泛塞密封及與O、U形圈對(duì)比

  泛塞，該詞來(lái)源于“Variseal”的音譯，是復(fù)合密封、組合密封的意思，實(shí)際上通常指的是彈簧蓄能密封，是spring variseal（彈簧復(fù)合密封）的簡(jiǎn)寫(xiě)。

  “泛塞”本身就是“復(fù)合密封”的音譯，所以在“泛塞”的后面沒(méi)有必要加“密封”二字，若按照習(xí)慣叫法，加上該二字也行。當(dāng)然，按照中文直接說(shuō)“彈簧蓄能密封”更好。

右圖為泛塞的典型結(jié)構(gòu)，分內(nèi)外不同的兩個(gè)部分，外部密封件本體為特種功能塑料，內(nèi)部為特種材質(zhì)的不銹鋼彈簧。

密封件本體和彈簧的材質(zhì)都因不同的工況和工作介質(zhì)而不同。一般的，密封件本體的材質(zhì)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(zhì)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(gè)面接觸，起密封的作用，所以要求摩擦系數(shù)低，強(qiáng)度高，耐磨損，耐工作介質(zhì)，耐工作環(huán)境高溫或低溫。

內(nèi)部的不銹鋼彈簧為外部的密封件本體提供壓力，使密封件唇口一直緊緊的被壓在密封接觸面上，防止泄漏，特別是當(dāng)內(nèi)部壓力較低，為零壓甚至負(fù)壓的時(shí)候，彈簧就是密封壓力的唯一來(lái)源。對(duì)于彈簧的要求較簡(jiǎn)單：耐環(huán)境高低溫，耐腐蝕，彈性力相對(duì)恒定。這幾點(diǎn)要求雖然不多，但不易達(dá)到，對(duì)于彈簧的材質(zhì)，工藝和形狀要求高。

泛塞是近年來(lái)開(kāi)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(diǎn)，也有明顯的缺陷。

優(yōu)點(diǎn)：

1， 耐高低溫的范圍大大增強(qiáng)，低溫可以達(dá)到-200°C，高溫到300°C左右，這對(duì)以前的各種形式密封不可想象。

2， 摩擦系數(shù)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(shù)較低，但同樣材質(zhì)的泛塞，摩擦系數(shù)會(huì)更低，特別是工作壓力大的時(shí)候，區(qū)別極為顯著。

3， 壽命更長(zhǎng)，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(chǔ)存壽命理論上是無(wú)限期，使用壽命也較其他的形式密封件要長(zhǎng)，在有些工況下也是無(wú)限期，這對(duì)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(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的泛塞圈，可耐壓20-30MPa，通過(guò)更改設(shè)計(jì)參數(shù)，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(shí)耐高低壓力都好很難達(dá)到。

6， 安裝溝槽小，安裝溝槽標(biāo)準(zhǔn)尺寸與同級(jí)別O形圈的一樣。

缺點(diǎn)：

1， 安裝溝槽一般為開(kāi)式或半開(kāi)式，特別是小直徑油缸，必須為開(kāi)式或半開(kāi)式，這樣為油缸的設(shè)計(jì)、制造與安裝可能會(huì)增加一定的成本。

2， 密封件制造工藝為車削成型，生產(chǎn)效率低，制造成本較普通密封件的高，故密封件的采購(gòu)成本會(huì)較高。

典型應(yīng)用工況：

1， 高溫密封

現(xiàn)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(dòng)機(jī)密封，等等，最高溫度達(dá)到300°C左右。

2， 低溫密封

液化氮?dú)?，液化石油氣，液化二氧化碳，液化氧氣，等密封，最低溫度達(dá)-200°C。

3， 高壓密封

超大噸位的壓力機(jī)，高壓水切割機(jī)，空壓機(jī)等，最高壓力達(dá)400MPa。

4， 高速密封

高速轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)速可達(dá)30-40米每秒。高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)油缸，伸縮的速度可達(dá)15-20米每秒。

5， 特殊工作介質(zhì)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(zhǎng)壽命密封

風(fēng)電變槳油缸，建筑減震油缸。

8， 長(zhǎng)大油缸密封

典型如起重機(jī)油缸，堆高機(jī)油缸。

9， 衛(wèi)生安全密封

目前食品和藥品接觸的密封已經(jīng)基本采用泛塞圈。

10， 快速反應(yīng)油缸

密封件安裝溝槽小，油缸各結(jié)構(gòu)件可以更輕，同時(shí)摩擦阻力小，可大幅提升油缸的動(dòng)態(tài)性能，制造出更好的快速反應(yīng)油缸。

發(fā)展趨勢(shì)：

雖然目前泛塞相對(duì)其他密封形式成本較高，但他的優(yōu)勢(shì)多也很顯著，很多情況下已經(jīng)變得不可替代，隨著對(duì)設(shè)備性能和工作可靠性要求的提高，設(shè)備維護(hù)人力資源的日益昂貴，泛塞的性價(jià)比變得越來(lái)越高，應(yīng)用也越來(lái)越普遍，現(xiàn)在已經(jīng)有一股泛塞取代傳統(tǒng)密封的大趨勢(shì)。

