密封基本知識
2021-02-25
一、密封泄漏原因
泄漏是機(jī)械設(shè)備常產(chǎn)生的故障之一。造成泄漏的原因主要有兩方面：
一是由于機(jī)械加工的結(jié)果，機(jī)械產(chǎn)品的表面必然存在各種缺陷和形狀及尺寸偏差，因此，在機(jī)械零件聯(lián)接處不可避免地會產(chǎn)生間隙；
二是密封兩側(cè)存在壓力差，工作介質(zhì)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(shè)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(tǒng)的密封，除上述密封介質(zhì)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(zhì)通過密封件材料的泄漏稱為滲漏；
擴(kuò)散：即在濃度差作用下，被密封的介質(zhì)通過密封間隙或密封材料的毛細(xì)管產(chǎn)生的物質(zhì)傳遞成為擴(kuò)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(yùn)動(dòng)接合面間的動(dòng)密封兩大類。靜密封主要有點(diǎn)密封、膠密封和接觸密封三大類。根據(jù)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(zhì)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(dòng)密封可以分為旋轉(zhuǎn)密封和往復(fù)密封兩種基本類型。按密封件與其作用相對運(yùn)動(dòng)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(yīng)力求結(jié)構(gòu)緊湊，系統(tǒng)簡單，制造維修方便，成本低廉。大多數(shù)密封件是易損件，應(yīng)保證互換性，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)滿足密封功能的要求。由于被密封的介質(zhì)不同，以及設(shè)備的工作條件不同，要求密封材料的具有不同的適應(yīng)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(zhì)；
2）有適當(dāng)?shù)臋C(jī)械強(qiáng)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(zhì)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(shù)小，耐磨性好；
7）具有與密封面結(jié)合的柔軟性；
8）耐老化性好，經(jīng)久耐用；
9）加工制造方便，價(jià)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(yùn)輸和機(jī)械制造工業(yè)等方面的應(yīng)用越來越廣泛，已成為各種行業(yè)中的基礎(chǔ)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(yōu)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(zhì)，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(yōu)良的耐天候老化和臭氧老化性能。氯丁橡膠的交聯(lián)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(jī)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(shù)合成橡膠相比，具有良好的綜合力學(xué)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(wěn)定。在以正丁醇與精制蓖麻油混合液體組成的制動(dòng)液的液壓制動(dòng)系統(tǒng)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(zhuǎn)唇形密封圈，能顯著地提高使用時(shí)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(nèi)能保持其特有的使用彈性及耐臭氧，耐天候等優(yōu)點(diǎn)，適宜制作熱機(jī)構(gòu)中所需的密封墊，如強(qiáng)光源燈罩密封襯圈，閥墊等。由于硅橡膠不耐油，機(jī)械強(qiáng)度低，價(jià)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?zhǔn)遣缓p鍵的完全飽和的直鏈型結(jié)構(gòu)，其側(cè)鏈上有二烯涇，這樣就可用硫磺硫化。三元乙丙橡膠具有優(yōu)良的耐老化性，耐臭氧性，耐候性，耐熱性（可在120℃環(huán)境中長期使用），耐化學(xué)性（如醇，酸，強(qiáng)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(jī)，電視機(jī)中的配件和門窗密封制品，或多種復(fù)合體剖面的膠條生產(chǎn)中。
7）聚氨脂橡膠
聚氨脂橡膠具有優(yōu)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(yōu)點(diǎn)，其耐油、耐熱、耐臭氧、耐燃、耐堿、耐水及耐有機(jī)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(wěn)定性能，一般可達(dá)175℃，間隙使用或短時(shí)間可耐溫200℃。它的缺點(diǎn)是耐寒性差。因此在非寒冷地區(qū)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(yīng)力的密封制品。
泄漏是機(jī)械設(shè)備常產(chǎn)生的故障之一。造成泄漏的原因主要有兩方面：
一是由于機(jī)械加工的結(jié)果，機(jī)械產(chǎn)品的表面必然存在各種缺陷和形狀及尺寸偏差，因此，在機(jī)械零件聯(lián)接處不可避免地會產(chǎn)生間隙；
二是密封兩側(cè)存在壓力差，工作介質(zhì)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(shè)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(tǒng)的密封，除上述密封介質(zhì)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(zhì)通過密封件材料的泄漏稱為滲漏；
擴(kuò)散：即在濃度差作用下，被密封的介質(zhì)通過密封間隙或密封材料的毛細(xì)管產(chǎn)生的物質(zhì)傳遞成為擴(kuò)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(yùn)動(dòng)接合面間的動(dòng)密封兩大類。靜密封主要有點(diǎn)密封、膠密封和接觸密封三大類。根據(jù)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(zhì)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(dòng)密封可以分為旋轉(zhuǎn)密封和往復(fù)密封兩種基本類型。按密封件與其作用相對運(yùn)動(dòng)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(yīng)力求結(jié)構(gòu)緊湊，系統(tǒng)簡單，制造維修方便，成本低廉。大多數(shù)密封件是易損件，應(yīng)保證互換性，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)滿足密封功能的要求。由于被密封的介質(zhì)不同，以及設(shè)備的工作條件不同，要求密封材料的具有不同的適應(yīng)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(zhì)；
2）有適當(dāng)?shù)臋C(jī)械強(qiáng)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(zhì)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(shù)小，耐磨性好；
7）具有與密封面結(jié)合的柔軟性；
8）耐老化性好，經(jīng)久耐用；
9）加工制造方便，價(jià)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(yùn)輸和機(jī)械制造工業(yè)等方面的應(yīng)用越來越廣泛，已成為各種行業(yè)中的基礎(chǔ)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(yōu)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(zhì)，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(yōu)良的耐天候老化和臭氧老化性能。氯丁橡膠的交聯(lián)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(jī)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(shù)合成橡膠相比，具有良好的綜合力學(xué)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(wěn)定。在以正丁醇與精制蓖麻油混合液體組成的制動(dòng)液的液壓制動(dòng)系統(tǒng)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(zhuǎn)唇形密封圈，能顯著地提高使用時(shí)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(nèi)能保持其特有的使用彈性及耐臭氧，耐天候等優(yōu)點(diǎn)，適宜制作熱機(jī)構(gòu)中所需的密封墊，如強(qiáng)光源燈罩密封襯圈，閥墊等。由于硅橡膠不耐油，機(jī)械強(qiáng)度低，價(jià)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?zhǔn)遣缓p鍵的完全飽和的直鏈型結(jié)構(gòu)，其側(cè)鏈上有二烯涇，這樣就可用硫磺硫化。三元乙丙橡膠具有優(yōu)良的耐老化性，耐臭氧性，耐候性，耐熱性（可在120℃環(huán)境中長期使用），耐化學(xué)性（如醇，酸，強(qiáng)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(jī)，電視機(jī)中的配件和門窗密封制品，或多種復(fù)合體剖面的膠條生產(chǎn)中。
7）聚氨脂橡膠
聚氨脂橡膠具有優(yōu)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(yōu)點(diǎn)，其耐油、耐熱、耐臭氧、耐燃、耐堿、耐水及耐有機(jī)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(wěn)定性能，一般可達(dá)175℃，間隙使用或短時(shí)間可耐溫200℃。它的缺點(diǎn)是耐寒性差。因此在非寒冷地區(qū)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(yīng)力的密封制品。
