成鍵原子間的范德華力大于聚乙烯，有較大的排斥力，這就引起碳-碳鏈由聚乙烯的平面的、充分伸展的曲折構象漸漸扭轉到PTFE的螺旋構象(如圖1．1)。該螺旋構象正好包圍在PTFE易受化學侵襲的碳鏈骨架外形成了一個緊密的完全“氟代”的保護層，這使聚合物的主鏈不受外界任何試劑的侵襲，使PTFE具有其它材料無法比擬的耐溶劑性、化學穩(wěn)定性以及低的內聚能密度；同時，碳-氟鍵極牢固，其鍵能達460.2kJ/mol，遠比碳-氫鍵(410kJ/mol)和碳-碳鍵(372kJ/mol)高的多，由于分子的化學鍵能越高，其分子越穩(wěn)定，這使PTFE具有較好的熱穩(wěn)定性和化學惰性；另外氟原子的電負性極大，加之四氟乙烯單體具有完美的對稱性而使PTFE分子間的吸引力和表面能較低，從而使PTFE具有極低的表面摩擦系數和低溫時較好的延展性，但這也導致PTFE的耐蠕變能力較差，容易出現冷流現象：PTFE的無分支對稱主鏈結構也使得它具有高度的結晶性，使PTFE的加工比較困難。

為克服傳統(tǒng)密封材料和PTFE的缺陷，本產品采用通過對PTFE材料制備工藝和材料成型工藝的系統(tǒng)研究，在反復試驗的基礎上，從不同種類、粒度的甲基硅、納米級混合組料與PTFE的篩選，確定了甲基硅、納米級混合組料與PTFE的配比。采用高速混合技術進行混料，解決了常規(guī)混料時樹脂易結塊的實際問題，混出的粉料不僅均勻性好，同時使材料粉體進一步細化，所制備復合材料的拉伸強度與常規(guī)干法混合制備的復合材料相比提高近30％，可達26.5MPa。所研制的新型的吸容性密封材料，運轉時依附在軸上，與旋轉軸間形成動態(tài)液膜，并完全充滿整個填料腔，融合為一個整體，實現穩(wěn)定密封。該密封材料具有密封效果好、維護少、使用壽命長，對軸套磨損小，軸套使用壽命長等特點。

聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene，PTFE)是工程材料的一個重要品種。自1938年美國科學家R．S．Plunkett在研究氟里昂致冷劑時，合成了具有“塑料王”之稱的PTFE以來，含氟聚合物的研制、生產、加工和應用得到了很大發(fā)展，其應用面非常廣泛。它具有優(yōu)異的高低溫性能和化學穩(wěn)定性，極好的電絕緣性、非粘附性、耐候性、不燃性和良好的潤滑性。由于其獨特的性能，目前已被廣泛應用于航空航天、煤化工、石油化工、機械、電子、建筑、輕紡等工業(yè)部門，并日益深入到人們的日常生活中，成為現代科學技術、軍工和民用中解決許多關鍵技術和提高生產技術水平不可或缺的材料。

盡管PTFE復合材料具有許多優(yōu)異的物理化學性能，但也存在一些缺陷，如機械性能較差、線膨脹系數較大、耐蠕變性差、易冷流、特別是抗磨損性差和表面能低、粘接性差等，這些缺陷在一定程度上限制了它的廣泛應用。通過采用添加各種不同的填充劑包括無機物和有機聚合物等對PTFE進行填充改性已被證明是最有效的途徑之一。用甲基硅作為填充劑對PTFE進行填充改性能顯著地提高PTFE的耐磨耗性和密封性能，并且可以滿足機泵、閥門類動力設備對改性PTFE材料耐磨耗、密封性的特殊要求。

PTFE改性材料的研究與生產，美國、英國、俄羅斯和法國等國家已經取得了相當的成功，而在我國，填充物改性PTFE材料的研制與生產還處于起步階段，雖然已經有了一些產品，但在性能上遠遠落后于國外同類產品，而且設備和生產效率低下、成本太高，沒有實現大批量工業(yè)化生產。新材料發(fā)展的落后一直是制約我國先進加工技術發(fā)展的瓶頸。

