橡塑密封技術發展動向

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　　密封可分為靜密封和動密封兩大類。靜密封主要有墊密封、密封膠密封和直接接觸密封三大類。根據工作壓力，靜密封又可分為中低壓靜密封和高壓靜密封。中低壓靜密封常用材質較軟寬度較寬的墊密封，高壓靜密封則用材質較硬接觸寬度很窄的金屬墊片。動密封可以分為旋轉密封和往復密封兩種基本類型。按密封件與其作相對運動的零部件是否接觸，可分為接觸式密封和非接觸式密封；按密封件和接觸位置又可分為圓周密封和端面密封，端面密封又稱為機械密封。動密封中的離心密封和螺旋密封，是借助機器運轉時給介質以動力得到密封，故有時稱為動力密封。

　　對密封的基本要求是密封性好、安全可靠、壽命長，燕應力求結構緊湊，系統簡單，制造維修方便，成本低廉，大多數密封件易損件，應保證互換性，實現標準化、系列化。

　　各種型式的密封，都有其特點和使用范圍，設計密封時應先進行分析比較。

　　全封閉密封

　　密封設計中的幾個問題

　　密封用材料

　　密封材料應滿足密封功能的要求。由于被密封的介質不同，以及設備的工作條件不同，要求密封材料具有不同的適用性。對密封材料的要求是：①材料致密性好，不易泄漏介質；②有適當的機械強度和硬度；③壓縮性和回彈性好，永久性變形小；④高溫下不軟化、不分解，低溫下不硬化、不脆裂；⑤抗腐蝕性能好，在酸、堿、油等介質中能長期工作，其體積一硬度變化小，且不粘附在金屬表面上；⑥摩擦系數小，耐磨性好；⑦具有與密封面貼全的柔軟性；⑧耐老化性好，經久耐用；⑨加工制造方便，價格便宜，取材容易。顯然，任何一種材料要完全滿足上述要求是不可能的，但具有優異密封性能的材料能夠滿足上述大部分要求。

　　可橡膠是最常用的密封材料，除橡膠外，適合于做密封材料的還有石墨帶、聚四氟乙烯以及各種密封膠等，表29.2-4列出密封材料的分類和用途。

　　表29.2-2 常用密封方法的特征

　　類別 材料 用途

　　液體 高分子材料 液態密封膠、厭氧膠、熱熔型密封膠

　　纖維 植物纖維 棉、麻、紙、軟木 墊片、軟填料、防塵密封件、夾布橡膠密封件

　　動物纖維 毛、氈、皮革 墊片、軟填料、成型填料、油封、防塵密封件

　　纖維 礦物纖維 石棉 墊片、軟填料

　　人造纖維 有機合成纖維、玻璃纖維、碳纖維、陶瓷纖維 軟填料、夾布橡膠密封件

　　彈塑性體 橡膠 合成橡膠、天然橡膠 墊片、成型填料、油封、軟填料、防塵密封件、全封閉密封件

　　塑料 氟塑料、尼龍、聚乙烯、酚醛塑性、氯化聚醚、聚苯硫醚 墊片、成型填料、油封、軟填料、硬填料、活塞環、機械密封、防塵密封件、全封閉密封件

　　密封膠 液態密封膠、厭氧膠 墊片、導管聯接、螺紋密封

　　無機材料 柔生石墨 天然石墨 墊片、軟填料、密封件

　　碳石墨 焙燒碳、電化石墨 機械密封、硬填料、動力密封、間隙密封

　　工程陶瓷 氧化鋁瓷、滑石瓷、金屬陶瓷、氧化硅、硼化鉻

　　金屬 有色金屬 銅、鋁、鉛、鋅、錫及其合金 墊片、軟填料、機械密封、迷宮密封、硬填料、間隙密封

　　黑色金屬 碳鋼、鑄鐵、不銹鋼、堆焊合金、噴涂粉末 墊片、硬填料、機械密封、活塞環、間隙密封、防塵密封件、全封閉密封件、成型填料

　　硬質合金 鎢鈷硬質合金、鎢鈷鈦硬質合金 機械密封

　　貴金屬 金、銀、銦、鉭 高真空密封、高壓密封、低溫密封

　　泄漏

　　是指從運動副的密封處越界漏出的少量不作有用功的流體的現象。

　　造成泄漏的基本原因是密封部位內外兩側的壓力差或濃度差使流體流動，以及密封面上有間隙，使流體溢出。對于不同類型的密封，作用原理有所不同。靜密封是依靠封閉結合面間的間隙以實現密封作用；而動密封就不能單純依靠封閉結合面間的間隙實現密封，因為間隙愈緊密，對偶表面相對運動時的摩擦阻力就愈大，導致結合面發熱，使密封很快失效，因此動密封作用原理的要點是既可保持密封而又不產生較大摩擦阻力，包括減小密封兩側的壓力差及使結合面間保持流體潤滑膜等。

