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密封失效的隱藏因素:被忽略的表面光潔度

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密封失效的隱藏因素:被忽略的表面光潔度
2025.10.20

缸筒或軸桿與密封圈接觸面的表面粗糙度屬性對(duì)密封件的功能發(fā)揮和使用壽命具有重要影響, 摩擦發(fā)熱(增加摩擦和熱量,加速材料老化),密封圈磨損(急劇加速密封圈的磨損損壞),泄露(創(chuàng)造泄漏路徑,導(dǎo)致密封失效)等。

 

例如用泛塞封替代磨損極快的標(biāo)準(zhǔn)O形圈后,發(fā)生了泄露。實(shí)際上可能無(wú)關(guān)密封圈的設(shè)計(jì)和生產(chǎn),而取決于接觸面的表面光潔度。由于在采用O圈或橡膠材質(zhì)密封圈時(shí),可能將表面光潔度視為次要因素。因其高彈性和低硬度能通過(guò)壓力形變填充凹凸表面。但聚四氟乙烯PTFE等高硬度工程材料無(wú)法通過(guò)擠壓填充微觀縫隙,在凹凸處形成泄漏通道。因此,適用于O形圈的表面光潔度用于PTFE類聚合物密封時(shí)往往導(dǎo)致泄漏。(如何選擇取決于泄露量要求)。

 

 

在密封領(lǐng)域通常用表面粗糙度來(lái)描述密封面狀況,在ISO 4287:1997 標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)的表面光潔度參數(shù)中,最常用的參數(shù)為表面輪廓的算術(shù)平均值 Ra (單位為 μm 或 μin:1 μin = 0.0254 μm),只根據(jù)Ra 并不能全面地描述表面質(zhì)量對(duì)密封件的影響。 可能存在高峰深谷卻平均值正常的表面(具有相同 Ra 值但輪廓特性不同,可能導(dǎo)致潤(rùn)滑膜厚度不同,從而產(chǎn)生不同的密封性能和磨損程度),如圖所示:

 


 

 

建議采用以下表面參數(shù)的組合:Ra – 算術(shù)平均粗糙度、Rz – 平均峰谷高度、Rmax – 最大峰谷高度、Rmr – 在給定深度的材料比。

 

動(dòng)態(tài)表面(與密封件有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的表面)要求比靜態(tài)表面更嚴(yán)格。

靜態(tài)與動(dòng)態(tài)密封面的粗糙度要求存在顯著差異。靜態(tài)密封面(如密封槽直徑部位)通常更易實(shí)現(xiàn)密封,對(duì)表面粗糙度的要求相對(duì)寬松;然而,實(shí)際密封介質(zhì)的類型會(huì)影響具體標(biāo)準(zhǔn)需要特別注意的是,表面光潔度建議值會(huì)隨密封材料的不同而變化:聚四氟乙烯密封件所需的光潔度遠(yuǎn)高于聚氨酯和大多數(shù)橡膠密封件。

 

無(wú)論如何提升表面光潔度,也難以實(shí)現(xiàn)聚四氟乙烯額類PTFE物密封的零泄漏,一般情況下光潔度與密封性能正相關(guān)。但橡膠密封圈需區(qū)別考慮——過(guò)度光滑的表面反而會(huì)導(dǎo)致O形圈潤(rùn)滑不足而增加摩擦。聚四氟乙烯密封則符合"光潔度越高越好"的原則(在旋轉(zhuǎn)密封中需要綜合考慮動(dòng)態(tài)密封機(jī)理,泵送效用),但需權(quán)衡各項(xiàng)因素如成本、效率損失、泄露量等。


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