一種橡膠密封圈耐二甲醚滲透擴散實驗裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種橡膠密封圈耐二甲醚滲透擴散實驗裝置，該裝置可用于測定二甲醚在橡膠密封圈中的擴散系數(shù)以及一定時間內(nèi)氣、液態(tài)二甲醚通過橡膠密封圈的滲透泄漏率。包括殼體和密封端蓋兩個主要部分，殼體上布置有燃料充、放接口；端蓋上布置內(nèi)外兩處端面密封，內(nèi)側(cè)密封件為橡膠密封圈，外側(cè)密封件為聚四氟乙烯密封圈，裝置在只安裝內(nèi)側(cè)橡膠密封圈時用來測試氣、液態(tài)二甲醚通過此橡膠密封圈的滲透泄漏率，在只安裝聚四氟乙烯密封圈時殼體內(nèi)放置橡膠密封圈試樣，測試二甲醚在試樣中的擴散系數(shù)；綜合擴散系數(shù)和滲透泄漏率測試結(jié)果，可以全面評價橡膠密封圈耐二甲醚燃料滲透擴散性能。
【專利說明】一種橡膠密封圈耐二甲醚滲透擴散實驗裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及新能源領(lǐng)域，具體涉及一種橡膠密封圈耐二甲醚滲透擴散實驗裝 置。

【背景技術(shù)】
[0002] 二甲醚（DME)簡稱甲醚，可從煤、天然氣及生物質(zhì)等原料中規(guī)?；a(chǎn)，是一種來 源廣泛、燃燒高效清潔的新型能源，可用于替代柴油和液化石油氣用作車用燃料和民用燃 氣?？紤]到我國"富煤少油缺氣"的能源結(jié)構(gòu)，發(fā)展煤基二甲醚燃料可以有效緩解當前國內(nèi) 能源供應的緊張局面，同時也將大大降低有害燃燒排放物對環(huán)境的污染，因此近年來備受 關(guān)注。
[0003] 國內(nèi)二甲醚產(chǎn)業(yè)近年來迅速發(fā)展，已有每年千萬噸級的產(chǎn)能積累，目前，影響二甲 醚能源化普及的技術(shù)瓶頸在于密封材料選型問題，二甲醚對常規(guī)橡膠密封材料具有較強腐 蝕性，同時由于其分子鏈長度短，較易通過密封材料內(nèi)部組織滲透擴散，帶來燃料儲存、運 輸以及在車輛上實際應用中的安全隱患。實驗發(fā)現(xiàn)，發(fā)動機供油系統(tǒng)的的橡膠密封圈在接 觸二甲醚一段時間后，出現(xiàn)明顯密封失效現(xiàn)象，嚴重影響到發(fā)動機的工作穩(wěn)定性及可靠性。 同樣，在液化石油氣摻混二甲醚復合燃料的市場供應中，也普遍出現(xiàn)了鋼瓶角閥密封圈腐 蝕問題，2008年初，國家燃氣用具質(zhì)量檢驗中心實驗證實，隨著液化氣中摻混二甲醚比例的 增加，鋼瓶閥門密封圈的外形尺寸變形明顯，密封性能降低，易導致漏氣現(xiàn)象。2010年3月， 由于密封泄漏導致的廣東省二甲醚"封殺"事件更是引起社會各界乃至國家部門的關(guān)注，致 使市場上二甲醚嚴重滯銷，2012年整個行業(yè)的開工率不到30%。為化解產(chǎn)品滯銷與市場潛 在需求旺盛之間的尖銳矛盾，規(guī)范整個二甲醚行業(yè)的發(fā)展秩序，當前急需解決二甲醚密封 橡膠件選型這一瓶頸技術(shù)問題。
[0004] 國內(nèi)外學者就二甲醚對密封橡膠的溶脹腐蝕性問題已開展一定研究，方法上主要 以實驗為主，但擴散滲透方面開展的工作極為有限，日本二甲醚協(xié)會的Nishimoto實驗證 實：二甲醚在不同密封橡膠中的泄漏狀況有所不同，與同為小分子燃料的LPG相比，在同種 常規(guī)密封橡膠中二甲醚的泄漏率遠大于LPG，可見二甲醚的泄漏問題不容忽視。
[0005] 當前國內(nèi)外尚無專用二甲醚密封橡膠材料，實際應用中均針對市面上的現(xiàn)有橡膠 來進行實驗，確定滿足二甲醚密封要求的橡膠件。當前各研究機構(gòu)針對甲醚與橡膠相互作 用的實驗裝置不盡相同，其實驗結(jié)果相互之間缺乏可對比性。國家有關(guān)標準中對于橡膠在 液體中浸泡的實驗裝置主要針對不易揮發(fā)的液體溶劑，對二甲醚這類的高沸點燃料實驗裝 置無具體要求，造成橡膠密封件耐二甲醚選型實驗難以開展。因此，基于現(xiàn)有二甲醚燃料化 應用中的橡膠密封件選型實際問題，考慮到實驗開展的可行性與實驗結(jié)果可對比性，開發(fā) 一種專用于測試橡膠耐二甲醚滲透擴散性能的實驗裝置是迫切需要的。 實用新型內(nèi)容
