泛塞密封圈材質
泛塞,該詞來源于“Variseal”的音譯,是復合密封、組合密封的意思,實際上通常指的是彈簧蓄能密封,是spring variseal(彈簧復合密封)的簡寫。
“泛塞”本身就是“復合密封”的音譯,所以在“泛塞”的后面沒有必要加“密封”二字,若按照習慣叫法,加上該二字也行。當然,按照中文直接說“彈簧蓄能密封”更好。
密封件本體和彈簧的材質都因不同的工況和工作介質而不同。一般的,密封件本體的材質有:純四氟乙烯,填充四氟乙烯,超高分子量聚乙烯,聚酰亞胺,聚醚醚酮等。不銹鋼的材質則一般有SUS301,SUS304,SUS316和SUS718等。
外部的密封件本體與要密封的兩個面接觸,起密封的作用,所以要求摩擦系數低,強度高,耐磨損,耐工作介質,耐工作環(huán)境高溫或低溫。
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泛塞是近年來開發(fā)的一種密封形式,與格萊圈、斯特封等組合密封一樣,充分的利用各組成材料的優(yōu)越性能,從而性能遠遠超越任何單一材料的密封件。它與以前的各種形式密封件相比,既有顯著優(yōu)點,也有明顯的缺陷。
優(yōu)點:
1, 耐高低溫的范圍大大增強,低溫可以達到-200°C,高溫到300°C左右,這對以前的各種形式密封不可想象。
2, 摩擦系數更低,雖然格萊圈和斯特封的密封材料可能與泛塞的一樣,摩擦系數較低,但同樣材質的泛塞,摩擦系數會更低,特別是工作壓力大的時候,區(qū)別極為顯著。
3, 壽命更長,如果材料是泛塞的常用材料:填充聚四氟乙烯和不銹鋼其儲存壽命理論上是無限期,使用壽命也較其他的形式密封件要長,在有些工況下也是無限期,這對于一些特定用途的油缸非常重要。
4, 耐高壓及超高壓力,一般標準設計的泛塞圈,可耐壓20-30MPa,通過更改設計參數,耐壓100MPa以上也很容易。
5, 在高低壓力下,泄漏量都較小。泛塞圈在高低壓下都能有好的密封性能,而其他形式的密封要么耐高壓性好,要么耐低壓性好,同時耐高低壓力都好很難達到。
6, 安裝溝槽小,安裝溝槽標準尺寸與同級別O形圈的一樣。
缺點:
1, 安裝溝槽一般為開式或半開式,特別是小直徑油缸,必須為開式或半開式,這樣為油缸的設計、制造與安裝可能會增加一定的成本。
2, 密封件制造工藝為車削成型,生產效率低,制造成本較普通密封件的高,故密封件的采購成本會較高。
典型應用工況:
1, 高溫密封
現代的工業(yè)油缸,很多地方需要高溫油缸密封,如壓力鑄造油缸,冶金油缸,窯爐油缸,汽車發(fā)動機密封,等等,最高溫度達到300°C左右。
2, 低溫密封
液化氮氣,液化石油氣,液化二氧化碳,液化氧氣,等密封,最低溫度達-200°C。
3, 高壓密封
超大噸位的壓力機,高壓水切割機,空壓機等,最高壓力達400MPa。
4, 高速密封
高速轉軸,轉速可達30-40米每秒。高速往復運動油缸,伸縮的速度可達15-20米每秒。
5, 特殊工作介質密封
高溫水汽,海水,剎車油,酸堿等。
6, 低摩擦
典型的如伺服油缸。
7, 長壽命密封
風電變槳油缸,建筑減震油缸。
8, 長大油缸密封
典型如起重機油缸,堆高機油缸。
9, 衛(wèi)生安全密封
目前食品接觸的密封已經基本采用泛塞圈。
10, 快速反應油缸
密封件安裝溝槽小,油缸各結構件可以更輕,同時摩擦阻力小,可大幅提升油缸的動態(tài)性能,制造出更好的快速反應油缸。
發(fā)展趨勢:
雖然目前泛塞相對其他密封形式成本較高,但他的優(yōu)勢多也很顯著,很多情況下已經變得不可替代,隨著對設備性能和工作可靠性要求的提高,設備維護人力資源的日益昂貴,泛塞的性價比變得越來越高,應用也越來越普遍,現在已經有一股泛塞取代傳統密封的大趨勢。
泛塞技術:
泛塞圈雖然看起來結構簡單,大家仿制起來好像也很容易,其實不然,不同的公司產品,其使用壽命可能會極為懸殊。因為不同工況下密封件結構、密封材料配方的選擇和差異化的制造工藝在這里都非常重要,一旦選用不合適的材料配方或密封結構,密封件質量難以保證。
泛塞密封與O、U形圈密封對比:
1, 組成成分
O形密封 |
各種材質、硬度的橡膠,常用的有丁腈橡膠、氟橡膠、硅橡膠和乙丙橡膠等 |
U形密封 |
現在一般為聚氨酯,極少數為較硬的橡膠 |
泛塞密封 |
密封件本體一般為填充聚四氟乙烯,基體是聚四氟乙烯,填充料為碳纖維、銅粉、二硫化鉬等,彈簧的成分通常為耐腐蝕的各種不銹鋼。 |
2, 儲存壽命
O形密封 |
丁腈橡膠等一般為2-10年,氟橡膠,硅橡膠5-20年 |
U形密封 |
一般為5-10年。 |
泛塞密封 |
理論上無限制 |
3, 工作介質相容性
O形密封 |
O型圈密封介質的耐受性因材質的不同而區(qū)別很大,沒有一種可以包打天下,如丁腈橡膠耐非極性礦物油,對于極性礦物油,水及酸堿等的耐受性很差。 |
