密封技术基础知识

密封技术基础知识一、密封技术1.1泄露泄露是机械设备常产生的故障之一。造成泄露的原因主要有两方面：一是由于机械加工的结果，机械产品的表面必然存在各种缺陷和形状及尺寸偏差，因此，在机械零件联接处不可避免地会产生间隙；二是密封两侧存在压力差，工作介质就会通过间隙而泄露。减小或消除间隙是阻止泄露的主要途径。密封的作用就是将接合面间的间隙封住，隔离或切断泄露通道，增加泄露通道中的阻力，或者在通道中加设小型做功元件，对泄露物造成压力，与引起泄露的压差部分抵消或完全平衡，以阻止泄露。对于真空系统的密封，除上述密封介质直接通过密封面泄露外，还要考虑下面两种泄露形式：渗漏。即在压力差作用下，被密封的介质通过密封件材料的毛细管的泄露称为渗漏；扩散。即在浓度差作用下，被密封的介质通过密封间隙或密封材料的毛细管产生的物质传递成为扩散。1.2密封的分类密封可分为相对静止接合面间的静密封和相对运动接合面间的动密封两大类。静密封主要有点密封，胶密封和接触密封三大类。根据工作压力，静密封由可分为中低压静密封和高压静密封。中低压静密封常用材质较软，垫片较宽的垫密封，高压静密封则用材料较硬，接触宽度很窄的金属垫片。动密封可以分为旋转密封和往复密封两种基本类型。按密封件与其作用相对运动的零部件是否接触，可以分为接触式密封和非接触式密封。一般说来，接触式密封的密封性好，但受摩擦磨损限制，适用于密封面线速度较低的场合。非接触式密封的密封性较差，适用于较高速度的场合。1.3密封的选型对密封的基本要求是密封性好，安全可靠，寿命长，并应力求结构紧凑，系统简单，制造维修方便，成本低廉。大多数密封件是易损件，应保证互换性，实现标准化，系列化。1.4密封材料1.4.1密封材料的种类及用途密封材料应满足密封功能的要求。由于被密封的介质不同，以及设备的工作条件不同，要求密封材料的具有不同的适应性。对密封材料的要求一般是：1）材料致密性好，不易泄露介质；2）有适当的机械强度和硬度；3）压缩性和回弹性好，永久变形小；4）高温下不软化，不分解，低温下不硬化，不脆裂；5）抗腐蚀性能好，在酸，碱，油等介质中能长期工作，其体积和硬度变化小，且不粘附在金属表面上；6）摩擦系数小，耐磨性好；7）具有与密封面结合的柔软性；8）耐老化性好，经久耐用；9）加工制造方便，价格便宜，取材容易。橡胶是最常用的密封材料。除橡胶外，适合于做密封材料的还有石墨等，聚四氟乙烯以及各种密封胶等。1.4.2通用的橡胶密封制品材料通用的橡胶密封制品在国防，化工，煤炭，石油，冶金，交通运输和机械制造工业等方面的应用越来越广泛，已成为各种行业中的基础件和配件。橡胶密封制品常用材料如下。1.4.2.1丁腈橡胶丁腈橡胶具有优良的耐燃料油及芳香溶剂等性能，但不耐酮，酯和氯化氢等介质，因此耐油密封制品以及采用丁腈橡胶为主。1.4.2.2氯丁橡胶氯丁橡胶具有良好的耐油和耐溶剂性能。它有较好的耐齿轮油和变压器油性能，但不耐芳香族油。氯丁橡胶还具有优良的耐天候老化和臭氧老化性能。氯丁橡胶的交联断裂温度在200℃以上，通常用氯丁橡胶制作门窗密封条。氯丁橡胶对于无机酸也具有良好的耐腐蚀性。此外，由于氯丁橡胶还具有良好的挠曲性和不透气性，可制成膜片和真空用的密封制品。1.4.2.3天然橡胶天然橡胶与多数合成橡胶相比，具有良好的综合力学性能，耐寒性，较高的回弹性及耐磨性。天然橡胶不耐矿物油，但在植物油和醇类中较稳定。在以正丁醇与精制蓖麻油混合液体组成的制动液的液压制动系统中作为密封件的胶碗，胶圈均用天然橡胶制造，一般密封胶也常用天然橡胶制造。1.4.2.4氟橡胶氟橡胶具有突出的耐热（200～250℃），耐油性能，可用于制造气缸套密封圈，胶碗和旋转唇形密封圈，能显著地提高使用时间。1.4.2.5硅橡胶硅橡胶具有突出的耐高低温，耐臭氧及耐天候老化性能，在-70～260℃的工作温度范围内能保持其特有的使用弹性及耐臭氧，耐天候等优点，适宜制作热机构中所需的密封垫，如强光源灯罩密封衬圈，阀垫等。由于硅橡胶不耐油，机械强度低，价格昂贵，因此不宜制作耐油密封制品。