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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密封件的功能發揮和使用壽命具有重要影響, 摩擦發熱(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(創造泄漏路徑,導致密封失效)等。

 

例如用泛塞封替代磨損極快的標準O形圈后,發生了泄露。實際上可能無關密封圈的設計和生產,而取決于接觸面的表面光潔度。由于在采用O圈或橡膠材質密封圈時,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法通過擠壓填充微觀縫隙,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類聚合物密封時往往導致泄漏。(如何選擇取決于泄露量要求)。

 

 

在密封領域通常用表面粗糙度來描述密封面狀況,在ISO 4287:1997 標準中相關的表面光潔度參數中,最常用的參數為表面輪廓的算術平均值 Ra (單位為 μm 或 μin:1 μin = 0.0254 μm),只根據Ra 并不能全面地描述表面質量對密封件的影響。 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,可能導致潤滑膜厚度不同,從而產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的組合:Ra – 算術平均粗糙度、Rz – 平均峰谷高度、Rmax – 最大峰谷高度、Rmr – 在給定深度的材料比。

 

動態表面(與密封件有相對運動的表面)要求比靜態表面更嚴格。

靜態與動態密封面的粗糙度要求存在顯著差異。靜態密封面(如密封槽直徑部位)通常更易實現密封,對表面粗糙度的要求相對寬松;然而,實際密封介質的類型會影響具體標準需要特別注意的是,表面光潔度建議值會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高于聚氨酯和大多數橡膠密封件。

 

無論如何提升表面光潔度,也難以實現聚四氟乙烯額類PTFE物密封的零泄漏,一般情況下光潔度與密封性能正相關。但橡膠密封圈需區別考慮——過度光滑的表面反而會導致O形圈潤滑不足而增加摩擦。聚四氟乙烯密封則符合"光潔度越高越好"的原則(在旋轉密封中需要綜合考慮動態密封機理,泵送效用),但需權衡各項因素如成本、效率損失、泄露量等。


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