
组合密封圈(如格莱圈、斯特封、泛塞封等)通过将不同功能的材料组合在一起,实现了“1+1>2”的密封效果,广泛应用于高压、高速、长寿命的苛刻动态密封场合。其材质选择遵循“各司其职,优势互补”的原则,主要涉及弹性体、耐磨塑料/工程塑料、金属及特种涂层几大类。
一、 弹性体材料(提供初始弹力与压力响应)
弹性体组件(通常是O形圈)作为组合密封的“心脏”,负责提供初始的径向预紧力,并将系统压力传递给耐磨组件。
丁腈橡胶(NBR):
特性: 良好的耐矿物油、油脂性能,成本低,弹性好。
应用: 用于普通液压油、润滑油介质,工作温度一般为-30℃ ~ +100℃。是经济型组合密封的常用选择。
氟橡胶(FKM):
特性: 优异的耐高温(可达200℃+)、耐油、耐多种化学品和耐候性。是高性能组合密封中最常用的弹性体材料。
应用: 适用于高温液压系统、合成液压油、燃油及中等腐蚀性化学介质。
三元乙丙橡胶(EPDM):
特性: 卓越的耐水、耐蒸汽、耐老化、耐弱酸弱碱性能,但不耐油。
应用: 专门用于水-乙二醇、磷酸酯(Skydrol)等抗燃液压油,以及热水、蒸汽环境。
氢化丁腈橡胶(HNBR):
特性: 在NBR基础上改善了耐热性、耐臭氧性和机械强度,是NBR的升级版。
应用: 适用于要求更高耐热和耐油性的场合。
全氟醚橡胶(FFKM):
特性: 弹性体之王,具有几乎完美的耐化学性和极宽的温度范围(-20℃ ~ 300℃+),低压缩永久变形。
应用: 用于极端化学腐蚀、高纯度或高温的顶级工况。通常与PTFE等耐磨材料组合,用于半导体、化工等领域的特种泛塞封。
二、 耐磨密封环/滑环材料(实现低摩擦与长寿命密封)
这部分是组合密封与运动表面直接接触的部分,承担主要的密封和耐磨任务。
聚四氟乙烯(PTFE):
特性: “塑料王”,化学惰性极佳,耐几乎所有介质;摩擦系数极低(0.04-0.1),自润滑;耐温范围宽(-200℃ ~ +260℃)。但纯PTFE存在冷流性(易蠕变)和耐磨性一般的缺点。
应用: 是格莱圈、斯特封、泛塞封中最核心、最常用的耐磨环材料。通常以填充改性形式使用。
填充改性PTFE: 为改善纯PTFE的性能,会加入不同填料:
玻璃纤维(GF)填充: 提高硬度、抗蠕变性和耐磨性,最通用。
碳(C)或石墨(Gr)填充: 进一步提高自润滑性、导热性和耐磨性,降低摩擦。
青铜(Bronze)填充: 大幅提升导热性、抗压强度和耐磨性,适用于高压重载。
二硫化钼(MoS2)填充: 增强自润滑性,特别适用于干摩擦或边界润滑状态。
聚酰亚胺(PI)填充: 制成高性能复合材料,兼具PTFE的低摩擦和PI的高强度、高耐温性。
聚甲醛(POM / 杜邦Delrin®):
特性: 硬度高、刚性好、耐磨性优秀,具有一定自润滑性,成本低于PTFE。
应用: 常用于中低压、对成本较敏感的往复密封耐磨环,或作为挡圈材料。
超高分子量聚乙烯(UHMWPE):
特性: 冲击强度高,耐磨性极佳(超过许多金属),耐低温性好,但耐温性较低(<80℃)。
应用: 主要用于含颗粒介质的耐磨场合,如工程机械液压缸密封。
聚醚醚酮(PEEK):
特性: 顶级工程塑料,耐高温(长期260℃)、高强度、高刚性、优异的耐化学性和耐磨性。但成本很高。
应用: 用于超高温、高强度、耐化学的极端工况,是PTFE在更高温度下的升级替代材料。
三、 金属材料(提供结构强度与弹性)
蓄能弹簧(用于泛塞封等):
材料: 通常为不锈钢(如302, 316)、埃尔基洛伊合金(Elgiloy) 或哈氏合金。要求高弹性、耐疲劳、耐介质腐蚀。
作用: 提供恒定、持久的径向密封力,补偿磨损和温度变化,是泛塞封性能的灵魂。
金属骨架/外壳: 在某些组合密封中,用作支撑结构。
四、 特种表面处理/涂层
为提升性能,有时会在金属部件(如活塞杆、缸筒)或耐磨环表面施加涂层:
硬质铬镀层: 提高表面硬度、耐磨性和耐腐蚀性,是液压缸的标准处理。
陶瓷涂层、类金刚石涂层(DLC): 提供极高的表面硬度和极低的摩擦系数,用于超高速、长寿命应用。
总结: 组合密封圈的材质选择是一个高度专业化、定制化的匹配过程。常见的组合模式如:FKM O形圈 + 玻璃纤维填充PTFE滑环(高压液压通用方案),或 FFKM弹性体 + 碳填充PTFE密封壳 + 不锈钢弹簧(化工泛塞封顶级方案)。理解这些材料的特性与分工,是正确选型、充分发挥组合密封性能优势,从而解决苛刻动态密封难题的基础。