1.4.2.6三元乙丙橡胶三元乙丙橡胶的主链是不含双键的完全饱和的直链型结构，其侧链上有二烯泾，这样就可用硫磺硫化。三元乙丙橡胶具有优良的耐老化性，耐臭氧性，耐候性，耐热性（可在120℃环境中长期使用），耐化学性（如醇，酸，强碱，氧化剂），但不耐脂肪族和芳香族类溶剂侵蚀。三元乙丙橡胶在橡胶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，三元乙丙橡胶有突出的耐蒸汽性能，可制作耐蒸汽膜片等密封制品。三元乙丙橡胶已广泛用于洗衣机，电视机中的配件和门窗密封制品，或多种复合体剖面的胶条生产中。1.4.2.7聚氨脂橡胶聚氨脂橡胶具有优异的乃磨性和良好的不透气性，使用温度范围一般为-20～80℃。此外，还具有中等耐油，耐氧及耐臭氧老化特性，但不耐酸碱、水、蒸汽和酮类等。适于制造各种橡胶密封制品，如油封、O形圈和隔膜等。1.4.2.8氯醚橡胶氯醚橡胶兼有丁腈橡胶，氯丁橡胶，丙烯酸酯橡胶的优点，其耐油、耐热、耐臭氧、耐燃、耐碱、耐水及耐有机溶剂性能都很好，并有良好的工艺性能，其耐寒性较差。在使用温度不太低的情况下，氯醚橡胶仍是制造油封，各种密封圈，垫片，隔膜和防尘罩等密封制品的良好材料。1.4.2.9丙烯酸酯橡胶丙烯酸酯橡胶具有耐热油（矿物油，润滑油和燃料油），特别是在高温下的耐油稳定性能，一般可达175℃，间隙使用或短时间可耐温200℃。它的缺点是耐寒性差。因此在非寒冷地区适合制作耐高温油的油封，但不适合作高温下受拉伸或压缩应力的密封制品。胶种主要特点工作温度主要用途丁腈橡胶耐油、耐热、耐磨性好。广泛用于制作密封制品，但不适用于磷酸酯系列液压及含极性-40～120℃用于制作“O”形圈，油封，适用于一般的液压、气动系添加剂的齿轮油。统。氢化丁腈橡胶强度高、耐油、耐磨、耐热、耐老化。-40～150℃用于高温、高速的往复密封和旋转密封。橡塑胶材料弹性模量大，强度高，其他性能同上。-30～80℃用于制作“O”形圈、“Y”形圈、防尘圈等，应用于工程机械及高压液压系统的密封。氟橡胶耐热、耐酸碱及其它化学药品、耐油（包括磷酸酯系列液压油），适用于所有润滑油、汽油、液压油、合成油。-20～200℃适用于耐高温、化学药品、耐燃液压油的密封，在冶金、电力等行业用途广泛。聚氨酯耐磨性能优异、强度高、耐老化性能好。-20～80℃适用于工程机械和冶金设备中的高压、高速系统密封。硅橡胶耐热、耐寒性好。压缩永久变形小，但机械强度低-60～230℃适用于高、低温下的高速旋转密封及食品机械的密封。聚丙烯酸酯耐热性优于NBR，可在含极性添加剂的各种润滑油、液压油、石油系液压油中工作，耐水性较差。-20～150℃可用于各种小汽车油封及各种齿轮箱、变速箱，可耐中高温。乙丙橡胶耐气候性能好，在空气中耐老化、耐油性能一般，可耐氟里昂及多种制冷剂。-50～150℃应用于冰箱及制冷机械的密封。聚四氟乙烯化学稳定性好，耐热、耐寒性好，耐油、水、汽、药品等各-55～260℃制作耐磨环、导向环、挡圈，为机械上种介质。机械强度较高，耐高温、耐磨，摩擦系数极低，自润滑性好。常用的密封材料，广泛用于冶金、石化、工程机械、轻工机械。尼龙耐油、耐热、耐磨性好，抗压强度高，抗冲击性能好，但尺寸稳定性差。-40～120℃用于制作导向环、支撑环、压环、挡圈。聚甲醛耐油、耐热、耐磨性好，抗压强度高，抗冲击性能好，有较好的自润滑性能，尺寸稳定性好，但屈挠性差。-40～140℃用于制作导向环、挡圈。二、垫密封2.1概述垫密封广泛应用于管道，压力容器以及各种壳体的结合面的静密封中。垫密封有非金属密封垫，非金属与金属组合密封垫和金属密封垫三大类。其常用材料有橡胶，皮革，石棉，软木，聚四氟乙烯，钢，铁，铜和不锈钢等。垫密封的泄露有三种形式：界面泄露，渗透泄露和破坏性泄露。其中以前二者为主要形式。2.2密封垫的选用密封垫的选用原则是，对于要求不高的场合，可凭经验选取，不合市时再更换。