引言
法兰有一些不平度或伤痕时，很多客户都希望用膨化聚四氟乙烯（简称ePTFE或膨化PTFE）来补偿这些不足，想的都是软ePTFE很容易实现密封。今天笔者带大家仔细对比下Garlock高压缩率的微网格垫片GYLON® 3545 和ePTFE垫片的典型性能数据，共同探究“软四氟都能做到低泄漏吗？”这个话题。
什么是ePTFE？
膨化聚四氟乙烯（简称ePTFE或膨化PTFE，行业人称软四氟）一般由聚四氟乙烯树脂经拉伸特殊加工方法制成，外观白色，具有微细纤维连接而形成的网状结构，这些微细纤维形成无数细孔，因而压缩率高达60%。但由于该制造过程中使用的温度不足以烧结和重组PTFE。因此，膨胀PTFE在蠕变松弛和冷流性能方面与传统PTFE相似。ePTFE厂家为提升密封性能，切割成型垫片后在内径处采用PTFE包覆层，初始密封性可以得到一定改善, 但无法提升ePTFE的回弹性。但此工艺只适合定制化垫片，一般供应的都是标准尺寸，无法制造异形垫片，现场客户也无法自行切割。因做成型垫片时多一道工序会增加一定成本。长期使用时，因为使用中需重复上紧，内侧PTFE包覆层容易破裂，使用中容易伴随泄漏。
GYLON® 3545 vs ePTFE
与ePTFE不同，GYLON® 3545是高压缩率结构改性的纯聚四氟乙烯垫片，为三层结构，中间芯部是高密度的硬核聚四氟乙烯，上、下两层具有高度可压缩的微网格状聚四氟乙烯，三层材料均采用Garlock专有的GYLON® 辊压生产工艺制造。层间采用热融合技术，GYLON® 3545由100%纯聚四氟乙烯组成，因此保留了PTFE优异的耐化学品性，可抵抗各种化学品，适合于各种酸、碱和烃类的优秀垫片。以下是GYLON® 3545的内部结构和垫片图。
GYLON® 3545内部结构
✔ 微网格状 表层+硬的PTFE中心层
✔ 高压缩率: （ASTM F36）: 大约 60-70%
✔ 高度可压缩的PTFE外层，能在低螺栓载荷下进行有效密封
GYLON® 3545压缩率在60%～70%，以最大厚度6.4mm垫片为例，补偿量≥6.4*60%=3.84mm (可以补偿法兰的不平整度)，回弹量≥3.84mm*15%=0.58mm (回弹好，说明防止螺栓载荷松弛的能力强）；对于通用厚度3.2mm的GYLON® 3545，最高补偿也有1.92mm，回弹量达到0.29mm，非常适合不规则的法兰表面和耐腐蚀性的场合。
性能对比：GYLON® 3545和ePTFE两者压缩率均高达60%（ASTM F36），可以提供给法兰高度补偿。其它物理性能让我们从回弹性、蠕变松弛、螺栓载荷及密封性四个方面对比看看两者的区别。
回弹率：回弹是指载荷去除后垫片的“回复”能力。当运用在较大幅度的热循环工况时，具有高回弹率的垫片防止螺栓载荷松弛的能力强，能够提供更好的密封性能和抗吹出能力。
蠕变松弛：指在法兰压力下因垫片厚度减小所造成的螺栓扭距丢失。蠕变松弛越小，垫片性能越好。
螺栓保持载荷力：衡量垫片物理性能的重要指标是在一定温度下保持螺栓负载的能力，如果螺栓载荷在短时间内下降，则垫片被吹出的可能性加大。
下图为53.5MPa（7600psi）初始载荷，在260 °C温度下，经16小时后的螺栓载荷余量。经过测试后螺栓载荷越大密封更紧密。螺栓载荷余量小，则有垫片泄漏甚至被吹出的风险。
密封性能：抗介质渗透是衡量垫片物理性能的重要指标，以下按美国（ASTM）和欧洲（DIN）标准测试。
从回弹性、蠕变松弛、螺栓载荷及密封性四个方面, 同厚度（1/16”）的GYLON® 3545性能大大优于ePTFE。
低泄漏垫片的最小面压
EN13555（见参考文献2）中定义了垫片的必要特性，帮助用户按照EN1591-1计算管道系统密封性能，这是德国清洁空启发TA-LUFT的要求，每一个法兰均需达到密封等级L0.01等级，即周长为1m的密封垫片允许的最大泄漏量为每秒0.01mg。从EN13555 测试报告GYLON® 3545（2mm）为例，25bar氦气的内压下，其达到密封等级L0.01（TA-LUFT德国清洁空气法要求）时最小面压是15MPa，在28MPa的面压下就能实现L0.001的低泄漏紧密等级，非常适合衬聚四氟乙烯钢法兰，且最大面压高达160MPa，安装时垫片不会因过载受损。
