一种橡胶密封圈耐二甲醚渗透扩散实验装置及测试方法
【专利摘要】本发明涉及一种橡胶密封圈耐二甲醚渗透扩散实验装置及测试方法，该装置可用于测定二甲醚在橡胶密封圈中的扩散系数以及一定时间内气、液态二甲醚通过橡胶密封圈的渗透泄漏率。包括壳体和密封端盖两个主要部分，壳体上布置有燃料充、放接口；端盖上布置内外两处端面密封，内侧密封件为橡胶密封圈，外侧密封件为聚四氟乙烯密封圈，装置在只安装内侧橡胶密封圈时用来测试气、液态二甲醚通过此橡胶密封圈的渗透泄漏率，在只安装聚四氟乙烯密封圈时壳体内放置橡胶密封圈试样，测试二甲醚在试样中的扩散系数；综合扩散系数和渗透泄漏率测试结果，可以全面评价橡胶密封圈耐二甲醚燃料渗透扩散性能。
【专利说明】一种橡胶密封圈耐二甲醚渗透扩散实验装置及测试方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及新能源领域，具体涉及一种橡胶密封圈耐二甲醚渗透扩散实验装置及 测试方法。
【背景技术】
[0002] 二甲醚（DME)简称甲醚，可从煤、天然气及生物质等原料中规模化生产，是一种来 源广泛、燃烧高效清洁的新型能源，可用于替代柴油和液化石油气用作车用燃料和民用燃 气。考虑到我国"富煤少油缺气"的能源结构，发展煤基二甲醚燃料可以有效缓解当前国内 能源供应的紧张局面，同时也将大大降低有害燃烧排放物对环境的污染，因此近年来备受 关注。
[0003] 国内二甲醚产业近年来迅速发展，已有每年千万吨级的产能积累，目前，影响二甲 醚能源化普及的技术瓶颈在于密封材料选型问题，二甲醚对常规橡胶密封材料具有较强腐 蚀性，同时由于其分子链长度短，较易通过密封材料内部组织渗透扩散，带来燃料储存、运 输以及在车辆上实际应用中的安全隐患。实验发现，发动机供油系统的的橡胶密封圈在接 触二甲醚一段时间后，出现明显密封失效现象，严重影响到发动机的工作稳定性及可靠性。 同样，在液化石油气掺混二甲醚复合燃料的市场供应中，也普遍出现了钢瓶角阀密封圈腐 蚀问题，2008年初，国家燃气用具质量检验中心实验证实，随着液化气中掺混二甲醚比例的 增加，钢瓶阀门密封圈的外形尺寸变形明显，密封性能降低，易导致漏气现象。2010年3月， 由于密封泄漏导致的广东省二甲醚"封杀"事件更是引起社会各界乃至国家部门的关注，致 使市场上二甲醚严重滞销，2012年整个行业的开工率不到30%。为化解产品滞销与市场潜 在需求旺盛之间的尖锐矛盾，规范整个二甲醚行业的发展秩序，当前急需解决二甲醚密封 橡胶件选型这一瓶颈技术问题。
[0004] 国内外学者就二甲醚对密封橡胶的溶胀腐蚀性问题已开展一定研究，方法上主要 以实验为主，但扩散渗透方面开展的工作极为有限，日本二甲醚协会的Nishimoto实验证 实：二甲醚在不同密封橡胶中的泄漏状况有所不同，与同为小分子燃料的LPG相比，在同种 常规密封橡胶中二甲醚的泄漏率远大于LPG，可见二甲醚的泄漏问题不容忽视。
[0005] 当前国内外尚无专用二甲醚密封橡胶材料，实际应用中均针对市面上的现有橡胶 来进行实验，确定满足二甲醚密封要求的橡胶件。当前各研究机构针对甲醚与橡胶相互作 用的实验装置不尽相同，其实验结果相互之间缺乏可对比性。国家有关标准中对于橡胶在 液体中浸泡的实验装置主要针对不易挥发的液体溶剂，对二甲醚这类的高沸点燃料实验装 置无具体要求，造成橡胶密封件耐二甲醚选型实验难以开展。因此，基于现有二甲醚燃料化 应用中的橡胶密封件选型实际问题，考虑到实验开展的可行性与实验结果可对比性，开发 一种专用于测试橡胶耐二甲醚渗透扩散性能的实验装置是迫切需要的。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于，提供一种实验可行性和实验结果可对比性高的一种橡胶密封 圈耐二甲醚渗透扩散实验装置及测试方法。
[0007] 为了实现上述目的，本发明实验装置采取如下的技术方案：
[0008] 包括圆柱状壳体，其一端开口且连接圆盘形的端盖，形成密封的实验腔室；
[0009] 所述壳体的圆柱两侧壁上分别开孔且向外延伸设置第一充放接口和第二充放接 口，所述第一充放接口和端盖之间的距离小于第二充放接口和端盖之间的距离；第一充放 接口连接二甲醚储存罐，第二充放接口连接二甲醚回收罐，或第一充放接口连接二甲醚回 收罐，第二充放接口连接二甲醚储存罐；