[0006] 本實用新型的目的在于，提供一種實驗可行性和實驗結(jié)果可對比性高的一種橡膠 密封圈耐二甲醚滲透擴散實驗裝置。
[0007] 為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型實驗裝置采取如下的技術(shù)方案：
[0008] 包括圓柱狀殼體，其一端開口且連接圓盤形的端蓋，形成密封的實驗腔室；
[0009] 所述殼體的圓柱兩側(cè)壁上分別開孔且向外延伸設置第一充放接口和第二充放接 口；第一充放接口連接二甲醚儲存罐，第二充放接口連接二甲醚回收罐，或第一充放接口連 接二甲醚回收罐，第二充放接口連接二甲醚儲存罐；
[0010] 所述端蓋與殼體相連的位置上設置環(huán)形的內(nèi)密封圈槽。
[0011] 所述端蓋上還設置有與內(nèi)密封圈槽同心的外密封圈槽。
[0012] 所述外密封圈槽內(nèi)安裝聚四氟乙烯材料制成的密封圈。
[0013] 所述殼體的開口端為圓環(huán)，其內(nèi)徑與殼體內(nèi)徑相同，外徑大于殼體外徑，且和端蓋 的直徑相同。
[0014] 所述殼體和端蓋通過6個M12C級螺栓連接，所述螺栓均布在圓環(huán)及端蓋上。
[0015] 所述實驗腔室中安裝有活動的側(cè)截面為"井"狀的不銹鋼樣品支架，其中間部分為 圓柱形籠式網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，其底面半徑大于等于30mm，高度大于等于25mm，網(wǎng)格大小為7X7mm; 圓柱兩端包括長度不小于IOmm的支腳架；圓柱側(cè)面包括上下兩個圓環(huán)狀支架，且其上各點 至圓柱的距離不小于5_。
[0016] 所述第一充放接口和端蓋之間的距離小于第二充放接口和端蓋之間的距離。
[0017] 所述第一充放接口和第二充放接口設置在殼體對稱的側(cè)壁上，且第一充放接口和 第二充放接口上設置螺紋，兩個接口和二甲醚儲存罐、二甲醚回收罐之間均設置閥門。
[0018] 所述端蓋與殼體相連的側(cè)面上設置有圓筒形定位裝置，且其外徑等于殼體的內(nèi) 徑。
[0019] 所述殼體和端蓋所用材料為不銹鋼，耐壓極限為5MPa。
[0020] 相對現(xiàn)有技術(shù)來說，本實用新型具有以下有益的技術(shù)效果：
[0021] 本實用新型通過殼體和端蓋形成密封的實驗腔室，并在實驗腔室上開設兩個充放 接口，通過充放接口外接二甲醚儲存罐和二甲醚回收罐來形成實驗測試條件；并且設置了 內(nèi)密封圈槽，可以用來放置密封圈，密封以防止二甲醚泄露，或放置橡膠樣品，測試其耐二 甲醚滲透的性能。本實用新型將實驗裝置端蓋朝下放置在水平面上，通過接口加入液體二 甲醚至實驗腔室，可以在液體二甲醚中直接放置橡膠樣品，在內(nèi)密封圈槽中放置密封圈，完 成橡膠樣品在二甲醚中浸泡的實驗；或者在內(nèi)密封圈槽中放入橡膠樣品，完成橡膠耐液體 二甲醚滲透的實驗；或者內(nèi)密封圈槽中放入橡膠樣品，并將實驗裝置的端蓋朝上放置在水 平面上，完成橡膠耐氣體二甲醚滲透的實驗；分別測試實驗前后的橡膠樣品性能，如體積變 化、拉伸強度、硬度等，從而得出橡膠耐二甲醚的性能。本實用新型實驗裝置可以用于多項 實驗研究，從而可以簡便地測量出二甲醚通過橡膠樣品的泄漏量，并比較出橡膠耐二甲醚 滲透性能的好壞；同時這樣提高了裝置的可利用率。本實用新型采用三元乙丙橡膠、丁腈 橡膠和硅橡膠三種橡膠樣品進行實驗，最終結(jié)果和相似相容原理吻合，所以本實用新型實 驗裝置具有實驗可行性和有效性；本實用新型實驗裝置的結(jié)構(gòu)輕便，而且使用方便，操作簡 單，可以同時使用多個裝置在相同的環(huán)境進行實驗，從而保證了對比實驗有相對相同的實 驗條件，所以實驗結(jié)果可對比性極高，而且可以節(jié)省大量實驗時間。本實用新型可用于測試 橡膠耐二甲醚或二甲醚溶液的性能。
