GBT 20671.4-2026《垫片材料密封性试验方法》

GB/T20671.4-2026非金属垫片材料分类体系及试验方法第4部分：垫片材料密封性试验方法警示——使用本文件的人员应有正规实验室工作的实践经验。本文件并未指出所有可能的安全问题。使用者有责任采取适当的安全、健康及环保措施，并保证符合国家有关法律法规规定。本文件规定了非金属垫片材料室温下密封性能测定的方法概述、试验设备、试验样品、设备调试、试样调节、设备标定、试验程序、结果计算及试验报告。本文件适用于测定非金属垫片材料在不同载荷下的密封性。试验方法A适用于液体泄漏率测量，试验方法B适用于液体和气体两种介质的泄漏率测量。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T20671.1—2020非金属垫片材料分类体系及试验方法第1部分：非金属垫片材料分类体系GB/T20671.3—2020非金属垫片材料分类体系及试验方法第3部分：垫片材料耐液性试验方法3术语和定义本文件没有需要界定的术语和定义。4方法概述4.1试样置于钢性法兰中间，给法兰施加规定的载荷后，试验介质引入环形垫片中间，并达到规定的压力。对于液体密封性能试验(试验方法A和B),推荐使用GB/T20671.3—2020附录A中试验用液体，通过固定在密封性能试验设备中的带刻度玻璃管内液体的水平面变化量测量出泄漏率。气体密封性能试验(试验方法B)介质为氮气，其泄漏率通过密封性能试验设备中压力计的水平面变化来测量。试验方法A试验装置示意图见图1。试验方法B试验装置示意图见图2、图3。4.2密封性能试验结果以泄漏率来表示，即在规定的试验条件下，试样每小时泄漏的体积(mL)。5试验设备5.1试验方法A5.1.1压缩空气源和调节器：提供压缩空气并用合适的调节器将压力控制在0kPa～101.4kPa。5.1.2压力测量装置：101.4kPa的压力计或压强计，压力读数精确到0.5kPa。25.1.3量管：容积10mL,分度值0.05mL,两端用软管连接。5.1.4泄漏率试验装置：包括一个合适的千分表，分度值不大于0.025mm,其配置形式如图1所示。5.1.5旋塞：装在上法兰盘上，以排出里面的空气。5.1.6软管：连接管路应采用柔韧性好、耐试验介质和压力的软管；系统主体连接推荐使用坚硬铜管或不锈钢管，减少变形影响。5.1.7加压装置：以适当的方式将外部载荷精确地加到泄漏率试验装置上，并保持这个载荷在±1.0%以内。载荷范围应为最小862kPa,最大27.6MPa。7标引序号说明：1——压缩空气源；3——压力测量装置；5——泄漏率试验装置；6——密封性试验单元；7——试验样品；11——千分表。图1垫片材料液体泄漏率试验设备——试验方法A5.2试验方法B5.2.1氮气钢瓶和压力调节器：装有干燥氮气的钢瓶，带有合适的调节器以控制出口的压力。5.2.2压力表：适合于精确地测量690kPa的压力。推荐使用直径114mm、分度值不大于3.4kPa的压力表。5.2.3压紧装置：由上、下压板和四个带螺母的双头螺栓组成，见图2和图3。5.2.4试验用法兰：由上法兰、下法兰组成，用以夹紧被测垫片材料，表面光洁度应为0.4μm～0.8μm。5.2.5压力传感器组件：包括经标定的压力传感器(其直径取决于规定的载荷范围),伸出传感器中央的千分表测杆，固定于传感器的自定位球衬套和测量传感器偏移的精密千分表(直径为50mm,总量程3为0.152mm,刻度范围为0.013mm)。5.2.6钢性缓冲盘：退火钢缓冲盘，用于防止坚硬的传感器损坏法兰顶部。5.2.7连接套筒：用于将千分表和传感器螺纹头连接起来。当连接好后，传感器上的指示单元与千分表的动作探头相接触。5.2.8压力计：标准的101.4kPa压力计，适合用于水，适用于2.07MPa的压力，分度值为1.0mm。5.2.9观察窗和贮液箱：做液体介质的密封试验时，需要一个贮液箱，它可以是任何的金属容器，容积约1500cm³,管接到系统中，应便于装入液体。观察窗是由能承受2.07MPa的锅炉用玻璃管制成，用于观察液体的水平面，其外径16mm,长度约280mm,以适当方式竖立组装固定，刻线分度为1.0mm。如有需要，5.2.8的压力计可以当作观察窗(见10.2)。5.2.10管线、接头和阀门：应采用耐高压软管、端部经扩张或压缩处理的连接接头及小型手动阀门。连接压力计或观察窗与试验设备的软管应为小孔径结构，以减少内容积，推荐使用内径1.6mm的细管。5.2.11实验室用应力-应变设备：设备安全施加的最大力为44.48kN。