浅谈工程机械用密封垫及其选用

◇山东交通学院工程机械研究所 姜武杰

◇山东泰安市公路管理局 程合乾

摘 要

密封元件有十多种，数密封垫的结构较简单、应用也较普遍。本文继简要介绍常 用密封垫之后较详细地说明各种石棉橡胶垫的结构、材料和使用性能，并简明地阐述 合理选用密封垫的原则及相关的影响因素，可供正确选用密封垫参考。

关键词

密封垫 石棉橡胶

1 密封垫的功用及材料

1.1 功用

密封垫广泛用于工程机械及柴油机的管道、壳体的结合面的 静密封中，以其弹性变形填补零件结合面的不平度，切断泄漏通 道，增加泄漏阻力，或承受内外侧压力差等方式防止流动介质 (气体、冷却水、润滑油、齿轮油、液压油、制动液等)泄漏。如柴油 机的汽缸盖、正时齿轮室盖、油底壳、喷油泵侧盖、进排气管，工 程机械底盘中的变速箱盖、方向机侧盖、桥壳后盖、终传动壳体等。

1.2 材料

按材料密封垫有非金属密封垫、非金属与金属组合密封垫、 金属密封垫三大类，其常用材料有橡胶、皮革、石棉、纸、软木、 聚四氟乙烯、钢、铁、铝、铜和不锈钢等。用棉、麻、石棉、纸、 皮革等纤维素材质制成的密封垫，其组织疏松，致密性差，纤 维间有细微缝隙，很容易被流动介质浸透，在压力作用下流动介 质从高压侧通过这些细微缝隙渗透到低压侧，即形成渗透泄漏 (约占总泄漏量的10%~20%)

1.3 密封垫泄漏形式及原因

密封垫的泄漏有三种形式:界面泄漏、渗透泄漏和破坏性泄 漏，其中以前两种为主要形式。产生界面泄漏的原因是:结合面 粗糙和变形;密封垫没有压紧;结合面紧固螺栓伸长变形或松动; 密封垫发生塑性变形等。界面泄漏量约占总泄漏量的80%~90%; 材料老化、龟裂、变质等会促使密封垫破坏性泄漏，但安装、使 用不当是主要原因;如上所述，流动介质浸透到细微缝隙中，造 成纤维素材料制成的密封垫的渗透泄漏。
1.4 常用密封垫种类及适用范围

