摘要：本文主要介紹了氣瓶閥門閥芯常用密封材料的性能、密封材料的選擇原則及實驗評估方法。

氣瓶閥門閥芯的密封件是閥門最關鍵的零件，尤其是材料的選擇更為重要。現階段，最常用的氣瓶閥門閥芯的密封材料有聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、尼龍66等材料。這三種密封材料，性能各有優劣，應根據介質特征和使用環境不同來進行選擇。

一、常用密封材料的性能

聚四氟乙烯(F4，PTFE)具有一系列優良的使用性能：適用溫度范圍廣，在-196～260℃的較廣溫度范圍內均保持優良的力學性能；耐腐蝕性能強，除熔融的堿金屬外，聚四氟乙烯幾乎不受任何化學試劑腐蝕，例如在濃硫酸、硝酸、鹽酸，甚至在王水中煮沸，其重量及性能均無變化，也幾乎不溶于所有的溶劑；耐候性能好，不吸潮，不燃，對氧、紫外線均極穩定；潤滑性能好，具有塑料中最小的摩擦系數（0.04）；阻燃性能好，適合于氧化性強的氣體介質。不過，該材料機械性質較軟，表面能非常低；同時該材料在高溫下會裂解產生劇毒的副產物氟光氣和全氟異丁烯等。

聚三氟氯乙烯（PCTFE）同樣具有優良的使用性能，與PTFE相比機械性能和表面能大大的提高；耐低溫的性能更好，能適用于超低溫氣體介質；耐化學性能稍遜于PTFE，但仍優于其他塑料；耐高溫性能不如PTFE，在100℃以上會出現軟化的現象，在高溫下（140℃）遇氯磺酸、熔融苛性堿、新生元素氟以及發煙硫酸都是不穩定的，高溫高壓下能被四氯化碳、己烷、環己酮及苯類芳香族溶劑溶解。

尼龍66（PA66）機械強度高，韌性好；自潤性、耐摩擦性好；具有很好的自潤性，摩擦系數小；彈性好，耐疲勞性好，可經得住數萬次的雙撓曲；耐腐蝕性能佳，有較強的耐堿能力。不過該材料不具有阻燃性，會產生燃燒；且吸水率較高。目前市場上有各種阻燃尼龍材料，作為閥芯的密封材料以杜邦的V0級阻燃尼龍為佳。

二、常用密封材料的選擇原則

氣瓶閥門廣泛應用于氧化性、酸性、堿性、溶解性、易燃性等各種性能的介質，閥芯密封件在閥的啟閉過程要承受較大擠壓力，聚三氟氯乙烯材料因具有較高的機械強度、良好的阻燃性能、較強的耐腐蝕性能，綜合性能優良，可普遍地應用于常溫環境下的工業氣瓶閥門。氟四氟乙烯材料因機械強度相對較低，適用于環境溫度較高、口徑較小、壓力較低、具有氧化性介質的閥門。尼龍66各項性能較好，也可廣泛應用于多個種類氣瓶閥門，但因其不具阻燃性，不能應用于具有氧化性介質的閥門 。下面列出一些特殊環境和用途的閥門閥芯密封材料的選擇建議：

1、液氧、液氮、液化CNG等低溫液化氣體因溫度會達到-196℃，采用低溫性能較好的聚三氟氯乙烯比較合適；

2、因氟材料在高溫下會裂解產生有毒氣體，聚三氟氯乙烯和聚四氟乙烯材料的密封件不建議應用于醫用、呼吸用氣體閥門，目前歐洲的相關法規已明確規定氟材料不得應用于醫用、呼吸用氣體閥門。

3、醫用氧氣具有氧化性，沒有阻燃性能的密封材料在氣體高速流動的摩擦下可能會發生激燃。因聚三氟氯乙烯和聚四氟乙烯材料不能應用于醫用、呼吸用氣體閥門，具有V0級阻燃性能的杜邦尼龍66通過多年的實際應用是一個相對理想的選擇。

