范　清,胡泽华

(广州机械科学研究院密封研究所, 广东 广州　510701)

    摘　要:介绍橡胶与聚四氟乙烯的几种组合密封结构形式。同时列举了几种复合密封的应用实例,说明其良好的使用效果。

    关键词:橡胶;聚四氟乙烯;组合密封;复合密封在高分子材料中,橡胶由于具有良好的力学性能和高回弹性,弹性模量非常小,因此广泛地应用于密封制品中[1 ] 。但总体说来,橡胶材料的机械强度偏低,耐磨性较差,运动时产生的摩擦阻力大,在耐介质方面也有一定的局限性。而聚四氟乙烯具有极其优异的化学稳定性和非常低的摩擦系数,特别是填充聚四氟乙烯,由于加入填充补强材料,使其在保持原有优良性能的基础上,物理机械性能得到进一步的提高。近年来,橡胶与聚四氟乙烯组合形成组合密封,或与聚四氟乙烯粘合形成复合密封,其应用范围得到了很大的扩展。

    1 　组合密封
    该种密封结构形式一般用于油、液、气缸动密封情况,聚四氟乙烯与橡胶作为两个单独的个体存在。一般由聚四氟乙烯件作为密封环直接参与对配合摩擦面的相对运动,而橡胶件则对密封环提供弹性并补偿聚四氟乙烯密封环的磨损。下面是几种常见的组合密封结构形式。
    在图1 中, (a) , (b) , (c) , (d) 为往复运动密封结构形式, (e) , (f ) , (g) 为旋转运动密封结构形式。(a) ～ (f) 是目前国内外应用得非常普遍的密封结构形式,其运动轻快,密封可靠。结构形式(g) 是旋转油封的变型: ①是一个橡胶O 形圈,由其提供对外圆的密封; ②由填充聚四氟乙烯材料加工而成,提供骨架支撑并直接参与对轴的密封;③是拉伸弹簧,对聚四氟乙烯唇口起收紧并补偿磨损的作用。与普通的橡胶骨架油封相比,该种结构形式的优点是:摩擦小,使用寿命长,更适合在高压状态下旋转密封。

    2 　复合密封

    在复合密封结构形式中,聚四氟乙烯与橡胶两种材料粘合在一起,聚四氟乙烯作支承、骨架、密封面,两种材料特性相得益彰,起到非常好的密封效果。如在印刷机械和食品机械中,应用得较多的聚四氟乙烯与橡胶复合膜片就是一种较典型的复合密封形式。既利用了橡胶材料的弹性,又利用了聚四氟乙烯的高强度和优异的耐介质性能。

    3 　应用实例

    某食品机械均质机柱塞泵中密封形式为图2(a) 。该密封件的具体工作要求为:耐酸碱,耐高温,工作压力为25MPa ,介质是牛奶。原件为某国外著名密封公司产品,为橡胶与夹布复合结构形式。用户反映该产品耐磨性不够,寿命较短,而且在运行过程中有时会有一些黑色物质析出,影响工作效率和产品品质。经考虑后,将产品结构改为橡胶与填充聚四氟乙烯复合的形式,见图2(b) 。

    新结构形式中橡胶为我所食品级专用三元乙丙橡胶,硬度中等,压缩变形性能突出;聚四氟乙烯采用玻璃纤维作为补强材料,完全符合无毒要求。实际装机表明:该结构形式可很好地满足耐介质、耐温、耐高压和安全卫生的要求,而且由于聚四氟乙烯动静摩擦系数接近,机械运动轻快,磨损大大减少,寿命也大幅提高了。原件使用寿命为2～4 周,采用新的结构形式后使用寿命最高可达到8 周。

    该产品原件为聚氨酯材料。聚氨酯材料虽然强度高、弹性好,但不能满足高温工作环境(160 ℃
～180 ℃) 的要求。笔者曾试过将材料改为氟橡胶,由于氟橡胶强度、抗冲击、抗撕裂性能不够好,使用效果不理想。现改为聚四氟乙烯与氟橡胶复合结构形式,采用填充聚四氟乙烯作为骨架,利用其耐高温及物理性能好的特点。这种结构形式既利用了橡胶固有的弹性,又提高了整体密封结构的强度,与金属骨架密封相比更便于装配且能吸收冲击,收到了很好的使用效果。

    该密封件是应用于某食品包装机械中的一个压轮。其中填充聚四氟乙烯起到骨架和轴套的作用,由于其特有的优异自润滑性,使压合包装纸时整个工作过程轻快流畅,而硅橡胶则以其良好的弹性达到完美贴合的效果。

    4 　结束语
    虽然聚四氟乙烯与橡胶组合密封对设备配摩工作面的光洁度和形位公差要求比较高,会造成设备生产成本的上升,但该结构在工作过程中运动轻快,密封可靠,使用寿命长,已得到越来越普遍的应用;复合密封在生产过程中必须经过前处理、硫化粘合、后处理,在生产工艺过程控制方面有一定的难度,但由于其综合性能优异, 可满足单用橡胶或塑料无法满足的工作条件,价值较高,所以非常值得推广应用。
参考文献:
[1 ] 　广廷洪,汪德涛 密封件使用手册[M] 北京:机械工业出版社,1994