密封基本知識
2021-02-25 15:09
廈門三江盛達
一、密封泄漏原因
泄漏是機械設備常產生的故障之一。造成泄漏的原因主要有兩方面：
一是由于機械加工的結果，機械產品的表面必然存在各種缺陷和形狀及尺寸偏差，因此，在機械零件聯接處不可避免地會產生間隙；
二是密封兩側存在壓力差，工作介質就會通過間隙而泄漏。減小或消除間隙是阻止泄漏的主要途徑。密封的作用就是將接合面間的間隙封住，隔離或切斷泄漏通道，增加泄漏通道中的阻力，或者在通道中加設小型做功元件，對泄漏物造成壓力，與引起泄漏的壓差部分抵消或完全平衡，以阻止泄漏。
對于真空系統的密封，除上述密封介質直接通過密封面泄漏外，還要考慮下面兩種泄漏形式：
滲漏：即在壓力差作用下，被密封的介質通過密封件材料的泄漏稱為滲漏；
擴散：即在濃度差作用下，被密封的介質通過密封間隙或密封材料的毛細管產生的物質傳遞成為擴散。
二、密封的分類
密封可分為相對靜止接合面間的靜密封和相對運動接合面間的動密封兩大類。靜密封主要有點密封、膠密封和接觸密封三大類。根據工作壓力，靜密封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，墊片較寬的墊密封，高壓靜密封則用材料較硬，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。按密封件與其作用相對運動的零部件是否接觸，可以分為接觸式密封和非接觸式密封。一般說來，接觸式密封的密封性好，但受摩擦磨損限制，適用于密封面線速度較低的場合。非接觸式密封的密封性較差，適用于較高速度的場合。
三、密封的選型
對密封的基本要求是密封性好，安全可靠，壽命長，并應力求結構緊湊，系統簡單，制造維修方便，成本低廉。大多數密封件是易損件，應保證互換性，實現標準化，系列化。
四、密封材料
1、密封材料的種類及用途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，要求密封材料的具有不同的適應性。對密封材料的要求一般是：
1）材料致密性好，不易泄露介質；
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，其體積和硬度變化小，且不粘附在金屬表面上；
6）摩擦系數小，耐磨性好；
7）具有與密封面結合的柔軟性；
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。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等，聚四氟乙烯以及各種密封膠等。
2、通用的橡膠密封制品材料在國防、化工、煤炭、石油、冶金、交通運輸和機械制造工業等方面的應用越來越廣泛，已成為各種行業中的基礎件和配件。
橡膠密封制品常用材料如下。
1）丁腈橡膠
丁腈橡膠具有優良的耐燃料油及芳香溶劑等性能，但不耐酮，酯和氯化氫等介質，因此耐油密封制品以及采用丁腈橡膠為主。
2）氯丁橡膠
氯丁橡膠具有良好的耐油和耐溶劑性能。它有較好的耐齒輪油和變壓器油性能，但不耐芳香族油。氯丁橡膠還具有優良的耐天候老化和臭氧老化性能。氯丁橡膠的交聯斷裂溫度在200℃以上，通常用氯丁橡膠制作門窗密封條。氯丁橡膠對于無機酸也具有良好的耐腐蝕性。此外，由于氯丁橡膠還具有良好的撓曲性和不透氣性，可制成膜片和真空用的密封制品。
3）天然橡膠
天然橡膠與多數合成橡膠相比，具有良好的綜合力學性能，耐寒性，較高的回彈性及耐磨性。天然橡膠不耐礦物油，但在植物油和醇類中較穩定。在以正丁醇與精制蓖麻油混合液體組成的制動液的液壓制動系統中作為密封件的膠碗，膠圈均用天然橡膠制造，一般密封膠也常用天然橡膠制造。
4）氟橡膠