现将常用密封垫的种类、结构、材料及适用范围列于表1中。

表1 常用密封垫片种类及其适用范围

形式	种 类	材 料	适 用 范 围
			压力/MPa	温度/ ℃	介 质
非金属密封垫	纸垫片	软钢纸板	<0.4	<120	燃料油，润滑油，水等
	橡胶垫片	天然橡胶	1.33×10-10~0.6	-60~100	水，海水，空气，惰性气体，盐类水溶液，稀盐酸，稀硫酸等
		普通橡胶板		-40~60	空气，水，制动液等
	夹布橡胶垫片	夹布橡胶	≈0.6	-30~60	海水， 淡水，空气，润滑油和燃料油等
	皮垫片	牛皮或浸油、蜡，合成橡胶，合成树脂		-60~100	水，油，空气等
	软聚氯乙烯垫片	软聚氯乙烯板	≤1.6	<60	酸碱稀溶液及氨，具有氧化性的蒸气及气体
	聚四氟乙烯垫片	聚四氟乙烯板	≤3.0	-180~250	浓酸，碱，溶剂，油类
	橡胶石棉垫片	高压橡胶石棉板 中压橡胶石棉板 低压橡胶石棉板	≤6.0 ≤4.0 ≤1.5	≤450 ≤350 ≤200	空气，压缩空气，蒸气，氨，水，海水，冷凝水，液态氨， ≤98%硫酸，≤35%盐酸，盐类，硝氨液，硫氨液，甲胺液，烧碱，氟利昂，氢氰 酸，卡普隆生产介质，聚苯乙烯生产介质
		耐油橡胶石棉板	≤4.0	≤400	油品(汽、柴、煤、重油等)，油气，溶剂(包括丙烷、丙酮、 苯、酚、醛、异丙醇)，浓度小于30%的尿素，氢气，硫化催化剂，润滑油，碱类
	聚四氟乙烯包垫片	聚四氟乙烯薄膜包橡胶石棉板或橡胶板	≤3.0	-180~250	浓酸，碱，溶剂，油类
组合密封垫	夹金属丝(网)石棉垫	铜(钢或不锈钢)丝和石棉交织而成			内燃机用
	缠绕垫片	金属带:紫铜,铝,08(15)钢,2Cr13,0Cr13,1Cr13,1Cr 18Ni9Ti非金属带:石棉,聚四氟乙烯,陶瓷纤维等	≤6.4	≈600	蒸气，氢气，压缩空气，天然气，油品，溶剂，重油，丙烯，烧碱，酸，碱，液化气， 水
	金属包平垫片	金属:紫铜,软钢,铝,不锈钢,合金钢 非金属:石棉板,棉胶石棉板,聚四氟乙烯板,陶瓷纤维	≤6.4	≈600	蒸气，氢气，压缩空气，天然气，油品，溶剂，重油，丙烯，烧碱，酸，碱，液化气， 水
	波形金属垫片
金属密封垫	金属平垫片	紫铜，铝，铅，软钢，不锈钢，合金钢	1.33×10-10~20	≈600	蒸气，氢气，压缩空气，天然气，油品，溶剂，重油，丙烯， 烧碱，酸，碱，液化气，水
	金属齿形垫片	08(10)钢，铝，合金钢，1Cr13(0Cr13)	≥4.0	≈600	蒸气，氢气，压缩空气，天然气，油品，溶剂，重油，丙烯， 烧碱，酸，碱，液化气，水
	金属八角垫	10钢，1Cr13，合金钢，不锈钢等	≥6.4	≈600	蒸气，氢气，压缩空气，天然气，油品，溶剂，重油，丙烯，烧碱，酸，碱，液化气，水
	金属透镜垫
	金属椭圆垫

2 石棉橡胶密封垫

石棉橡胶密封垫包括普通石棉橡胶密封垫、耐油石棉橡胶密 封垫、增强石棉橡胶密封垫、石棉钢片密封垫、混合石棉橡胶密 封垫和复合石棉橡胶密封垫等。

2.1 普通石棉橡胶密封垫

普通石棉橡胶密封垫是用石棉、橡胶、结合剂等经辊压而成 的各种零件结合面间所用的密封垫，如发动机汽缸垫、管道法兰 盘密封垫等。普通石棉橡胶密封垫因配料、工艺、性能及用途不 同分为高压石棉橡胶密封垫(如XB450)、中压石棉橡胶密封垫 (如XB350)和低压石棉橡胶密封垫(如XB200)三种。其中高压石 棉橡胶密封垫可以用来密封高温(450℃)、高压(6MPa)的流动介 质，中压石棉橡胶密封垫可用于温度350℃、压力4MPa的流动介质的密封;而低压石棉橡胶密封垫只用于一般低压冷却水或蒸气 的密封。

普通石棉橡胶密封垫单张成型厚度一般为≤3mm。

2.2 耐油石棉橡胶密封垫

耐油石棉橡胶密封垫是以石棉、耐油橡胶和结合剂为主要材 料经辊压而成的密封垫，有N_y300型和N_y 400型两种。N_y300型耐油石棉橡胶密封垫适用于中 小功率发动机燃油系、润滑系及冷却系的密封，而N_y 400型耐油石棉橡胶密封垫可用于温度400℃、压力4MPa的油料、溶剂、碱 类介质的密封。

耐油石棉橡胶密封垫单张成型厚度有1、2、3mm三种。

2.3 增强石棉橡胶密封垫

增强石棉橡胶密封垫是由石棉橡胶板和一层或多层镀锌钢丝 网(或不锈钢丝网)组成，分为耐油增强和高压增强两种。钢丝网夹在石棉橡胶中，以增加拉伸强度，使之承受高压和高温。