[0010] 所述端盖与壳体相连的位置上设置环形的内密封圈槽。
[0011] 所述端盖上还设置有与内密封圈槽同心的外密封圈槽。
[0012] 所述外密封圈槽内安装聚四氟乙烯材料制成的密封圈。
[0013] 所述壳体的开口端为圆环，其内径与壳体内径相同，外径大于壳体外径，且和端盖 的直径相同。
[0014] 所述壳体和端盖通过6个M12C级螺栓连接，所述螺栓均布在圆环及端盖上。
[0015] 所述实验腔室中安装有活动的侧截面为"井"状的不锈钢样品支架，其中间部分为 圆柱形笼式网格结构，其底面半径大于等于30mm，高度大于等于25mm，网格大小为7X7mm ; 圆柱两端包括长度不小于IOmm的支脚架；圆柱侧面包括上下两个圆环状支架，且其上各点 至圆柱的距离不小于5_。
[0016] 所述第一充放接口和第二充放接口设置在壳体对称的侧壁上，且第一充放接口和 第二充放接口上设置螺纹，两个接口和二甲醚储存罐、二甲醚回收罐之间均设置阀门。
[0017] 所述端盖与壳体相连的侧面上设置有圆筒形定位装置，且其外径等于壳体的内 径。
[0018] 所述壳体和端盖所用材料为不锈钢，耐压极限为5MPa。
[0019] 本发明测试方法的技术方案是：所述测试包括测试橡胶密封圈耐液体二甲醚扩散 性能、测试橡胶密封圈耐液体二甲醚渗透性能和测试橡胶密封圈耐气体二甲醚渗透性能；
[0020] 所述测试橡胶密封圈耐液体二甲醚扩散性能包括以下步骤：
[0021] 步骤一，在室温状态下，测量橡胶密封圈试样的质量，并记录其数据，利用样品支 架将待测橡胶密封圈试样放置在壳体与端盖密封连接形成的实验腔室内，测试实验腔室质 量；
[0022] 步骤二，将二甲醚储存罐与第一充放接口连接，将第二充放接口与二甲醚回收罐 连接后搁置在水平面上；
[0023] 步骤三，向实验腔室内填充液体二甲醚，至实验腔室质量减去步骤一中的实验腔 室质量的差值不小于l〇g，取下实验腔室，测量并记录其质量数据；
[0024] 步骤四，将实验腔室搁置在恒温水浴中浸泡，保持实验所需温度并记录温度值；浸 泡时间为：
[0025] 24_>,72-7d±2h，7d±2h 的整数倍；
[0026] 步骤五，取出实验腔室，从中取出橡胶密封圈试样，快速擦干橡胶密封圈试样，每 隔30秒记录一次橡胶密封圈试样的质量；
[0027] 步骤六,利用公式
【权利要求】
1. 一种橡胶密封圈耐二甲醚渗透扩散实验装置，其特征在于：包括圆柱状壳体（I)，其 一端开口且连接圆盘形的端盖（2)，形成密封的实验腔室； 所述壳体（1)的圆柱两侧壁上分别开孔且向外延伸设置第一充放接口（8)和第二充放 接口（9)，所述第一充放接口（8)和端盖（2)之间的距离小于第二充放接口（9)和端盖（2) 之间的距离；第一充放接口（8)连接二甲醚储存罐（10)，第二充放接口（9)连接二甲醚回 收罐（11)，或第一充放接口（8)连接二甲醚回收罐（11)，第二充放接口（9)连接二甲醚储 存罐（10); 所述端盖（2)与壳体（1)相连的位置上设置环形的内密封圈槽。
2. 根据权利要求1所述的一种橡胶密封圈耐二甲醚渗透扩散实验装置，其特征在于： 所述端盖⑵上还设置有与内密封圈槽同心的外密封圈槽。
3. 根据权利要求2所述的一种橡胶密封圈耐二甲醚渗透扩散实验装置，其特征在于： 所述外密封圈槽内安装聚四氟乙烯材料制成的密封圈（4)。
4. 根据权利要求1所述的一种橡胶密封圈耐二甲醚渗透扩散实验装置，其特征在于： 所述壳体⑴的开口端为圆环，其内径与壳体⑴内径相同，外径大于壳体⑴外径，且和 端盖（2)的直径相同。
5. 根据权利要求4所述的一种橡胶密封圈耐二甲醚渗透扩散实验装置，其特征在于： 所述壳体（1)和端盖（2)通过6个M12C级螺栓（5)连接，所述螺栓（5)均布在圆环及端盖 (2)上。
6. 根据权利要求1所述的一种橡胶密封圈耐二甲醚渗透扩散实验装置，其特征在于： 所述实验腔室中安装有活动的侧截面为"井"状的不锈钢样品支架（3)，其中间部分为圆柱 形笼式网格结构，其底面半径大于等于30mm，高度大于等于25mm，网格大小为7X7mm;圆柱 两端包括长度不小于IOmm的支脚架；圆柱侧面包括上下两个圆环状支架，且其上各点至圆 柱的距离不小于5_。
