球閥填塞式密封結構使早起球閥密封座的(de)标準設計,一(yī)個形狀簡單的(de)由PTFE制造的(de)圓環裝在球體和(hé)閥體之間,這種密封座結構稱為(wèi)“填塞式”密封(jam-seal)。可(kě)以設想,這種結構設計很難來控制裝配過盈量,或者說,裝配時預緊比壓值對過盈量的(de)變化十分敏感,制造的(de)球閥不是過盈量太小而容易洩露,就是過盈量太大而轉矩太大,制造不出品質優良的(de)産品。特别是當閥門用在過程工業中,閥門要經受壓力波動和(hé)溫度波動,這時填塞式密封的(de)球閥的(de)缺陷被顯示出來。因為(wèi)填塞式密封的(de)塑料應變發生在球體與密封座和(hé)閥體與密封座之間,這兩個區域的(de)接觸應力大小,決定閥門的(de)密封性能。在閥門使用中,不希望這一(yī)接觸應力會産生松弛而引起內(nèi)漏。
因此,希望密封材料像橡膠一(yī)樣,受壓時可(kě)以發生較大的(de)變形,來填補金屬表面的(de)微觀不平度,而當應力消除後又能回複其原來的(de)形狀,這種現象被稱為(wèi)材料的(de)“記憶特性”,一(yī)個較好的(de)例子(zǐ)是橡皮筋,可(kě)以被拉得很長(cháng),應力一(yī)旦消失,就回複到其原來的(de)形狀,所以公稱上很多場合選用橡膠密封圈作密封材料,但PTFE就不具備這種“記憶特性”,它的(de)彈性範圍很小,塑性範圍很大。而且當應力達到一(yī)定程度,就産生“冷流”現象,就是發生了宏觀的(de)形狀變化。例如(rú)PTFE在常溫下,産生“冷流”的(de)極限應力為(wèi)42MPa。溫度上升時,這一(yī)值迅速降低(dī),當溫度為(wèi)150℃時,産生“冷流”的(de)極限應力值為(wèi)4.7MPa。
另一(yī)缺陷是熱膨脹特性,通常希望密封材料的(de)熱膨脹系數和(hé)金屬材料接近,這樣環境或者工況溫度變化時,密封材料的(de)“過盈”量不會發生明顯的(de)變化,遺憾的(de)是PTFE的(de)熱膨脹系數是鋼的(de)7.5倍,這就使當溫度升高(gāo)時,密封材料的(de)過盈量增加,閥門的(de)關閉轉矩增加,開關失靈。當溫度下降時,密封材料收縮,保持密封的(de)過盈量消失,閥門就産生洩露。
如(rú)果把PTFE的(de)“冷流”特性和(hé)熱膨脹特性結合來考慮,問題就變得更加嚴重,就是一(yī)旦發生較大的(de)熱循環現象,由于PTFE的(de)膨脹比金屬膨脹大得多,過盈量增加,壓縮應力增加,超過冷流極限,密封材料就産生“冷流”,溫度下降後,其他材料回複到其原來的(de)形狀,而密封材料PTFE例外,産生了“冷流”,發生了嚴重的(de)變形,裝配時的(de)密封座PTFE的(de)過盈量消失,閥門就産生了不可(kě)恢複的(de)洩露。