球阀用非金属密封材料——碳素密封材料（碳石墨和柔性石墨、碳素纤维、对位聚苯）

（1）碳石墨和柔性石墨

石墨具有优良的耐腐蚀性能，除强氧化性介质如王水、硝酸、浓度为60%以上的铬酸、重铬酸挥、高锰酸钾等外，能耐任何浓度的酸、碱、盐以及一切有机化合物的腐蚀。

石墨具有特别好的自润滑性能，摩擦系数相当低——与金属摩擦时为O.04～0.05。它还具有很高的导热系数[ l16～128W/（m·℃）]、较低的线膨胀系数（2～3×10^-6 1/℃）和较好的耐热及耐温度急剧变化的性能，在还原性气氛中使用温度范围为-200～+1000℃。石墨材料的机械加工性能良好，能进行各种机械加工。

目前，石墨有三种形态，一种是烧结硬质材料——碳素石墨，其特点是硬、脆；第二种是石墨化材料，它的特点是质软、自润滑性能好。这两种石墨材料的共同缺点是气孔率大，强度低，因此，在球阀上不常用。第三种是柔性石墨，它具有下列特点：

①优良的柔性

在无粘结剂和填充剂的条件下，用模压和连续碾压法加工成型后，在其厚度方向上尚有10%～15%的弹性，用作密封材料时，与其对应零件具有良好的接触性，因此，能以较低的压紧力达到密封；

②耐热、耐腐蚀、耐辐照

柔性石墨能承受从-200℃的低温至3650℃的超高温，在此温度范围内，其物理力学性能没有什么变化。

柔性石墨物理力学性能、耐化学腐蚀性能，以及耐辐照性能分别列于表3-23、表3-24及表3-25；

③各向异性

一般在平面方向（与成型压力平行的方向）的热传导率为厚度方向（与成型压力垂直的方向）的28倍，热膨胀为30倍、导电率高达500倍。设计球阀密封件时，应注意合理地利用这些特性。

④优良自润滑性能和不渗透性能

与天然石墨一样，晶体间的结合力小，在外力作用下层间容易滑动，因此具有优良自润滑性能。

柔性石墨粒子可以压制成各种密封件，如密封带、填料和垫片，用作阀门的填料函及法兰垫片。也可用作球阀阀座材料，但因它极柔软，在结构设计时，应将其置于弹性材料制成的框槽内，以免受力时崩塌损坏。

（2）碳素纤维

是用有机纤维，如尼龙丝、聚丙烯腈纤维等，在不加张力的情况下，于惰性气体、（氮、氢）或真空中经预氧化后烧结而成。它的优点是：

①强度高、重量轻，弹性模数大；

②耐腐蚀：能耐除强酸、热浓碱以及强氧化剂以外的各种化学介质，特别适用于醋酸介质；

③使用温度范围广：可在介质温度为-250～+650℃下连续工作；

④热膨胀系数小：仅为F-4的1/10，因此，在温度急剧变化的情况下，能保持结构尺寸稳定；

⑤耐辐照：可在2.58×10⁴C/kg下正常工作，这正是F-4所不及的。

此外，碳素纤维还有一定的自润滑性能。但它不能单独用作密封材料，而只能作为传递负荷的一种媒介；由于碳素纤维具有高强度、高弹性模数的特性，将其加入各种塑料或金属基体内，可以增加密封件的承载能力。

YBF成型填料即是用聚丙烯腈纤维，经F-4乳液浸渍，预氧化后在模具中烧结压制而成。YBF填料中碳素纤维与F-4的体积比为1.2：1，重量比为3：1。也可用YBF材料制造球阀阀座。YBF材料与F-4及其填充F-4的主要物理力学性能比较列予表3-26。

（3）对位聚苯

聚苯于1963年在美国首次合成成功，随后英、法、德、日也相继进行了研究，并将其应用于工业生产。我国青岛化纤材料厂与有关单位合作也己研制成功，并在阀门行业得到了应用，特别在耐高温球阀上的应用，引起了人们的关注。

对位聚苯是一种新型的高分子材料，具有许多优异的性能：

①耐高温性能

在高温炉中灼烧聚苯粉末，于530℃才开始分解，无熔点；在450℃下长期加热灼烧，微有失重现象，它是一种可在400℃以下长期使用的工程塑料；

②耐化学腐蚀及抗溶剂性能

耐硫酸、氢氟酸等强酸强碱的腐蚀，迄今为止，世界上尚未有一种能使聚苯溶解的溶剂；

③自润滑性能

具有良好的自润滑性能，优于二硫化钼和石墨，以及填充的聚四氟乙烯制品；

④耐辐射

在钴源（Co60）照射下，可接受9×10⁴Gy而性能不变。

模压的对位聚苯的物理力学性能列于表3-27中。

上述非金属密封材料的适用范围，都是指在单一参数，即在没有流体压力或压紧力等作用情况下的指标。然而在实际使用中，往往是多种参数同时存在。因此，在实际产品中，其温度适用范围往往低于上述各种材料的物理力学性能表中所列数值，如F-4，表3-4为+250℃，但对于球阀产品仅适用于+200℃以下，一般推荐适用温度为+150℃。

应当指出，各种材料的使用温度与工作压力是密切相关的，即温度越高，其使用压力越低，反之亦然。图3-68所示为球阀用的几种密封材料的使用温度和压力范围，供设计参考。