密封技术发展现状及与国际研究技术的差距分析(组图)

本文阐述了密封学的概念、研究内容和研究意义，综述了目前橡塑密封、机械密封和填料密封技术的现状，分析了我国与世界密封技术先进发达国家在研究水平和新产品开发能力上的差距，并就我国未来密封领域研究的重点提出了若干建议。

1密封技术现状

1.1橡塑密封[3-10]

1.1.1新材料和新工艺的应用

新材料和新工艺的应用推动了橡塑密封技术的快速发展，不仅使橡胶材料拥有了良好的低摩擦性能，而且还使橡胶材料具有高强度等力学性能指标。如，20世纪70年代美国杜邦公司开发了氟弹性体Kalrez（称为全氟醚橡胶），日本大金公司和前苏联也开发出此类产品。该橡胶具有聚四氟乙烯的耐热、耐化学稳定，能耐氟溶剂以外的一切溶剂，由全氟醚橡胶加工的密封制品可以在260~290℃下长期使用，间断使用温度可达到315℃，是目前耐热性能最好的氟橡胶。特种工程弹性体（ACM、ECO、FKM、HNBR等）在特殊工况下取代NBR等低性能耐油橡胶；对橡胶表面进行低摩擦化改性处理，如喷涂PTFE氟塑料涂层或采用FEP（氟化丙烯）和PFA（全氟化合物）等氟塑料包覆橡胶来制造低摩擦、高耐磨橡胶，提高产品耐介质性能（溶剂、强酸、强碱）以及抗压和耐温等级；橡塑材料的极限化改性和纳米技术改性，可提升橡塑材料力学性能和赋予一些特殊功能。由杜邦公司研发生产的高性能全氟橡胶FFKM具有耐高温、耐燃气和强烈的化学腐蚀，弹性好，压缩永久变形低，弹性好等优点，在化工、食品、印刷、半导体等行业应用。

与此同时，新材料和新工艺的应用也使工程塑料具有优良的摩擦学特性、化学稳定性和耐温性能，主要包括：

(1)聚氨酯（PU）材料的高性能化：一是提高其高低温性能、压缩永久变形性能以及耐介质性能，如Parker公司的改性PU可长期耐温120℃。二是对PU进行低摩擦化改性，如Simrit公司独家推出用自润滑材料浸润获得的PU92AU21100，具良好的润滑性，耐超低温性能达到了20K（-253℃）。

(2)聚四氟乙烯（PTFE）复合改性与应用：为了克服PTFE的某些物理性能方面的缺陷，采用PTFE材料为基体与各种有机或无机填料复合，如石墨、铜粉、碳纤维（CF）、聚酰亚胺（PI）、聚醚醚酮（PEEK）、聚甲醛（POM）和聚苯硫醚（PPS）等材料复合，开发出适用于不同应用情况下的产品。膨体聚四氟乙烯是将聚四氟乙烯经拉伸、膨化后形成的具有强韧而多孔型、高度纤维化的新材料，不但保持了聚四氟乙烯本身独特的化学稳定性、极低的摩擦系数、广阔的操作温度，而且它的微纤维化内部结构更使其制品具有超乎想象的坚韧性。

(3)超高分子量聚乙烯（UHMWPE）的应用：UHMWPE具有自润滑、耐磨损、耐冲击、耐溶剂、耐低温、不粘、憎水和卫生等优异性能，制造耐磨运输、设备衬里、机械零件，如推土机刮板、挖土机的内衬，自卸船货仓内衬板，用途十分广泛。

1.1.2密封系统的新结构

(1)新型油封：该油封由Simrit公司独家推出，配备有测试密封（旋转密封）泄漏量的传感器，可用于设备泄漏的在线状态检测。

(2)EVD智能密封：该密封由Hunger公司独家推出。液压缸密封件磨损和变形后，通过一个专用装置，调节密封件（弹性体）的内部压力，自动调整密封件的压缩量，恢复密封功能。该结构可用于可靠性要求非常高的装备（如伺服液压缸、水力液压缸），已经在大型水

电站液压系统、海洋钻井平台等密封件拆装十分复杂的场合得到应用。

(3)SETCOAirShieldTM密封：采用新型SETCOAirShieldTM密封的主轴集成了摩擦密封与迷宫式密封的优点。压缩空气切向送入固定前轴承座的循环槽，与主轴一起构成一个封闭的迷宫。当空气在槽内环绕主轴流动时，类似于涡流的运动会产生均匀的压力，散发流量均匀的气流。其与柔性密封唇结合，外泄汽流会将污物从主轴，主要是轴承处吹走。

(4)聚四氟乙烯密封件结构创新：PTFE密封件衍生出许多新结构，应用于往复密封、旋转密封和静密封，如AQ封、PTFE-V型圈、泛塞封等。

(5)流体动力效应结构：密封件的摩擦界面上开设流体动力螺旋槽，油膜将受到槽的泵汲作用，避免了泄漏。动力槽不仅已经应用于油封，而且在往复密封件上也有应用。如NOK-Freudenberg公司的新型低摩擦聚氨酯Y型圈LF300内密封唇下部设计为波浪形摩擦界面，根部采用楔形倒角（见图2），抗缝隙挤出能力强，具有储油能力强、摩擦力小、运转平稳和密封能力强等特点，压力达到10MPa时的摩擦力较同类Y形圈要小得多。

图2NOK-Freudenberg公司的新型LF300密封

(6)计算机模拟仿真设计新结构[10,11]：通过采用有限元分析（FEA）和ANSYS等商业软件，模拟应用条件下密封件的接触应力状态，通过结构参数调整消除边缘应力集中或应力峰，使整体应力分布均匀，摩擦界面上的润滑油膜更易形成且不易挤出，因此摩擦力降低，

耐磨性能提高，使用寿命延长。此外，计算机模拟仿真设计还可节省大量试验经费和人力、物力，大大缩短产品开发周期，提高可靠性。