4、對于一些在使用環節中要承受短時間高溫（100℃以上）的閥門（如高純氣體氣瓶為了保證瓶內的純凈，在充氣前要加熱到100℃烘瓶及進行10小時的抽真空），不建議采用聚三氟氯乙烯材料，因該材料在100℃會出現軟化，機械強度大大下降。

5、因尼龍66材料的吸水率較高，應用于含水較高及溫差較大的環境，可能出現閥門密封件脫落的現象。如必須采用該材料，則應通過改進密封件的固定方式來降低脫落的可能性。

6、有些氣體在開采、制造過程中會混有其他物質，在選擇密封材料時應分析現有市場中氣體的實際現狀，綜合判斷該材料是否適合相應的氣體介質。

三、密封材料的實驗評估方法

密封材料在應用于新的介質之前，為了驗證該材料是否適合該介質，應進行適當的評估實驗。

1、介質相容性試驗

每次取3只樣品，進行體積變化試驗。首先，在室溫條件下將其放在小直徑線環上，用萬分之一的天平分別稱取樣品的空氣中質量（M₁）；然后，將樣品在無水乙醇中浸沒一次，取出放入蒸餾水中，分別稱取其在水中的質量（M₂）。將樣品擦干后，浸入25℃±3℃的正戊烷（分析純）液體中保持72h，將樣品逐個從液體中取出，每取出一只試樣，在30s內立即擦干，并放在同一線環上稱取其空氣中質量（M₃）；隨后，立刻將其在無水乙醇中浸沒一次，然后放入蒸餾水中，稱取其水中質量（M₄）。體積變化率計算見公式（1）：

取3個試樣的平均值作為試驗的結果，體積變化率應不大于20%。

與體積變化試驗采用同一組試樣同時進行試驗。在完成體積變化試驗后，將樣品置于40℃±3℃的空氣中至少保持48h，然后在室溫條件下直至質量恒定，記錄最終稱量值(M₂′)。質量變化率按公式（2）進行計算：

質量變化率 = …………………（2）

取3個試樣的平均值作為試驗結果，質量損失率應不大于5%。

2、氧氣激燃試驗

用于氧氣介質的閥門密封材料可通過氧氣激燃試驗來驗證，氧氣壓力激燃試驗按以下步驟：

a）試驗前應檢查氧氣激燃試驗裝置的升壓情況，在裝置中各部件的相互作用情況以及試驗儀表情況，符合試驗裝置的壓力循環特性如圖7和圖8所示后，將閥裝到試驗裝置上。

b）試驗介質為純度大于等于99.5%的氧氣，其碳氫化合物符合GB/T 3863，試驗壓力為閥的公稱工作壓力，氧氣加溫至60℃±3℃。

c）60℃±3℃的氧氣通過啟動快速開啟閥（20ms），經過內徑為5mm，長1000mm的銅管直接進入被試驗的閥。這個試驗閥要承受從大氣壓力到閥的公稱工作壓力的20次壓力循環（閥關閉和打開各20次，開啟時進氣口要封住）。試驗結束后，把試樣閥拆開并仔細檢查，包括內部各零件，無點燃、無灼焦的痕跡。

1—— 閥的進氣口；

2——預熱裝置；

3——溫度控制器；

4——壓力表；

5—— 溫度計；

6—— 氧氣容器；

7—— 觸動器；

8—— 快速開關閥；

9—— 降壓閥；

10—— 銅管（內徑5mm）；

11—— 試樣閥；

3、氧氣老化試驗

將非金屬零件放入密封容器內，抽真空至13.3 Pa以下，然后充入氧氣（純度≥99.5%）壓力至（1.8～1.9）MPa，放入溫度為70℃±2℃的高溫箱內，當容器內的溫度平穩后，調節容器的壓力至2MPa，然后連續放置96h；取出后冷卻至常溫，在25倍的放大鏡下檢查應無裂紋。

4、還應進行相應閥門標準規定性能試驗，如強度試驗、密封試驗、壽命試驗、腐蝕試驗等。

綜上所述，氣瓶閥門閥芯密封材料關系到閥門密封性能、用戶使用安全，其選擇應充分考慮介質的特性、使用場合、環境溫度等因素，并應進行大量的實驗論證。