GYLON® 3545能很好地在较宽的安全面压（厚度2mm，面压范围15~160MPa）下保持优异密封性能，若法兰提供高面压时则能大大降低了逸散泄漏和节约介质的泄漏，从而更好地提高工厂密封安全等级及旧法兰的可用性。
内衬法兰密封难点
根据国家标准HG/T 20538-2016《衬塑钢管和关键选用系列》，法兰宜选用HG/TH20592~20615的碳钢或其他材质的法兰。衬塑的厚度2~6mm，适用于最大公称压力CL150（PN20），公称尺寸为DN25~DN1200的钢管和管件。由于衬塑法兰面由非金属构成，如典型的衬聚四氟乙烯钢法兰，聚四氟乙烯有很好的耐化学品性但法兰面容易存在一些弯曲即不平整，选择密封材料就要非常注意。需要密封方案需考虑因素主要有：1）耐受工作介质，2）高补偿，3）容易密封。ePTFE垫片所需密封面压高则面压过低时垫片与法兰面容易有间隙或垫片未压紧引起泄漏，而密封面压高容易导致衬里法兰压裂或衬里法兰变形甚至损坏。一般适合的垫片有高压缩率的GYLON® 3545。
衬PTFE法兰密封测试
测试是在室温下开展的，在崭新的PTFE衬里钢法兰CL150的（规格有1”,2”和4“）突面法兰上，另一面为不锈钢盲板，安装垫片GYLON® 3545（1.6mm），采用不同扭矩上紧后，放入水中通不同压力的压缩空气观察其泄漏情况。扭矩和密封压应力如下：
扭矩和密封压应力：
✔ 1ʺ -CL150，扭矩15 ft.lbs.，垫片压应力29.22MPa
✔ 2 ʺ -CL150，扭矩35 ft.lbs.，垫片压应力16.8MPa
✔ 4 ʺ -CL150，扭矩45 ft.lbs.，垫片压应力17.74MPa
安装24小时后，将测试工装沉浸在水中，加压缩空气15分钟 ，压力分别保持在50 psig（3.5bar）, 100 psig（7bar）, 150 psig（13,5bar）, 200 psig（14bar）, 250 psig（17.5bar）和 300 psig（21bar），观察泄漏情况。测试中，三个法兰均无可视泄漏，移除垫片后的PTFE法兰表面完好无损，照片如下。
测试证明GYLON® 3545高压缩率的特点，能补偿衬里法兰不平度的不足，在较小面压（如16.8Mpa～29.22Mpa）下能达到密封，是既高补偿又能做到低泄漏的垫片。
总结
对于衬PTFE类钢法兰，其表面的不平整度给密封带来了挑战，GYLON® 3545完美解决这一密封难点。GYLON® 3545由100%的聚四氟乙烯材料组成，有着优异的耐化学腐蚀性，其载荷较低就容易实现低泄漏密封且载荷高也能保持密封，实际运行过程中让衬PTFE法兰密封性能更可靠。GYLON® 3545其高补偿性且有较宽范围的安全面压的也让安装过程中与法兰的容错性较强，非常适合弥补钢制受损法兰的缺陷。
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参考文献：
1、HG/T 20538-2016衬塑钢管和关键选用系列
2、EN13555 法兰及其接头——与圆形法兰接头设计相关的垫片参数及其试验方法（Flanges and their joints-Gasket parameters and test procedures relevant to the design rules for gasketed circular flange connections）
3、密封数据第三方查询中心https://gasketdata.org
4、EN 1591-1:Flanges and their joints 法兰及其接头