配备经校准的载荷测力器，可对设定偏移量的传感器施加并测量所需压力。设备的准确度为示值的±5%。5.2.12配置专用夹具，用于在拧紧顶端螺母时固定压紧装置的底板。标引序号说明：1——试验样品；2——缓冲盘；3——压力传感器；4——自定位球衬套；5——千分表；6——连接套筒；8——观察窗；9——空气压力调节器；10——外径6mm的管线；11——密封衬垫试验台。图2垫片材料液体泄漏率试验设备——试验方法B(液体)468标引序号说明：1——阀C;2——外径6mm的管线；3——氮气源；4——压力调节器；5——阀A;6——阀B;7——压力计；8——密封衬垫试验台；9——试验样品。图3垫片材料气体泄漏率试验设备——试验方法B(气体)6试验样品6.1试验方法A的试样制备6.1.1当进行板状垫片材料测试时，试样应用模具冲切，其边缘应光滑、干净、无毛刺。试样内径为32.29mm±0.03mm,外径为44.26mm±0.06mm。除非供需双方另有约定，试样厚度应为0.76mm左右。设定该试样的平均面积为719.35mm²。6.1.2垫片试样厚度应采用GB/T20671.1—2020规定的测厚仪进行测量。6.1.3试样应进行外观检查，表面存在划痕、破损、纤维束等缺陷的试样应予以剔除。6.2试验方法B的试样制备6.2.1试样应采用模具冲切制备，边缘应光滑、干净且无毛刺。试样应为环形，内外直径同圆心，以确保能适配安装于密封试验单元。除非供需双方另有约定，试样厚度应为0.76mm±0.13mm。垫片试样厚度应采用GB/T20671.1—2020规定的测厚仪进行测量，以利于试验结果的记录与报告。6.2.2GB/T20671.1—2020中4型和5型现场成形的垫片材料——应用标准长度122mm、公称宽度在4.76mm～6.35mm之间的材料，形成一个中间直径38mm的圆圈。4型材料的两端应交叉重叠6.35mm±1.59mm,形成一个完整的环形密封圈。5型材料的两端应交叉重叠1.59mm±0.79mm,形5成一个完整的环形密封圈。6.2.3试样应进行外观检查，表面存在划痕、破损等缺陷的试样应予以剔除。7设备调试7.1试验方法A试验前，应检查设备的泄漏状况。从厚度约3.2mm的橡胶板中冲切橡胶垫片，将其装入设备后进行试验；调整设备外部法兰压力至862kPa,试验液体内压力为101.1kPa,15min内系统应无泄漏。7.2试验方法B7.2.1给设备的各部件抹一薄层油膜，涉及部件包括立柱螺母、垫圈及传感器自定位球衬套。7.2.2用溶剂(如丙酮)清洗法兰密封面，垫片对中安装。每次试验前，检查法兰有无划痕或裂纹。7.2.3应通过反复试验确定螺栓与上、下压板的最佳装配位置。最佳组合位置确定后，需在螺栓与压板上进行标记，并保持各部件间的相对位置不变。7.2.4应按图2、图3的要求组装设备，连接管路与阀门；观察窗及贮液箱的安装应符合图2的规定。设备上可安全施加的最大力为44.48kN。在使用时，既可以这样组装，也可以将压力计插在压力表至试验装置的管线中，多数情况下按照图2和图3的组装会更为简单和方便。但是，如果需要，也可将管路改进，以便液体和气体两种试验介质的泄漏率能够用同一个压力计测试。7.2.5试验前，应检查设备的泄漏状况。卸开垫片试验台的连接管路，采用塞子封堵管路端口；通过对管路系统加压，完成设备阀门、压力计及管路的初步密封性检查。正常工作状态装配设备，从厚度约3.2mm的橡胶板中冲切橡胶垫片，将其装入设备；向法兰施加不小于6.984MPa的载荷，在此条件下，系统应无明显泄漏(泄漏率小于0.005mL/min)。对整个系统进行数小时的密封性检查，确保后续泄漏率测试结果的高精度。8试样调节试验样品在试验前应按GB/T20671.1—2020的规定进行调节。9设备标定——试验方法B9.1采用实验室专用应力-应变测试设备对传感器组件进行标定，测定满足传感器偏移量技术要求对应的力值。测定满足传感器偏移量技术要求对应的力值。在传感器额定量程范围内，均匀选取不少于3个标定测点。多数工况下，传感器应力-应变特性标定值可覆盖其全量程范围，例如，直径8.1mm的传感器，其标定系数约为4.45kN/0.025mm(偏移量)。9.2用水来标定压力计。首先将管路注满水并将连接处堵塞，记录压力计读数，然后用实验室滴定管在顶部给压力计管中加水，通过滴定管滴出的精确水量可以确定压力计读数变化与水量之间的关系。观察窗也按同样的方式标定。10试验程序10.1试验温度除非另有规定，试验温度应为21℃~30℃。610.2试验方法A——液体泄漏率测试10.2.1将试样装入泄漏率试验装置。