[0022] 進一步，設置外密封圈槽，相對內(nèi)密封圈槽遠離二甲醚，在完成橡膠樣品擴散實驗 時，將密封圈安裝在外密封圈槽中，能夠在密封的同時，更好地保護密封圈。
[0023] 進一步，采用聚四氟乙烯密封圈，能更好地防止二甲醚泄露，其密封效果更好。
[0024] 進一步，采用樣品支架，擴散實驗時，可將橡膠樣品放在樣品支架的籠中，其采用 網(wǎng)格且網(wǎng)格較大，減少了與樣品的接觸面積，接觸面積近似可以認為為〇,從而減小因樣品 與溶液不能夠充分接觸而對實驗結(jié)果造成的影響，使實驗結(jié)果更準確，能夠?qū)崿F(xiàn)樣品與溶 液的充分接觸，可以使樣品與裝置壁面保持實驗所要求的距離，從而使得實驗的效果更加 理想。
[0025] 相對現(xiàn)有技術(shù)來說，進一步，本實用新型的兩個充放接口的高低不同，可以準確控 制二甲醚的添加量，進行多組對比時，可實現(xiàn)統(tǒng)一的二甲醚添加量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026] 圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖1(a)為主視圖，圖1(b)為側(cè)視圖，圖 I(C)為俯視圖；
[0027] 圖2是本實用新型用于液體二甲醚在橡膠樣品中擴散的實驗示意圖；
[0028] 圖3是本實用新型用于測量液體二甲醚對橡膠樣品滲透的實驗示意圖；
[0029] 圖4是本實用新型用于測量氣體二甲醚對橡膠樣品滲透的實驗示意圖；
[0030] 圖5液體二甲醚在橡膠密封圈試樣中擴散的質(zhì)量變化率；
[0031]圖6液體二甲醚在橡膠材料中的擴散系數(shù)的計算；
[0032] 圖7是液體二甲醚在不同橡膠的累計質(zhì)量變化率；
[0033] 圖8是氣體二甲醚在不同橡膠的累積質(zhì)量變化率。
[0034] 其中：1_殼體；2-端蓋；3-樣品支架；4-密封圈；5-螺栓；6-液體二甲醚；7-橡膠 密封圈試樣；8-第一充放接口；9-第二充放接口；10-二甲醚儲存罐；11-二甲醚回收罐。

【具體實施方式】
[0035] 以下結(jié)合附圖對本實用新型做進一步詳細說明。
[0036] 參見圖1(a)至圖1(c)，本實用新型包括圓柱狀殼體1，其下端開口且連接圓盤形 的端蓋2,形成密封的實驗腔室。
[0037] 殼體1上部為內(nèi)徑為70mm、高為70mm、壁厚IOmm的圓柱狀腔體，殼體1下部為外 徑為140mm、內(nèi)徑為70mm、厚度為IOmm的圓環(huán)。在殼體1圓柱體側(cè)壁對稱位置分別距離圓 環(huán)上表面25mm、40mm處開設兩個通孔，并各自向外延伸加工直徑為IOmm的第一充放接口 8 和第二充放接口 9,第一充放接口 8和端蓋2之間的距離小于第二充放接口 9和端蓋2之間 的距離，第二充放接口 9與殼體上邊緣更接近，兩個接口高低設置能精確控制液體二甲醚6 的添加量。兩個接口長度均為20_，其末端設置螺紋，螺紋長度為10_，均外接閥門以便于 向?qū)嶒炃皇姨畛浜团欧哦酌选?br> [0038] 端蓋2的直徑等于殼體1下部圓環(huán)的外徑，為140mm，端蓋2厚度為10mm，端蓋2上 刻有同心的環(huán)形內(nèi)密封圈槽和外密封圈槽，內(nèi)密封圈槽外徑為83. 08mm、內(nèi)徑為76. 08mm、 深度為3. 3mm，外密封圈槽外徑為100mm、內(nèi)徑為93mm、深度為3. 3mm;端蓋2上端面有圓筒 形的定位裝置，定位裝置的外徑和殼體1的內(nèi)徑相等，為70_。