氟橡膠具有突出的耐熱（200～250℃），耐油性能，可用于制造氣缸套密封圈，膠碗和旋轉唇形密封圈，能顯著地提高使用時間。
5）硅橡膠
硅橡膠具有突出的耐高低溫，耐臭氧及耐天候老化性能，在-70～260℃的工作溫度范圍內能保持其特有的使用彈性及耐臭氧，耐天候等優點，適宜制作熱機構中所需的密封墊，如強光源燈罩密封襯圈，閥墊等。由于硅橡膠不耐油，機械強度低，價格昂貴，因此不宜制作耐油密封制品。
6）三元乙丙橡膠
三元乙丙橡膠的主鏈是不含雙鍵的完全飽和的直鏈型結構，其側鏈上有二烯涇，這樣就可用硫磺硫化。三元乙丙橡膠具有優良的耐老化性，耐臭氧性，耐候性，耐熱性（可在120℃環境中長期使用），耐化學性（如醇，酸，強堿，氧化劑），但不耐脂肪族和芳香族類溶劑侵蝕。三元乙丙橡膠在橡膠中密度是最低的有高填充的特性，但缺乏自粘性和互粘性。此外，三元乙丙橡膠有突出的耐蒸汽性能，可制作耐蒸汽膜片等密封制品。三元乙丙橡膠已廣泛用于洗衣機，電視機中的配件和門窗密封制品，或多種復合體剖面的膠條生產中。
7）聚氨脂橡膠
聚氨脂橡膠具有優異的耐磨性和良好的不透氣性，使用溫度范圍一般為-20～80℃。
此外，還具有中等耐油，耐氧及耐臭氧老化特性，但不耐酸堿、水、蒸汽和酮類等。
適于制造各種橡膠密封制品，如油封、O形圈和隔膜等。
8）氯醚橡膠
氯醚橡膠具有丁腈橡膠，氯丁橡膠，丙烯酸酯橡膠的優點，其耐油、耐熱、耐臭氧、耐燃、耐堿、耐水及耐有機溶劑性能都很好，并有良好的工藝性能，其耐寒性較差。
在使用溫度不太低的情況下，氯醚橡膠仍是制造油封，各種密封圈，墊片，隔膜和防塵罩等密封制品的良好材料。
9）丙烯酸酯橡膠
丙烯酸酯橡膠具有耐熱油（礦物油，潤滑油和燃料油），特別是在高溫下的耐油穩定性能，一般可達175℃，間隙使用或短時間可耐溫200℃。它的缺點是耐寒性差。因此在非寒冷地區適合制作耐高溫油的油封，但不適合作高溫下受拉伸或壓縮應力的密封制品。
泄漏是機械設備常產生的故障之一。造成泄漏的原因主要有兩方面：
一是由于機械加工的結果，機械產品的表面必然存在各種缺陷和形狀及尺寸偏差，因此，在機械零件聯接處不可避免地會產生間隙；
二是密封兩側存在壓力差，工作介質就會通過間隙而泄漏。減小或消除間隙是阻止泄漏的主要途徑。密封的作用就是將接合面間的間隙封住，隔離或切斷泄漏通道，增加泄漏通道中的阻力，或者在通道中加設小型做功元件，對泄漏物造成壓力，與引起泄漏的壓差部分抵消或完全平衡，以阻止泄漏。
對于真空系統的密封，除上述密封介質直接通過密封面泄漏外，還要考慮下面兩種泄漏形式：
滲漏：即在壓力差作用下，被密封的介質通過密封件材料的泄漏稱為滲漏；
擴散：即在濃度差作用下，被密封的介質通過密封間隙或密封材料的毛細管產生的物質傳遞成為擴散。
二、密封的分類
密封可分為相對靜止接合面間的靜密封和相對運動接合面間的動密封兩大類。靜密封主要有點密封、膠密封和接觸密封三大類。根據工作壓力，靜密封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，墊片較寬的墊密封，高壓靜密封則用材料較硬，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。按密封件與其作用相對運動的零部件是否接觸，可以分為接觸式密封和非接觸式密封。一般說來，接觸式密封的密封性好，但受摩擦磨損限制，適用于密封面線速度較低的場合。非接觸式密封的密封性較差，適用于較高速度的場合。
對密封的基本要求是密封性好，安全可靠，壽命長，并應力求結構緊湊，系統簡單，制造維修方便，成本低廉。大多數密封件是易損件，應保證互換性，實現標準化，系列化。
四、密封材料