7. 根据权利要求1所述的一种橡胶密封圈耐二甲醚渗透扩散实验装置，其特征在于： 所述第一充放接口（8)和第二充放接口（9)设置在壳体（1)对称的侧壁上，且第一充放 接口（8)和第二充放接口（9)上设置螺纹，两个接口和二甲醚储存罐（10)、二甲醚回收罐 (11)之间均设置阀门。
8. 根据权利要求1至7任意一项所述的一种橡胶密封圈耐二甲醚渗透扩散实验装置， 其特征在于：所述端盖（2)与壳体（1)相连的侧面上设置有圆筒形定位装置，且其外径等于 壳体⑴的内径。
9. 根据权利要求8所述的一种橡胶密封圈耐二甲醚渗透扩散实验装置，其特征在于： 所述壳体（1)和端盖（2)所用材料为不锈钢，耐压极限为5MPa。
10. 基于权利要求8所述实验装置进行的橡胶密封圈耐二甲醚渗透扩散测试方法，其 特征在于：所述测试包括测试橡胶密封圈耐液体二甲醚扩散性能、测试橡胶密封圈耐液体 二甲醚渗透性能和测试橡胶密封圈耐气体二甲醚渗透性能； 所述测试橡胶密封圈耐液体二甲醚扩散性能包括以下步骤： 步骤一，在室温状态下，测量橡胶密封圈试样（7)的质量，并记录其数据，利用样品支 架（3)将待测橡胶密封圈试样（7)放置在壳体（1)与端盖（2)密封连接形成的实验腔室内， 测试实验腔室质量； 步骤二，将二甲醚储存罐（10)与第一充放接口（8)连接，将第二充放接口（9)与二甲 醚回收罐（11)连接后搁置在水平面上； 步骤三，向实验腔室内填充液体二甲醚（6)，至实验腔室质量减去步骤一中的实验腔室 质量的差值不小于l〇g，取下实验腔室，测量并记录其质量数据； 步骤四，将实验腔室搁置在恒温水浴中浸泡，保持实验所需温度并记录温度值；浸泡时 间为： 24_^,72_>，7d±2h，7d±a的整数倍； 步骤五，取出实验腔室，从中取出橡胶密封圈试样（7)，快速擦干橡胶密封圈试样（7)， 每隔30秒记录一次橡胶密封圈试样（7)的质量； 步骤六，利用公式Mt , ^ 4 -^I Mm 〇ra； 其中Mt表示t时刻橡胶密封圈试样的质量，M00表示经过无限长的时间橡胶密封圈试样 (7) 的质量，r表示橡胶密封圈试样（7)的截面半径； ~M1 「4?B2 其中α由公式JQ(ran) =〇及公式//?丨-^丄=/?> 定义， LMm \L广」r- ?L(x)为一阶贝塞尔函数；β表示rCi1，处理数据并对数据进行线性回归，得到y= 1 /?2 ax+b，其中.V= /" ，x=t，a = -则斜率a就可以表征扩散系数的大小，从而 _Μ〇〇」 r~ 检验对比出橡胶密封圈试样（7)耐液体二甲醚扩散的性能； 所述测试橡胶密封圈耐液体二甲醚和气体二甲醚渗透性能包括以下步骤： 步骤一，在室温状态下，将待测橡胶密封圈试样（7)安装在内密封圈槽内，将壳体（1) 与端盖（2)连接形成实验腔室，测试实验腔室质量；将二甲醚储存罐（10)与第一充放接口 (8) 连接，将第二充放接口（9)与二甲醚回收罐（11)连接，将实验腔室搁置在水平面上，进 行橡胶密封圈耐液体二甲醚渗透性能测试； 或者在保证实验室温度及压力为标准状态下，将橡胶密封圈试样（7)安装在内密封圈 槽内，将壳体（1)与端盖（2)连接形成实验腔室，测量实验腔室质量；将二甲醚储存罐（10) 与第二充放接口（9)连接，将第一充放接口（8)与二甲醚回收罐（11)连接，将实验腔室反 向搁置在水平面上，进行橡胶密封圈耐气体二甲醚渗透性能测试； 步骤二，向实验腔室内填充液体二甲醚（6)，至实验腔室质量减去步骤一中实验腔室质 量的差值不小于l〇g，取下实验腔室，测量并记录其质量数据； 步骤三，搁置24h，测量实验腔室的质量并计算质量减少量以及液体二甲醚对橡胶密封 圈试样（7)的泄漏率，得出橡胶样品耐二甲醚渗透的性能。
【文档编号】G01N15/08GK104316446SQ201410527848
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月9日 优先权日:2014年10月9日
【发明者】李跟宝, 胡依平, 张亚运, 王瑶, 聂昌成 申请人:长安大学