10.2.2将装配完毕的泄漏率试验装置置于外载荷施加设备上，对装置逐步加载，在20s内达到规定压力，并保持该压力载荷稳定1min。10.2.3将千分表调到0.00mm,拧紧试验装置的滚花螺母，撤除外加载荷后，千分表零位读数偏差应控制在±0.013mm范围内。10.2.4把已加载的试验单元和装置放进量管架里(图1),缓慢开启试验单元的排气阀，给量管里注入规定试验液体，排尽系统内空气。10.2.5从10.2.3操作完成3min(含10.2.4步骤所需时间)后，向试验液体施加规定压力，检查各连接处是否渗漏。试验期间介质压力的偏差不应超过压力表读数的±5mm。10.2.6向试验液体施加规定压力，且确认仪器各连接处无渗漏后，保持5min,读取量管内液面位置的示值，读数精度应达到0.01mL,该示值作为初始读数。持续观察并记录量管液面示值每变化0.05mL对应的时间间隔；取最后3次连续时间间隔对应的体积变化量计算平均值，并计算以毫升每小时(mL/h)为单位的平均泄漏率。10.3试验方法B——液体泄漏率测试10.3.1将试样置于下法兰中心，缓慢压合上法兰，确保上、下法兰同轴心布置。将上、下法兰组合件置于压紧装置框架中心位置，依次安装传感器、自定位球衬套、连接套筒及千分表。将上述组件装配于顶板，再将顶板套装至四根双头螺栓上；在传感器与上法兰之间加装刚性缓冲盘，将千分表的指针调零。10.3.2设定法兰负载为3.45MPa,确定该压紧力作用下传感器产生的偏移量。保持顶板水平、传感器系统垂直，同步拧紧四根双头螺栓的螺母。自定位球衬套用于补偿定位过程中的微小偏差。顺时针旋紧螺母，旋紧第一圈时施加约50%的目标载荷，剩余载荷在第二圈或第三圈旋紧过程中施加。螺母拧紧操作应在1min内完成。轻敲压紧装置底板，使得千分表读数准确。10.3.3给观察窗里注入试验液体，关闭阀B和阀E,打开阀A、阀D和阀C。液体的压力由气管或氮气钢瓶提供，除非被测材料的用户另有规定，被测液体的内部压力应为101.4kPa。通过阀C将空气排出，使得试验装置的空腔中充满液体，等阀C中流出少量液体后关闭阀C。按要求重新给观察窗里注入液体，并关闭阀A和阀D,将阀E打开释放掉观察窗里的压力。在阀E打开的情况下，打开阀B,让液体从贮液箱流进观察窗里，当液面到达要求点时，关闭阀B和阀E,打开阀A和阀D。10.3.4向垫片施加规定液体压力后，静置2min,采用分度值为1s的计时器，通过观察窗监测液面变化量，测定垫片的泄漏率。测定时间间隔的选取应满足泄漏率测量精度等级要求，各精度等级对应的推荐时间间隔见表1。连续进行多组泄漏率测定，直至泄漏率数值稳定且符合预期精度等级要求。因液体浸入垫片微孔需一定时间，液体介质泄漏率测定的数值稳定周期长于气体介质泄漏率测定；对于极低泄漏率工况，数值稳定耗时可达数小时。除非另有规定，低泄漏率材料的泄漏率测定宜在施加压力后30min～1h进行。10.3.5当试验完成后，关闭阀A和阀D,打开阀E和阀C,释放介质压力。然后卸开试验装置，取出试样。10.3.6从同一样本中选取若干个试样，并随机抽取不少于3个试样进行试验。10.4试验方法B——气体泄漏率测试10.4.1将试样置于下法兰中心，缓慢压合上法兰，确保上、下法兰同轴心布置。将上、下法兰组合件置于压紧装置框架中心位置，依次安装传感器、自定位球衬套、连接套筒及千分表。将上述组件装配于顶板，再将顶板套装至四根双头螺栓上；在传感器与上法兰之间加装刚性缓冲盘，将千分表的指针调零。710.4.2设定法兰负载为3.45MPa,确定该压紧力作用下传感器产生的偏移量。保持顶板水平、传感器系统垂直，同步拧紧四根双头螺栓的螺母。自定位球衬套用于补偿定位过程中的微小偏差。顺时针旋紧螺母，旋紧第一圈时施加约50%的目标载荷，剩余载荷在第二圈或第三圈旋紧过程中施加。螺母拧紧操作应在1min内完成。轻敲压紧装置底板，使得千分表读数准确。10.4.3随着阀B打开和阀C关闭，打开阀A并调节气体压力至规定的内压力。通过压力调节器精细控制，使气体压力尽可能接近规定值。压力稳定后，静置2min,使垫片充分松弛、泄漏率趋于平衡。然后关闭阀B,使用精度为1s的计时器，通过观察压力计液面的变化来测定泄漏率。10.4.4连续测量3个时间间隔段的泄漏率，并记录泄漏率结果。对于一定的设备，为使试验结果更准确，测量的时间间隔应根据泄漏率大小调整，建议按表1确定时间间隔。表1气体泄漏试验的时间间隔时间间隔1311结果计算11.1试验方法A将最后3次连续时间间隔的平均值转换成泄漏率，以mL/h表示。11.2试验方法B通过记录观察窗或压力计上读数的变化量乘以标定系数而得到泄漏的体积(mL),再用此泄漏量除以相应的时间间隔(mi