金屬纏繞墊片已廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、發(fā)電、核能和航空航天等領(lǐng)域,是目前使用率高的墊片,它是由一定幾何截面的成型金屬帶和非金屬填充材料交替而成的一種復(fù)合墊片,其特點是金屬與非金屬之間相互配合，具有一定的強度、剛度、多道密封和自緊作用,對于法蘭面的缺陷不太敏感,有利于吸收壓力、溫度變化和機械振動的影響,是法蘭連接系統(tǒng)中的重要密封元件。目前，國內(nèi)已有幾百家纏繞墊片生產(chǎn)廠，由于生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)技術(shù)等多方面不盡相同，致使纏繞墊片性能千差萬別。1996年，原化工部靜密封檢測中心受原化工部委托進行墊片普查，對近百家生產(chǎn)的纏繞墊片進行抽樣檢查，結(jié)果沒有一家產(chǎn)品在性能及外觀質(zhì)量上均達到國標要求。合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計并選取工藝參數(shù)，對獲得高質(zhì)量、高性能的纏繞墊片有著重要的作用。

我們曾對金屬纏繞墊片的密封性能進行了研究，該文將研究其壓縮-回彈性能。墊片基本結(jié)構(gòu)和金屬鋼帶結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面。

1　試驗方案

針對尺寸不同的3種V型鋼帶，選擇纏繞時的鋼帶拉緊力和壓緊力作為制造工藝參數(shù)。為了尋求壓縮-回彈性能的參數(shù)，以GB 4622.3－93中的性能指標和技術(shù)要求為依據(jù)，經(jīng)大量試驗后，確定出帶內(nèi)外環(huán)的DN80,PN5.0金屬石墨纏繞墊片的拉緊力為12～18 N，纏繞壓緊力（直徑為40　mm的活塞力)為0.2～0.3 MPa，由此確定3水平3因子優(yōu)化試驗方案。A 鋼帶角度/(°)　　A1-111.60　A2-95.85 A3-80.90

B 鋼帶拉緊力/N　　B1-12.0　　B2-15.0 B3-18.0

C 纏繞壓緊力/MPa　C1-0.20　C2-0.25 C3-0.30

2　性能試驗

2.1　試驗條件

試驗墊片為DN80,PN5.0內(nèi)外環(huán)不銹鋼柔性石墨纏繞墊片、特制石棉纏繞墊片及聚四氟乙烯(PTFE)纏繞墊片。優(yōu)化試驗墊片采用柔性石墨纏繞墊片。試驗溫度為常溫，預(yù)緊應(yīng)力70　MPa，介質(zhì)壓力5.50　MPa，試驗裝置為利用狀態(tài)方程法測試墊片性能的全自動墊片綜合性能試驗臺。試驗法蘭為剛性法蘭。墊片符合GB　4622.3－93規(guī)定。

2.2　優(yōu)化試驗

采用9組優(yōu)化試驗，試驗獲得壓縮-回彈性能參數(shù)組合為A1B2C3(所謂即壓縮率滿足18％～30％，回彈率大)，其壓縮率在20％左右，回彈率接近30％(國標要求大于17％為合格)，泄漏率達到國標級，即泄漏率小于10-5 cm3/s。A2B2C3組合下泄漏率低，且回彈率略高于A1B2C3組合，但壓縮率僅在15%左右。A3結(jié)構(gòu)下的墊片在相應(yīng)條件下均有較大的屈服，性能一般。另外，經(jīng)過數(shù)理統(tǒng)計分析，參數(shù)A、C對壓縮-回彈性能和密封性能均有顯著影響。

3　試驗結(jié)果

3.1　性能曲線

將石墨纏繞墊片的優(yōu)化結(jié)果運用到其它2種墊片中,圖1所示為A1B2C3曲線,由于石棉纏繞墊片在此條件下壓縮率剛剛滿足國標要求(國標要求的壓縮率指標為18%～30%)。為此，將工藝參數(shù)C3降至C2，實驗結(jié)果見圖2。由于石墨纏繞墊片泄漏率參數(shù)組合A2B2C3下的壓縮率較低，故將此組合下的C3降至C2，曲線見圖3。為了研究A3結(jié)構(gòu)下的性能，選用A3B2C2的結(jié)果，

3.2　分析討論

(1)由圖1可看出，A1B2C3組合下的纏繞墊片性能好，而石棉墊片壓縮率偏低，這是因為柔性石墨帶的密度較小，強度高，具有良好的柔軟性和回彈性，綜合性能優(yōu)良。而石棉帶則含有結(jié)晶水，在一定的制造工藝條件下容易被壓實，使得墊片剛性增大，致使在相同預(yù)緊載荷下，壓縮率較低，但石棉的回彈性較好。

(2)由于纏繞墊片的強度、剛度與工藝參數(shù)密切相關(guān)，故降低圖1曲線中的纏繞壓緊力，即組合A1B2C2。圖2曲線表明，降低纏繞壓緊力后，壓縮率提高，回彈率下降。PTFE纏繞墊片的回彈率低于其他2種，原因在于PTFE材料受壓后易冷流，受熱易蠕變，具有優(yōu)良的密封性能和耐蝕能力，但自身回彈能力較差。由于石棉的自身特點，隨工藝參數(shù)的改變，壓縮-回彈性能波動較大，在圖2條件下，石棉纏繞墊片與石墨纏繞墊片的壓縮率相差不多，而回彈率相差較大。

(3)在A2B2C2條件下柔性石墨纏繞墊片產(chǎn)生了明顯的屈服平臺，大量實驗均證明，屈服限為60～70　MPa，見圖3。而在A2B2C3條件下并無此現(xiàn)象，主要是隨工藝參數(shù)的提高，墊片強度提高的緣故。在這一組合下，PTFE纏繞墊片不達標。試驗證明，這一V型結(jié)構(gòu)與PTFE交替纏繞，無論怎樣改變工藝參數(shù),性能均不好。石棉纏繞墊片的壓縮率偏低，可以適當(dāng)降低參數(shù)C，但回彈率有所下降。當(dāng)將C2降至C1時，石棉纏繞墊片的壓縮率和回彈率均達標，但不高。

(4)從圖4曲線可以看出，石墨纏繞墊片發(fā)生了明顯的屈服平臺，其屈服極限為50～60 MPa，試驗再次證明，隨著鋼帶V型角度的減小，石墨纏繞墊片產(chǎn)生屈服的可能性增大，屈服極限值亦降低。另外，多次試驗證明，在這一條件下，即使組合的工藝參數(shù)，石棉纏繞墊片的壓縮回彈性能也沒有多大改善，而PTFE纏繞墊片的效果較好。