增强石棉橡胶密封垫单张成型厚度一般不超过3mm。

2.4 石棉钢片密封垫

石棉钢片密封垫是两面为耐油石棉橡胶板，中间夹入冲眼不 锈钢片作骨架，经压制、硫化、表面均匀涂敷润滑剂的密封垫。耐 油石棉橡胶板为未经硫化的一面光滑、另一面拉毛，厚度约0. 5mm。不锈钢片厚度为0.2mm、孔眼直径0.1~1mm、孔眼排列为 每100mm36~40孔。目前，石棉钢片密封垫多使用在体积小、质 量轻、功率大的高速二冲程发动机上。

2.5 混合石棉橡胶密封垫

混合石棉橡胶密封垫是由耐油石棉橡胶板、普通石棉橡胶 板、增强石棉橡胶反以及钢架石棉板等复合加工而成的密封垫， 可用于各种状态的零件结合面如光滑面、凹凸面及榫槽面等密封，性能优越，但结构复杂，制 造成本高。

2.6 复合密封垫

复合密封垫是充分发挥聚四氟乙烯和非金属材料的优点， 利用普通石棉橡胶板和增强石棉橡胶板等制成的密封垫，具有耐 高温、耐高压(11~45MPa)、弹性好、强度高、垫片系数(开始发生 泄漏时密封垫的有效压紧力与内压之比)小等优点，其结构如图 所示。

复合垫片
1-聚四氟乙烯;2-石棉橡胶板

3 密封垫的选用

3.1 选用原则

密封垫的选用原则是，对于要求不高的场合可凭经验选用， 不合适时再更换。但对那些要求严格的场合，如压力爆发、可燃 气体温度高、有腐蚀性的流动介质、流速高且有一定压力和温度 的管道等，则应根据工作压力、工作温度、流动介质腐蚀性以及 零件结合面的状态和形状来选用。

一般来说，常温低压条件下选用非金属软密封垫，中压高温 时选用金属与非金属组合的密封垫或金属密封垫;在温度和压力较 大波动条件下，应选用弹性好的或自紧式密封层;在低温、腐蚀性 介质或真空条件下，应选用具有特殊性能的密封垫。

3.2 选用密封垫的影响因素

由上述可知，零件技术状况及工作条件、密封垫材料及密封 性能等对合理选用密封垫有一定影响，现举例一二予以说明。

1)零件结合面状态。零件结合面状态不同，要求使用的密封 垫也不同。例如:光滑的零件结合面，一般应选用低压、软质和较 薄的密封垫;高压工作条件下、零件强度足够时应选用厚而软的密 封垫，不宜采用金属密封垫。因为这时要求的压紧力过大，导致 螺栓较大的变形、零件压紧力减小，反而使密封垫有效性下降。只 有在零件结合面狭窄而光滑的情况下可使用金属密封垫，因为此 时在相同螺栓拧紧力的情况下密封垫有较大的压紧力，可以保持 足够的密封度。

2)零件结合面粗糙度。这对密封效果影响很大，特别是当采 用非软质密封垫时。这是因为零件结合面粗糙度大是造成泄漏的 主要原因之一。软质密封垫对零件结合面粗糙度要求较低，这是因为它容易变形，能堵住两零件 结合面微凸体相互接触而形成的泄漏通道，从而保证了良好的密 封效果。

3)零件结合面与密封层的硬度差。使用密封垫的目的是使密 封垫产生弹性或塑性变形，以填补零件结合面的微小凹凸不平， 阻止流动介质的泄漏发生。因此应使密封垫硬度低于零件硬度， 二者相差越大，实现密封就越容易。例如，当使用金属密封垫时， 为了保证良好的密封效果，应尽可能选用较软的材料，使金属密 封垫硬度比零件硬度40HRS以上为宜。

4)黑色金属零件结合面应选用铜质金属密封垫，而不能采用 铝质金属密封垫，以免黑色金属零件遭受电腐蚀损坏。

为便于各种条件下合理选择密封垫，以获得对流动介质良好 密封效果，现将密封垫选用标准列于表2中。

表2 密封垫选用标准

工程建设机械2005.NO.3