超硬材料網(wǎng)

　　壓縮機是石油化工裝備的心臟，其關鍵部件都涉及動密封。動密封元件雖小，卻是設備核心技術的組成部分，高溫高壓無油潤滑壓縮機更是代表了一個國家的裝備水平。傳統(tǒng)動密封往往需要有油潤滑，不僅操作成本高，而且會污染后續(xù)介質(zhì)。南京工業(yè)大學陸小華教授率領的課題組針對這一難題，發(fā)明了超細耐磨鈦酸鹽纖維（TBF）制備新技術，開發(fā)出具有國際領先水平的高性價比、長壽命的高溫高壓無油潤滑密封元件，促進了我國壓縮機產(chǎn)業(yè)與先進國家水平同步發(fā)展。
　　
　　與傳統(tǒng)材料相比，新一代耐磨材料將極限溫度從160℃提高到185℃、極限壓力從 20MPa提高到32MPa，突破了國際上傳統(tǒng)碳纖維增強聚四氟乙烯（PTFE）復合材料不能用于高溫高壓的禁區(qū)，并且能根據(jù)不同需求制備出不同性能的TBF。將高耐磨密封小元件用于先進高溫高壓壓縮機，滿足了生產(chǎn)企業(yè)的需求，解決了現(xiàn)代過程工業(yè)的大問題，提高了我國無油壓縮機的競爭優(yōu)勢，對西氣東輸作出了重要貢獻。
　　
　　目前采用TBF密封材料的壓縮機在天然氣加氣站正常使用已超過5年。對比試驗表明，新產(chǎn)品的使用壽命是國內(nèi)產(chǎn)品的4~12倍，性價比是國外先進產(chǎn)品的4.7~20 倍。目前該產(chǎn)品已成功推廣到高溫吹瓶機、高壓氮氫氣（32MPa）、氫氣（27.1MPa），丙烯、裂解氣、空氣等多種氣體壓縮機上，由此帶來的經(jīng)濟效益達 2.3億元，不僅替代了進口產(chǎn)品，還出口創(chuàng)匯1300萬美元，為最終用戶創(chuàng)造了數(shù)十億元的經(jīng)濟效益。
　　
　　壓縮天然氣是清潔的汽車燃料，目前我國壓縮天然氣加氣站正以幾何級數(shù)增長，根據(jù)規(guī)劃，到2015年我國將有6000多個天然氣加氣站，而高溫高壓壓縮機是加氣站的關鍵部件。據(jù)陸小華介紹，因壓縮機出口壓力高達25MPa，密封元件極易磨損，現(xiàn)有的國產(chǎn)無油潤滑元件使用壽命僅800~1500小時，即2~3個月就需更換。國外密封元件價格極其昂貴，成本占壓縮機總成本10%~20%，且不能徹底無油。目前大多數(shù)企業(yè)采用的是極易造成污染的有油金屬密封元件，不僅增加了壓縮機的成本，浪費能源，還具有一定危險性。
　　
　　記者在采訪中了解到，采用該技術生產(chǎn)的摩擦材料已經(jīng)應用于我國汽車剎車片行業(yè)。汽車剎車片的工作溫度在300℃以上，傳統(tǒng)的剎車片在長期高溫下會發(fā)生熱衰退而失效，采用該技術的TBF剎車片可以有效避免高溫熱衰退，目前已在南京、上海等多個城市公交車上安裝使用。路況實驗表明，該產(chǎn)品可以完全替代高價國外產(chǎn)品，且價格只有同類產(chǎn)品的1/4。據(jù)估計，我國每年需要8000萬套剎車片，國內(nèi)剎車片市場對耐磨TBF需求量每年至少2000噸，以此開發(fā)的高性能剎車片產(chǎn)值可達30 億元。
　　
　　陸小華認為，傳統(tǒng)的PTFE材料適用于中低壓力設備的無油潤滑，在高溫高壓下磨損極大、壽命極短。為解決PTFE應用中存在的問題，陸小華提出用TBF增強PTFE 解決苛刻條件下動密封問題的新思路。這一構(gòu)想突破了一味提高樹脂耐磨性的傳統(tǒng)思維，采取從源頭減少摩擦熱的逆向思維，通過鈦酸鹽纖維的填充，增強了碳纖維填充不到的貧纖維區(qū)，降低了材料的摩擦系數(shù)。陸小華帶領課題組根據(jù)這一思路發(fā)明的耐高溫高壓的TBF增強PTFE新材料，實現(xiàn)了苛刻條件下長壽命無油潤滑密封元件新產(chǎn)品的工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。
　　
　　采用新技術開發(fā)的超細耐磨TBF材料，具有化學性質(zhì)穩(wěn)定，以及耐腐蝕性、耐熱隔熱性、耐磨性、潤滑性、電氣絕緣性優(yōu)異和高紅外反射率等特點，是一種多用途的先進材料。該技術發(fā)明不僅開發(fā)出新型高溫高壓無油動密封元件，還解決了耐腐蝕、催化、摩擦、高溫隔熱等眾多領域的難題，多項成果已經(jīng)進入工業(yè)化生產(chǎn)階段。該項目已獲發(fā)明專利授權8項，形成專利族保護，發(fā)表相關論文45篇。
　　
　　陸小華表示，TBF在未來節(jié)能環(huán)保領域的應用前景也十分廣闊。由于高溫輻射傳熱難以避免，目前工業(yè)生產(chǎn)中高溫爐窯的耗能最大，熱損失也很高。TBF中的六鈦酸鉀纖維具有紅外反射率高、高溫下導熱系數(shù)極低等特點，是一種新型的隔熱材料，可節(jié)約高品位能量20%左右。采用該技術的窯爐如能得到普及推廣，將節(jié)省兩個三峽電站的發(fā)電量。此外，通過調(diào)節(jié)TBF多孔材料的孔徑和孔隙率，還可將TBF多孔材料作為催化劑載體，大大降低歐Ⅳ汽油的脫硫成本。