[0039] 配合內(nèi)密封圈槽，本實用新型橡膠樣品采用橡膠密封圈試樣7,以用來進行二甲醚 對樣品的泄漏效果的實驗。橡膠密封圈試樣7的規(guī)格為：83. 08_X3.5mm。配合外密封圈 槽，采用聚四氟乙烯材料制成的密封圈4,以提高裝置的密封性。聚四氟乙烯密封圈4的規(guī) 格為：IOOmX3. 5mm，所采用的密封圈厚度均略大于密封圈槽的厚度，使密封性更好。
[0040] 在實驗腔室中，安裝有活動的樣品支架3,能夠便捷地安裝和取出；本裝置采用截 面為"井"的籠式形樣品支架3將實驗樣品浸于液體二甲醚6內(nèi)。樣品支架3材料采用不 銹鋼，其中間部分為圓柱狀，其底面半徑大于或等于30mm，高度大于或等于25mm，其網(wǎng)格的 大小為7_X7mm，這樣減少了與樣品的接觸面積，接觸面積近似可以認為為0,從而減小因 樣品與溶液不能夠充分接觸而對實驗結(jié)果造成的影響。圓柱兩端包括長度不小于IOmm的 支腳架；圓柱側(cè)面包括上下兩個圓環(huán)狀支架，且其上各點至圓柱的距離不小于5mm。
[0041] 殼體1、端蓋2、樣品支架3均選用不銹鋼材料進行加工而成，且殼體材料必須能夠 承受不低于〇. 5MPa的壓強。
[0042] 殼體1下部的圓環(huán)和端蓋2上開設4個均布的螺栓孔，且配合4個M12C級螺栓5， 將殼體1和端蓋2緊固連接。其中端蓋2的螺栓孔圓心距離端蓋圓心58. 25mm。將殼體1 與端蓋2連接的螺栓5必須能夠承受不低于0. 5MPa的拉伸應力。
[0043] 第一充放接口8連接二甲醚儲存罐，第二充放接口9連接二甲醚回收罐，或第一充 放接口 8連接二甲醚回收罐，第二充放接口 9連接二甲醚儲存罐。
[0044] 本實用新型裝置主要包括殼體1、端蓋2、樣品支架3、密封圈槽以及螺栓5五部分。 該裝置可以進行液體二甲醚6在橡膠材料中擴散的實驗、液體二甲醚6對橡膠的滲透實驗 以及氣體二甲醚對橡膠的滲透實驗，再對橡膠樣品進行性能測試，從而得到橡膠耐二甲醚 的擴散、滲透腐蝕的性能，同時可以比較得到多種橡膠品種耐二甲醚性能較好的一種。
[0045] 本實用新型的使用方法，參照標準GBT528-2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應 力應變性能的測定》及標準1690-2006《硫化橡膠或熱塑性橡膠耐液體實驗方法》進行設 計。主要包括以下步驟。
[0046] 一、測試橡膠耐液體二甲醚擴散性能的步驟：
[0047] 步驟一，在保證實驗室溫度及壓力為標準狀態(tài)下，使其基本維持恒溫恒壓狀態(tài)，測 量25_X3. 5_橡膠密封圈試樣的質(zhì)量，并記錄其數(shù)據(jù)，將橡膠密封圈試樣放進樣品支架 3中，關(guān)緊籠蓋；放置在本實用新型實驗腔室內(nèi)，將聚四氟乙烯密封圈4安裝在外密封圈槽 內(nèi)，用螺栓5將殼體1與端蓋2連接，測試裝置的質(zhì)量；
[0048] 步驟二，使用閥門將二甲醚儲存罐10與第一充放接口8連接，使用閥門將第二充 放接口 9與二甲醚回收罐11連接，將整個裝置擱置在水平面上；如圖2所示；
[0049] 步驟三，打開閥門，向裝置內(nèi)填充液體二甲醚6,填充一定量之后，取下本實用新 型，當其質(zhì)量減去原裝置質(zhì)量的差值不小于所規(guī)定的質(zhì)量，測量并記錄其質(zhì)量數(shù)據(jù)，否則繼 續(xù)向本實用新型實驗腔室內(nèi)填充液體二甲醚；
[0050] 步驟四，將本實用新型靜置于恒溫水域中，保持實驗所需溫度25°C或所需要的實 驗溫度，擱置24h或有關(guān)規(guī)定的時間；
[0051] 步驟五，取出裝置，卸下螺栓5，從腔室內(nèi)取出實驗樣品，快速擦干實驗樣品，將其 放置在電子臺秤上，每隔30秒記錄一次實驗樣品的質(zhì)量；
[0052] 步驟六,利用公式

【權(quán)利要求】