　　對密封件的基本要求有如下幾點：

　　1.在一定的壓力和溫度范圍內具有良好的密封性能。

　　2.摩擦阻力小，摩擦系數穩定。

　　3.磨損小，磨損后在一定程度上能自動補償，工作壽命長。

　　4.與工作介質相適應。

　　5.結構簡單，裝拆方便，價格低廉。

　　常用密封裝置的種類

　　1.模壓成型

　　大多數橡膠密封件均應用此種成型方法，如各種擠壓密封、旋轉軸唇形密封、往復動唇形密封圈、復合密封、薄膜密封、波紋管形密封等。

　　2.加工成型

　　如矩形密封、活塞環密封、同軸密封（或滑環組合密封）等。

　　3.板或條類型材

　　如橡膠、纖維增強橡膠、粘接石棉纖維、芳族聚酰胺纖維等，板或條類型材多半用于密封襯墊或填料，橡膠作為石棉及其代用品的粘合劑，其中芳族聚酰胺纖維與加工成型的橡膠圈有時用于航天設備往復動密封。

　　密封材料的性能要求

　　密封材料的性能是保證有效密封的重要因素，選擇密封材料，主要是根據密封元件的工作環境，如使用溫度、工作壓力、所使用的工作介質以及運動方式等。對密封材料的基本要求如下：

　　1.具有一定的力學性能，如拉伸強度、伸長率等；

　　2.彈性和硬度適當，壓縮永久變形小；

　　3.耐高溫和低溫，高溫下不分解、軟化，低溫下不硬化；

　　4.與工作介質相適應，不產生溶脹、分解、硬化等；

　　5.耐氧性和耐老化性好，經久耐用；

　　6.耐磨損，不腐蝕金屬；

　　7.易于成形加工，價格低廉；

　　橡塑密封技術發展動向

　　一、嚴酷環境

　　隨著機械產品使用條件的日益嚴酷、對橡膠密封制品的使用條件也提出了更高的要求，例如在航天、航空工業、石油及礦山工業、工程機械及交通運輸工業、能源工業等使用膠密封，往往要適應較寬的溫度環境及高壓、砂塵等嚴酷環境。據1984年國際橡膠會議資料，汽車、拖拉機中的旋轉軸唇形密封圈使用條件已有了較大發展。

　　由于使用條件的變更，將使特種橡膠消耗量不斷增加，要求發展新型密封件，提高密封件的使用壽命及可靠性。

　　旋轉軸唇形密封圈的工作壓力通常在0.1~3.5MPa,最高速度為15~20m/s.流體動力型的最高速度可達25~32m/s.但在較高情況下，工作壓力稍低一些。

　　往復動密封的系統壓力一般在20MPa以下，在航天、航空工業中使用的高性能組合密封，系統壓力可達56MPa.此時，最高工作速度為1m/s.

　　隨著我國經濟建設的發展，目前已提出了開發在高寒、沙漠與水下等環境中使用的密封件的要求。

　　二、擠壓型密封件的技術發展動向

　　擠壓型密封特別是O型圈在密封件中一直應用廣泛。其他如X型、T型、D型、方形、三角形等型式，適合在不同場合下應用。

　　改進的方向是使其密封性能穩定可靠，提高其耐壓能力，降低摩擦力。也可以和低摩擦的塑料如聚四氟乙烯、尼龍的滑環與支承環形成組合密封。提高其耐壓力及降低摩擦力。有一些制造廠的產品許可達到速度7.5m/s,密封壓力5.6MPa.