RTMF納米密封填料本項目主要針對機泵、閥門類動力設備對密封材料的特殊性能要求，通過添加甲基硅、納米級混合組料對PTFE進行填充改性，研制出新型高分子納米復合密封材料。

掌握的關鍵技術

（1）通過在材料表面引入界面層來抑制超細材料團聚及與聚合物表面能不匹配所引起的高磨損，實現對聚合物基復合材料摩擦學性能的綜合優(yōu)化，進一步改善PTFE的力學性能，大幅提高PTFE耐磨性，改善復合材料磨損面形貌，增強轉移膜與對偶面的粘結力，使對偶面上形成平整致密的轉移膜。

（2）利用自組裝單分子膜對納米級混合組料表面進行自組裝改性，解決超細材料在聚合物復合材料中的分散性、相容性問題。

（3）利用氟碳表面活性劑、偶聯(lián)劑等改性劑對納米氧化鑭表面能進行調控，優(yōu)化密封新材料及其制備方法。

取得的技術成果：

A、將納米PTFE與密封液膜潤滑技術成功結合起來，利用黃金分割序列（01618n）和組分體積分數的關系優(yōu)化最佳的纖維組與材料組的匹配比例，得到優(yōu)化的密封材料配方。利用這種材料配方生產的產品具有微觀連續(xù)的光滑表面，這種表面具有極低的表面摩擦系數，在水的作用下，動態(tài)形成了與旋轉軸相配合的表面，在配合表面之間，存在著連續(xù)的液膜，這種液膜可起到優(yōu)良的潤滑和密封作用。

B、采用熱壓燒結工藝，制備了兼具優(yōu)異力學和摩擦學性能的納米級PTFE復合密封材料。材料具有晶內、晶界和納米-納米型的復合結構，其斷裂韌性高達26.5MPa·m1/2，高溫摩擦時生成的潤滑性液膜使材料具有較低的摩擦系數。

C、采用高速混合技術進行混料，省去了常規(guī)干法的冷凍處理工藝過程，解決了常規(guī)混料時樹脂易結塊的實際問題，混出的粉料不僅均勻性好，同時使材料粉體進一步細化，所制備復合材料的拉伸強度與常規(guī)干法混合制備的復合材料相比提高近30％。

 

 

 

一、   納米填料產品性能介紹

1、         納米填料的密封原理

RTMF吸容性納米密封填料不同于其它編織結構的密封材料，是一種可塑吸容性材料，其表面光滑，在水壓的作用下，和水泵軸套間形成動態(tài)密封液膜，其液膜不但具有良好的密封作用，而且使密封填料和軸套間不直接接觸，極大地減少了填料和軸套間的摩擦阻力。根據國家密封產品質量監(jiān)督檢驗中心對納米填料的測試：其摩擦系數為0.197，而傳統(tǒng)編織盤根的摩擦系數為0.466。納米填料把機械密封的液膜密封原理應用到填料密封上來，被行業(yè)專家譽為“密封技術的革命”。

2、         納米填料的特殊結構

要保證密封的可靠性和降低水泵使用中的功率損耗，不但要使密封填料表面光滑，而且需具有良好的彈塑性。納米填料在生產過程中引進國外先進設備及生產工藝，使納米顆粒形成納米膜（共計2000余層）。再通過后續(xù)的特殊加工工藝，使各層納米膜間形成交織狀的波浪形。使產品在外力作用下，不但強度好，而且彈塑性好。產品獲得了國家發(fā)明專利(專利號：ZL 2010 1 0214114.8,專利名稱：一種吸容性密封填料及其制備方法）。