1. 一種橡膠密封圈耐二甲醚滲透擴散實驗裝置，其特征在于：包括圓柱狀殼體（1)，其 一端開口且連接圓盤形的端蓋（2)，形成密封的實驗腔室； 所述殼體（1)的圓柱兩側(cè)壁上分別開孔且向外延伸設置第一充放接口（8)和第二充放 接口（9);第一充放接口（8)連接二甲醚儲存罐（10)，第二充放接口（9)連接二甲醚回收罐 (11)，或第一充放接口（8)連接二甲醚回收罐（11)，第二充放接口（9)連接二甲醚儲存罐 (10); 所述端蓋（2)與殼體（1)相連的位置上設置環(huán)形的內(nèi)密封圈槽。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種橡膠密封圈耐二甲醚滲透擴散實驗裝置，其特征在于： 所述端蓋⑵上還設置有與內(nèi)密封圈槽同心的外密封圈槽。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種橡膠密封圈耐二甲醚滲透擴散實驗裝置，其特征在于： 所述外密封圈槽內(nèi)安裝聚四氟乙烯材料制成的密封圈（4)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種橡膠密封圈耐二甲醚滲透擴散實驗裝置，其特征在于： 所述殼體⑴的開口端為圓環(huán)，其內(nèi)徑與殼體⑴內(nèi)徑相同，外徑大于殼體⑴外徑，且和 端蓋（2)的直徑相同。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種橡膠密封圈耐二甲醚滲透擴散實驗裝置，其特征在于： 所述殼體（1)和端蓋（2)通過6個M12C級螺栓（5)連接，所述螺栓（5)均布在圓環(huán)及端蓋 (2)上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種橡膠密封圈耐二甲醚滲透擴散實驗裝置，其特征在于： 所述實驗腔室中安裝有活動的側(cè)截面為"井"狀的不銹鋼樣品支架（3)，其中間部分為圓柱 形籠式網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，其底面半徑大于等于30mm，高度大于等于25mm，網(wǎng)格大小為7X7mm;圓柱 兩端包括長度不小于l〇mm的支腳架；圓柱側(cè)面包括上下兩個圓環(huán)狀支架，且其上各點至圓 柱的距離不小于5_。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種橡膠密封圈耐二甲醚滲透擴散實驗裝置，其特征在于： 所述第一充放接口（8)和端蓋（2)之間的距離小于第二充放接口（9)和端蓋（2)之間的距 離。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的一種橡膠密封圈耐二甲醚滲透擴散實驗裝置，其特征在 于：所述第一充放接口（8)和第二充放接口（9)設置在殼體（1)對稱的側(cè)壁上，且第一充放 接口（8)和第二充放接口（9)上設置螺紋，兩個接口和二甲醚儲存罐（10)、二甲醚回收罐 (11)之間均設置閥門。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至7任意一項所述的一種橡膠密封圈耐二甲醚滲透擴散實驗裝置， 其特征在于：所述端蓋（2)與殼體（1)相連的側(cè)面上設置有圓筒形定位裝置，且其外徑等于 殼體⑴的內(nèi)徑。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種橡膠密封圈耐二甲醚滲透擴散實驗裝置，其特征在于： 所述殼體（1)和端蓋（2)所用材料為不銹鋼，耐壓極限為5MPa。
【文檔編號】G01N15/08GK204177711SQ201420580971
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月9日
【發(fā)明者】李跟寶, 胡依平, 汪熙, 宋晨曦, 林祥 申請人:長安大學