1、密封材料的種類及用途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，要求密封材料的具有不同的適應性。對密封材料的要求一般是：
1）材料致密性好，不易泄露介質；
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，其體積和硬度變化小，且不粘附在金屬表面上；
6）摩擦系數小，耐磨性好；
7）具有與密封面結合的柔軟性；
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。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等，聚四氟乙烯以及各種密封膠等。
2、通用的橡膠密封制品材料在國防、化工、煤炭、石油、冶金、交通運輸和機械制造工業等方面的應用越來越廣泛，已成為各種行業中的基礎件和配件。
橡膠密封制品常用材料如下。
1）丁腈橡膠
丁腈橡膠具有優良的耐燃料油及芳香溶劑等性能，但不耐酮，酯和氯化氫等介質，因此耐油密封制品以及采用丁腈橡膠為主。
2）氯丁橡膠
氯丁橡膠具有良好的耐油和耐溶劑性能。它有較好的耐齒輪油和變壓器油性能，但不耐芳香族油。氯丁橡膠還具有優良的耐天候老化和臭氧老化性能。氯丁橡膠的交聯斷裂溫度在200℃以上，通常用氯丁橡膠制作門窗密封條。氯丁橡膠對于無機酸也具有良好的耐腐蝕性。此外，由于氯丁橡膠還具有良好的撓曲性和不透氣性，可制成膜片和真空用的密封制品。
3）天然橡膠
天然橡膠與多數合成橡膠相比，具有良好的綜合力學性能，耐寒性，較高的回彈性及耐磨性。天然橡膠不耐礦物油，但在植物油和醇類中較穩定。在以正丁醇與精制蓖麻油混合液體組成的制動液的液壓制動系統中作為密封件的膠碗，膠圈均用天然橡膠制造，一般密封膠也常用天然橡膠制造。
4）氟橡膠
氟橡膠具有突出的耐熱（200～250℃），耐油性能，可用于制造氣缸套密封圈，膠碗和旋轉唇形密封圈，能顯著地提高使用時間。
5）硅橡膠
硅橡膠具有突出的耐高低溫，耐臭氧及耐天候老化性能，在-70～260℃的工作溫度范圍內能保持其特有的使用彈性及耐臭氧，耐天候等優點，適宜制作熱機構中所需的密封墊，如強光源燈罩密封襯圈，閥墊等。由于硅橡膠不耐油，機械強度低，價格昂貴，因此不宜制作耐油密封制品。
6）三元乙丙橡膠
三元乙丙橡膠的主鏈是不含雙鍵的完全飽和的直鏈型結構，其側鏈上有二烯涇，這樣就可用硫磺硫化。三元乙丙橡膠具有優良的耐老化性，耐臭氧性，耐候性，耐熱性（可在120℃環境中長期使用），耐化學性（如醇，酸，強堿，氧化劑），但不耐脂肪族和芳香族類溶劑侵蝕。三元乙丙橡膠在橡膠中密度是最低的有高填充的特性，但缺乏自粘性和互粘性。此外，三元乙丙橡膠有突出的耐蒸汽性能，可制作耐蒸汽膜片等密封制品。三元乙丙橡膠已廣泛用于洗衣機，電視機中的配件和門窗密封制品，或多種復合體剖面的膠條生產中。
7）聚氨脂橡膠
聚氨脂橡膠具有優異的耐磨性和良好的不透氣性，使用溫度范圍一般為-20～80℃。
此外，還具有中等耐油，耐氧及耐臭氧老化特性，但不耐酸堿、水、蒸汽和酮類等。
適于制造各種橡膠密封制品，如油封、O形圈和隔膜等。
8）氯醚橡膠
氯醚橡膠具有丁腈橡膠，氯丁橡膠，丙烯酸酯橡膠的優點，其耐油、耐熱、耐臭氧、耐燃、耐堿、耐水及耐有機溶劑性能都很好，并有良好的工藝性能，其耐寒性較差。
在使用溫度不太低的情況下，氯醚橡膠仍是制造油封，各種密封圈，墊片，隔膜和防塵罩等密封制品的良好材料。
9）丙烯酸酯橡膠
丙烯酸酯橡膠具有耐熱油（礦物油，潤滑油和燃料油），特別是在高溫下的耐油穩定性能，一般可達175℃，間隙使用或短時間可耐溫200℃。它的缺點是耐寒性差。因此在非寒冷地區適合制作耐高溫油的油封，但不適合作高溫下受拉伸或壓縮應力的密封制品。