U形密封 |
耐礦物油液壓油,不耐水及含水液體。 |
泛塞密封 |
聚四氟乙烯材料制作的泛塞本體耐幾乎所有的介質,含強酸強堿、有機溶劑、各類油脂,無機鹽有機鹽溶液。 不銹鋼304、316、718等的耐腐蝕性都很強,可適用于多種工作介質中,如各類油脂,水等。 |
4, 摩擦與磨損
O形密封 |
橡膠與鋼材的干摩擦系數約為0.6-0.8之間,在有潤滑時摩擦系數為0.3-0.5之間 |
U形密封 |
一般摩擦系數較相同工況橡膠的要稍小,干摩擦系數在0.3-0.5間,有潤滑時,摩擦系數在0.2-0.4之間。 |
泛塞密封 |
填充聚四氟乙烯與金屬材料的干摩擦在0.15左右,有潤滑的時候,摩擦系數為0.01-0.05之間, 因為摩擦系數相差較大,摩擦阻力和磨擦損耗量相應的也相差巨大。 |
5, 物理老化,工作蠕變
O形密封 |
橡膠在貯存和使用過程中受自然和人工環(huán)境各種條件的綜合影響,性能和外觀隨時間而變壞。橡膠制品常因受熱、空氣中的氧和臭氧、陽光、風、雨、雪、水分以及使用過程各種機械應力作用或化學溶劑的侵蝕,使橡膠的化學結構受到破壞,變軟或硬脆龜裂,表面粗糙,力學性能下降,隨時間推移逐漸喪失使用價值。 當O形圈正常工作時會受到一定的應力,在應力的作用下,O型圈形狀會發(fā)生永久變形,從而部分或全部失去工作能力。 |
U形密封 |
在熱、光、氧氣、水等的影響下老化,力學性能逐漸下降。 在應力的作用下,聚氨酯U形圈會發(fā)生一定的變形,但通常情況下永久變形較小,一般不影響工作。 |
泛塞密封 |
因為材料本身耐各種溶劑及溫度,氧化劑等,在儲存與工作時都不會發(fā)生材料變質與劣化。 密封件本體主要成分為聚四氟乙烯,在壓力作用下可能會發(fā)生蠕變,但因為密封唇口主要由彈簧提供形變恢復力,故本身在工作的壓力作用下發(fā)生蠕變而失去工作能力的可能性極小。 |
6, 工作溫度
O形密封 |
根據橡膠材料的不同會有些區(qū)別,但基本以0-70°C為最佳工作區(qū)間,有些橡膠的工作區(qū)間在特殊的工況下會大些,如硅橡膠,在水中耐溫只能達到100°C,但在空氣中可達到210°C。 |
U形密封 |
一般密封件正常工作溫度-30到+110°C。 |
泛塞密封 |
工作溫度-200到+250°C。(決定于密封件本體材料,彈簧的工作溫度范圍遠大于密封件本體) |
7, 擠出間隙及耐壓等級
O形密封 |
材料硬度不同,抗壓抗擠出能力差別較大,一般的,如果壓力大于5MPa,需要加裝擋圈,否則可能發(fā)生擠出破壞。安裝時擠出間隙小于0.1為佳。 |
U形密封 |
材料硬度不同,抗壓抗擠出能力差別較大,一般的,如果壓力大于15MPa,需要加裝擋圈,否則可能發(fā)生擠出破壞。安裝時擠出間隙小于0.2為佳。 |
泛塞密封 |
單獨承壓可達20-50MPa,如果加裝特殊擋圈,可以承壓100MPa以上。安裝溝槽與O形圈相同時,擠出間隙可以為O型圈密封的2-3倍,極大地減少制造費用。 |
8, 主要密封形式:
O形密封 |
主要密封形式為靜密封,少量用于氣動低壓密封 |
U形密封 |
主要密封形式為動密封,少量用于靜密封 |
泛塞密封 |
主要密封形式為動密封,少量用于靜密封 |
9, 工作壽命
O形密封 |
在滿足條件:材質與介質相容、常溫低壓、隔絕空氣光照射等條件的工況下,靜密封壽命較長,否則很短,一般不到2年。動密封的壽命一般都不長,主要決定于壓力和接觸面粗糙度及潤滑情況。 不可用于干摩擦。 |
U形密封 |
決定于具體工況下的以下因素:工作溫度,運動速度,工作介質,接觸面粗糙度。 不可用于干摩擦 |
泛塞密封 |
相同工況下,為前者的10到100倍以上。 可用于干摩擦。 |
10, 成本
O形密封 |
價格便宜,安裝方便,是最便宜,使用最廣,也是最成熟和通用的密封件。 |
U形密封 |
價格根據具體的規(guī)格和品牌、質量的不同而不同,但一般是O形圈的10倍以上,安裝較方便。 |
泛塞密封 |
近年開發(fā)出來的密封種類,價格較U形圈貴,安裝溝槽通常為開式或半開式。目前使用量相對還較少,但近幾年開始迅速增長。 |
11, 性價比
O型圈密封 |
一次性安裝使用的情況下,性價比具有無可比擬的優(yōu)越性,但如工況特殊:工作介質、高溫、高壓、大間隙、潤滑不良、要求工作壽命等情況,其性價比不理想,雖然密封件本身很便宜,但反復拆檢安裝、泄漏等成本高。 |
U形密封 |
常溫下的低壓低速往復運動時,性價比高,高溫、高速或高壓等工況下使用不理想。 |
泛塞密封 |
因為價格較U形圈要貴,對于一般要求不高的使用工況可能不劃算,但如使用工況有特殊工作介質及要求低摩擦、高溫、高速或高壓等情況,或對使用壽命有要求,使用泛塞密封更好,性價比更高。 |