　　三、往復動唇形密封的技術發展動向

　　往復動唇形密封又稱唇形襯墊或皮碗，相當廣泛地應用于液壓系統的往復油缸動密封。這種密封受壓面呈唇形，在安裝時有極小過盈，使唇緣與密封面充分接觸產生密封作用。當油缸工作時，隨著壓力的升高，其接觸力與接觸面積增加，從而密封性提高。而在油缸回程時，壓力隆低，接觸面積與摩擦均低于工作行程，因此產生呼吸作用，潤滑唇口。

　　往復動密封的型式很多，常見的有J型、L型、U型、V型與Y型等。還有各種組合及復合密封。如彭形、蕾形、多唇形密封等。

　　在高壓下的必須防止擠出，選用具有足夠抗撕強度、硬度與模量。或是帶有支承環進行保護，或是采用增強的彈性體。一些高壓、高速或高溫下使用的密封往往使用復合組合式密封，如霞板公司（Shamban ）公司的"Turcon"滑環組合密封、卡爾·弗倫登堡公司和日本油封公司的"NCF", "SIMKO"高效組合密封、道蒂公司的Balmaster,霍爾公司的Hallprone等。

　　它們的共同特點是有兩個唇口與油缸壁接觸。密封部位中間設有凹槽，可以貯存介質，改善了潤滑性，唇損小，密封可靠，而用于氣動系統的唇密封則要求在無油潤滑的狀態下工作，故此與液壓系統的唇密封結構有所不同。目前多半采用在密封唇部設有貯存潤滑脂的槽或在唇部粘接有低摩擦塑料或布的結構以提高其使用壽命，有的從結構上想法降低密封唇的接觸面積與接觸壓力，有的將防塵刮板與密封件做成一體的結構。

　　四、旋轉軸唇形密封技術發展動向

　　目前相似結構的品種已不下200種。如流體動力型、內包骨架、裝配式、外露骨架、粘接聚四氟乙烯的AF型、雙模量回流型等等。外露骨架裝配式的優點是定位準確。同軸度高、導熱散熱條件好。在壓力和振動作用下穩定，因而有較高的使用壽命，同時節省膠料。雙模量回流型運用波形密封理論，通過在密封接觸部位增加一種低定伸、易變形材料，即可獲得回流效果，同時可降低產品設計與模具加工費用。

　　密封膠與密封脂

　　密封膠是一種涂敷在兩結合面間，使之膠接在一起，從而將泄漏縫隙堵塞的密封材料。密封膠是一種高分子密封材料。密封膠一般分為液態密封膠與厭氧膠兩類。液態密封膠的初始形態一般是具有流動性的粘稠液狀物，能容易地填滿接合面間的縫隙而形成（或者經過干燥后形成）具有粘性、粘彈性或可剝性的均勻而穩定的連續薄膜。而厭氧膠則在密封膠滲入兩接合面并與空氣隔絕時，在常溫下自行聚合固化而將兩接合面牢固地膠接和密封。

　　現國內市場上的密封膠，其主要缺點為油脂耐溫低、粉料易固化粘附等，造成密封過程中耐溫差、易粘附于缸面，難以清除等缺陷，另外，還有保質期較短等缺點。

　　德國的博科思高溫密封膠具有良好的密封性能，又有良好的耐溫、耐壓、耐密介質等特點，使用方法簡便，常用于機電產品的靜止接合面間的密封，以及接合面較復雜的螺紋等的密封。博科思高溫密封膠優異的耐溫性能，最高耐溫可達900℃；良好的耐壓性能，在蒸汽壓力下承受25Mpa,無密封環法蘭承受45Mpa,螺管接頭55Mpa;極好的密封性能，由于產品具有良好的塑變性，受熱不會固化，密封膜不會被破壞，從而保證了機件密封面的密封；產品易于清除，使用過的密封面可以用無水乙醇或丙酮輕易的擦去，而不會附著于密封面；博科思高溫密封膠保質期較長，產品在正確儲存的情況下，我們保證兩年的適用期；使用壽命長，根據應用指導使用并正常運行時，對于蒸汽輪機和燃氣輪機，我們保證在機加密封面（對接接頭）的使用壽命在10年。詳細資料請咨詢美國美嘉華國際公司。

　　主要應用于汽輪機、燃氣輪機等缸蓋結合面的密封和潤滑；壓縮機、蒸汽機、透平機汽缸端面的密封和潤滑；在高溫高壓下接觸酸、堿、蒸汽等部位的密封和潤滑；高溫熱爐管道法蘭面、油氣田深井鉆具的耐高溫密封；特別適用于超臨界以及超超臨界容量火力發電機組的汽輪機氣缸結合面的持久密封；應用于航空發動機、船舶用發動機及真空泵等斷面密封和潤滑；高溫熱管絲扣螺紋的密封。