3、         它具有以下特點：

普通盤根是靠和軸套間的壓緊力來實現密封的；而RTMF填料和水泵軸套間有液膜，能大大地降低和水泵軸套間的摩擦力，可有效節(jié)能約6~8%左右。

普通盤根必須留有滲漏通道；而RTMF填料表面光滑，密封效果好，水泵輸送介質滲漏損失少，可起到減排的作用。

RTMF填料和軸套間有液膜，它們之間不直接接觸，對軸套的磨損量極少，提高了水泵軸套的使用壽命，一般2年內無須更換軸套，減少了拆泵更換軸套的頻率，降低了工人的維護強度。另外，RTMF填料的使用壽命遠遠高于普通盤根，減少了盤根更換頻率，提高了工作效率。

RTMF填料表面光滑，在使用過程中，和水泵軸套間形成密封液膜，在起到良好的密封作用的情況下，使填料和軸套間通過水進行潤滑。

RTMF填料是一種由近2000層左右納米膜復合加工而成的一種膠泥狀可塑填料，水泵在運行狀態(tài)下，介質中的顆粒雜質被密封填料吸納，既不破壞密封效果，也不劃傷水泵軸套。

4、         納米填料的節(jié)能機理：

傳統(tǒng)編織盤根表面有較多的編織紋路，這種紋路能儲存水，起到了冷卻和潤滑作用，但它降低密封效果，造成介質滲漏。為了降低介質滲漏，必須使盤根緊壓在水泵軸上，增加了水泵的運行阻力。

傳統(tǒng)編織盤根緊壓在水泵軸上后，使水泵軸和盤根不斷產生磨損損耗，密封效果逐漸下降，降低了水泵的排水效率。

納米填料表面光滑，是靠填料和水泵軸間產生液膜實現密封，和軸套間幾乎無摩擦，不增加水泵的運行阻力。

納米填料密封效果穩(wěn)定，水泵能穩(wěn)定地在高效率狀態(tài)下運行。提高了水泵的排水效率。

因此，RTMF填料不增加水泵的運行阻力，并使水泵穩(wěn)定地在高效率狀態(tài)下運行，因而起到了節(jié)能的效果。

5、         納米填料的長壽命機理：

傳統(tǒng)編織盤根必須壓緊在軸套上實現密封，軸套和盤根均發(fā)生磨損，降低了盤根的使用壽命。

傳統(tǒng)編織盤根和軸套發(fā)生摩擦后產生熱量使盤根燒損和分解，使用一段時間后盤根發(fā)生粉化等現象，降低了盤根的使用壽命。

由于傳統(tǒng)編織盤根具有編織紋路，介質中的雜質顆粒通過編織紋路進入盤根和水泵軸套間，使盤根和軸套產生磨損，降低了盤根的使用壽命。

納米填料是和水泵軸套間產生液膜來進行密封，納米填料不會被磨損，保證了填料的使用壽命。

納米填料的原料以進口為主，其生產工藝獨特，結構緊密，不會產生粉化等影響填料壽命的因素。

納米填料密封表面光滑，和軸套間產生液膜的間隙只有0.0006~0.006µm，一般介質顆粒不會進入密封面損壞密封，如果偶有細小的介質顆粒進入密封面，由于納米填料是一種膠泥狀的材質，顆粒在軸套和液膜的作用下被壓入填料中，重新形成可靠的密封面，不會破壞水泵密封，只有到顆粒把填料填滿后填料才失效。

因此，RTMF填料具有較長的使用壽命。

二、   納米密封填料的適用場合

1、          納米密封填料對介質的要求

使用溫度：-40℃～120℃；

介質范圍：非油、非強酸和強堿、非化學介質；

對介質中雜質顆粒無要求。

2、          納米密封填料對水泵的要求

1）、水泵軸套表面光滑，無溝痕、劃傷、毛刺等缺陷。

2）、水泵軸不得偏心，不得有較大的軸向竄動和徑向跳動。

3）、水泵轉速基本平穩(wěn)，不能有很頻繁的變頻。

4）、測量水泵密封腔的徑向間隙，根據密封腔的間隙需選擇合適規(guī)格的密封填料。

3、          常用型號及尺寸規(guī)格：

填料規(guī)格參數

                               尺寸系列及其偏差                      單位為毫米

4、          技術指標：

      物理、力學性能