但对于那些要求严格的场合，例如易爆，剧毒和可燃气体以及强腐蚀的液体设备，反应罐和输送管道系统等，则应根据工作压力，工作温度，密封介质的腐蚀性及结合密封面的形式来选用。一般来说，在常温低压时，选用非金属软蜜密封垫；中压高温时，选用金属与非金属组合密封垫或金属密封垫；在温度，压力有较大的波动时，选用弹性好的或自紧式密封垫；在低温，腐蚀性介质或真空条件下，应考虑具有特殊性能的密封垫。这里需要说明的是法兰情况对垫片选择的影响。法兰形式的影响。法兰形式不同，要求使用的垫片也不同。光滑面法兰一般只用于低压，配软质的薄密封垫；在高压下，如果法兰的强度足够，也可以用光滑面法兰，但应该用厚软质垫，或者用带内加强环或加强环的缠绕密封垫。在这种场合，金属垫片也不适用，因为这时要求的压紧力过大，导致螺栓较大的变形，使法兰不易封严。如果要用金属垫片，则应将光滑面缩小，使其与垫片的接触面积减小。这样，在螺栓张力相同的情况下，缩小后的窄光滑面的压紧应力就会增大。法兰表面粗糙度的影响。法兰表面粗糙度对密封效果影响很大，特别是当采用非软质垫片时，密封表面粗糙的度值大是造成泄露的主要原因之一。例如，车削法兰面的刀纹是螺旋线，使用金属垫片时，如果粗糙度值较大，垫片就不能堵死刀纹所形成的这条螺旋槽，在压力作用下，介质就会顺着这条沟槽泄露出来。软质密封垫对法兰面的光洁程度要求低很多，这是因为，它容易变形，能够堵死加工刀纹，从而防止了泄露。对软质垫片，法兰面过于光滑反而不利，因为此时发生界面泄露阻力变小了。所以，垫片不同，所要求的法兰表面粗糙度也不相同。三、胶密封3.1概述密封材料的功能是填充构形复杂且不利施工的间隙，以起密封作用。密封材料主要有三种类型：1）硫化型的橡胶垫片或密封圈；2）非硫化型的密封胶带；3）无固定形状的膏状或腻子状的液体密封胶。3.2密封胶的分类密封胶的品种及类型很多。为了满足同一使用要求，可以使用几种不同基料的密封胶；而同一种基料又能制造出不同性能和不同的用途的密封胶。从密封胶的制造者和使用者两方面考虑，密封胶有多种分类方法。一般可按下述四种方法进行分类。3.2.1按密封胶基料分类3.2.1.1橡胶型此类密封胶以橡胶为基料。常用橡胶有聚硫橡胶，硅橡胶，聚氨酯橡胶，氯丁橡胶和丁基橡胶等。3.2.1.2树脂型此类密封胶以树脂为基料。常用树脂有环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、聚丙烯酸树脂、聚氯乙烯树脂等。3.2.1.3油基型此类密封胶以油料为基料。常用的油类有各种植物油如亚麻油，蓖麻油和桐油，以及动物油（如鱼油）等。3.2.2按密封胶硫化方法分类此类密封胶系列利用空气中的水分进行硫化。它主要包括单组分的聚氨酯、硅橡胶和聚硫橡胶等。其聚合物基料中含有活性基因，能同空气中的水发生反应，形成交联键，使密封胶硫化成网状结构。大气中的湿气作为硫化反应中的催化剂。3.2.2.2化学硫化型密封胶双组分的聚氨酯、硅橡胶、聚硫橡胶、氯丁橡胶和环氧树脂密封胶都属于这一类，一般在室温条件下完成硫化。某些单组分的氯磺化聚乙烯和氯丁橡胶密封胶以及聚氯乙烯溶胶糊状密封胶（如汽车用点焊胶），则须在加条件下经化学反应完成硫化。3.2.2.3热转变型密封胶用增塑剂分散的聚氯乙烯树脂和含有沥青的橡胶并用的密封胶是两个不同类型的热转变体系。乙烯基树脂增塑体在室温下是液态悬浮体，通过加热转化为固体而硬化；而橡胶——沥青并用密封胶则为热熔性的。3.2.2.4氧化硬化型密封胶表面干燥的嵌缝或安装玻璃用密封胶属这种类型，主要以干性和半干性植物油为基材。着中类油料可以是精制聚合的、吹制的或化学改性的。用环烷酸钴作催干剂加速表面干燥而内部不硬化；环烷酸铅可使表面和内部都硬化；而环烷酸锰使内部硬化更有效。3.2.2.5溶剂挥发凝固型密封胶这是以溶剂挥发后无粘性高聚物为基料的密封胶。这一类密封胶主要有丁基相交、高分子量聚异丁烯、一定聚合程度的丙烯酸酯、氯磺化聚乙烯以及氯丁橡胶等密封胶。3.2.2.6不干性能够永久塑性密封胶这类密封胶通常包括以聚丁烯、中等分子量的聚异丁烯