泛塞技術(shù)：

泛塞圈雖然看起來(lái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，大家仿制起來(lái)好像也很容易，其實(shí)不然，不同的公司產(chǎn)品，其使用壽命可能會(huì)極為懸殊。因?yàn)椴煌r下密封件結(jié)構(gòu)、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(jié)構(gòu)，密封件質(zhì)量難以保證。

泛塞密封與O、U形圈密封對(duì)比：

1， 組成成分

O形密封 各種材質(zhì)、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(xiàn)在一般為聚氨酯，極少數(shù)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(chǔ)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(wú)限制

3， 工作介質(zhì)相容性

O形密封 O型圈密封介質(zhì)的耐受性因材質(zhì)的不同而區(qū)別很大，沒(méi)有一種可以包打天下，如丁腈橡膠耐非極性礦物油，對(duì)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(zhì)，含強(qiáng)酸強(qiáng)堿、有機(jī)溶劑、各類油脂，無(wú)機(jī)鹽有機(jī)鹽溶液。

不銹鋼304、316、718等的耐腐蝕性都很強(qiáng)，可適用于多種工作介質(zhì)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(shù)約為0.6-0.8之間，在有潤(rùn)滑時(shí)摩擦系數(shù)為0.3-0.5之間

U形密封 一般摩擦系數(shù)較相同工況橡膠的要稍小，干摩擦系數(shù)在0.3-0.5間，有潤(rùn)滑時(shí)，摩擦系數(shù)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(rùn)滑的時(shí)候，摩擦系數(shù)為0.01-0.05之間，

因?yàn)槟Σ料禂?shù)相差較大，摩擦阻力和磨擦損耗量相應(yīng)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(guò)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(shí)間而變壞。橡膠制品常因受熱、空氣中的氧和臭氧、陽(yáng)光、風(fēng)、雨、雪、水分以及使用過(guò)程各種機(jī)械應(yīng)力作用或化學(xué)溶劑的侵蝕，使橡膠的化學(xué)結(jié)構(gòu)受到破壞，變軟或硬脆龜裂，表面粗糙，力學(xué)性能下降，隨時(shí)間推移逐漸喪失使用價(jià)值。

當(dāng)O形圈正常工作時(shí)會(huì)受到一定的應(yīng)力，在應(yīng)力的作用下，O型圈形狀會(huì)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(xué)性能逐漸下降。

在應(yīng)力的作用下，聚氨酯U形圈會(huì)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?yàn)椴牧媳旧砟透鞣N溶劑及溫度，氧化劑等，在儲(chǔ)存與工作時(shí)都不會(huì)發(fā)生材料變質(zhì)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(huì)發(fā)生蠕變，但因?yàn)槊芊獯娇谥饕蓮椈商峁┬巫兓謴?fù)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(jù)橡膠材料的不同會(huì)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(huì)大些，如硅橡膠，在水中耐溫只能達(dá)到100°C，但在空氣中可達(dá)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(yuǎn)大于密封件本體）

7， 擠出間隙及耐壓等級(jí)

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(shí)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(shí)擠出間隙小于0.2為佳。

泛塞密封 單獨(dú)承壓可達(dá)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(shí)，擠出間隙可以為O型圈密封的2-3倍，極大地減少制造費(fèi)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(dòng)低壓密封

U形密封 主要密封形式為動(dòng)密封，少量用于靜密封

泛塞密封 主要密封形式為動(dòng)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(zhì)與介質(zhì)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(zhǎng)，否則很短，一般不到2年。動(dòng)密封的壽命一般都不長(zhǎng)，主要決定于壓力和接觸面粗糙度及潤(rùn)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(yùn)動(dòng)速度，工作介質(zhì)，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(jià)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(jià)格根據(jù)具體的規(guī)格和品牌、質(zhì)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(kāi)發(fā)出來(lái)的密封種類，價(jià)格較U形圈貴，安裝溝槽通常為開(kāi)式或半開(kāi)式。目前使用量相對(duì)還較少，但近幾年開(kāi)始迅速增長(zhǎng)。

11， 性價(jià)比

O型圈密封 一次性安裝使用的情況下，性價(jià)比具有無(wú)可比擬的優(yōu)越性，但如工況特殊：工作介質(zhì)、高溫、高壓、大間隙、潤(rùn)滑不良、要求工作壽命等情況，其性價(jià)比不理想，雖然密封件本身很便宜，但反復(fù)拆檢安裝、泄漏等成本高。

U形密封 常溫下的低壓低速往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，性價(jià)比高，高溫、高速或高壓等工況下使用不理想。

泛塞密封 因?yàn)閮r(jià)格較U形圈要貴，對(duì)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(zhì)及要求低摩擦、高溫、高速或高壓等情況，或?qū)κ褂脡勖幸?，使用泛塞密封更好，性價(jià)比更高。