工业上用弹性材料制作密封件始于19世纪初。1856年用弹性材料做成的圆圈用于蒸汽机上。类似的密封技术被载入1886年的法国专利,还用到了流体泵上。1926~1933年,设计出液压缸和与之相配套的密封系统,该技术于1930年公开发布。然而在实际应用中这种圆形圈(即○形圈)很快就显示了其在动密封中的局限性。由此引发了具有截面形状的密封制品的研制和发展。这种界面形状的密封件在当时的航空工业上获得了广泛的应用,还对要求在低温下具有高度安全性和高寿命的密封件的设计有着重要影响。
派克公司是世界上最早生产○形圈和带有截面形状密封圈的公司之一。早在1947年,派克公司就通过了美国航空工业苛刻的检查,获准为其提供密封件。现代工业对密封件提出了越来越高的要求,如体积小、耐高压、有出色的物理化学性能等从而导致了无论是应用橡胶,还是其他热塑性材料的密封件都演变出了更多、更专业的种类。针对密封件不同的工作环境,开发出许多具有优秀物理性能的材料,由此生产出许多不同种类、不同材料的产品。
橡胶密封制品通常作为系统配件使用,由于系统的密封性能与系统的工作可靠性和安全性能密切相关。其作用原理是利用橡胶材料良好的高弹性能,使得橡胶材料在受到压力时,产生回弹的作用力,在该力的作用下,使橡胶材料与其相邻的部件成为一体,从而起到密封作用。
与其他密封制品相比,橡胶密封制品的特点主要有:①具有较高的弹性和较低的泄漏率;②耐热及耐压范围宽;③密封制品与被密封表面之间的摩擦力较高;④随着密封制品直径的增大,其断面尺寸增加不大。
橡胶密封制品是以橡胶及其他各种配合剂原料经混炼、半制品制造、硫化和修整等工序生产的。在橡胶工业制品中,上述主要工艺过程具有通用性。由于橡胶密封制品的品种、规格和结构复杂,除上述主要工艺过程外,还有很多辅助工艺过程,例如骨架油封,该制品的生产除橡胶外,还要有骨架材料,黏合剂,弹簧等配件的配套工艺。
橡胶密封制品生产主要工序有:①配料,涉及的原材料品种多,不同胶种所用的原材料差别很大,因此,必须分门别类仔细称量复核,不可配错料。②混炼胶制造,要求分散均匀,性能稳定,工艺性能好,尤其是胶料的流动性要好,焦烧性能好。而且要求采用开炼机和密炼机都能制造,某些高精度的橡胶密封胶料还要进行滤胶或研磨。③半成品制造,对于通用的模压硫化机方法,要求制造的半成品单耗(形状和质量)准确,使其装模速度快。硫化后的制品胶边薄,应尽可能采用精密预成型设备制造。对于采用注射模压硫化方法,虽不需专门制造半成品,但也应使胶料具有很好的流动性,对于一些嵌骨架的复合橡胶密封件,还要对各种骨架材料进行表面处理,包括选择适宜的黏合剂进行涂敷。④硫化,采用高温短时、多模腔、大板模、撕边模,不断提高生产效率,提高经济效益。⑤修整,采用机械化和半自动化去边和装配,确保产品的精度和尺寸公差。
橡胶密封制品既包括基础通用的橡胶密封制品(如液压气动系统用的橡胶密封制品),也包括特定产品和特定场合下使用的橡胶密封制品(如管道用的橡胶密封制品、建筑用橡胶密封制品、汽车用橡胶密封制品等)。
由于橡胶密封制品使用场合不同,所接触的介质性质不同,在材料要求上也不尽相同,通常根据所接触的介质不同,选用丁腈橡胶、氟橡胶、乙丙橡胶、丁基橡胶、硅橡胶等传统的合成橡胶材料来制造橡胶密封制品。随着新材料、新工艺的研究开发,采用新型弹性体材料制成的橡胶密封制品在一些应用领域取得了良好的效果,如液压系统用的旋转轴唇形密封圈,除采用传统的丁腈橡胶和氟橡胶制造外,还采用聚四氟乙烯材料制成密封元件,密封元件再黏结或装配到金属骨架上制成的旋转轴唇形密封圈在柴油系统取得非常好的使用效果。如排水管道上采用了热塑性弹性体材料的密封圈,不仅降低了成本,工艺也相对简单。原来以纯橡胶材料为主的汽车用的密封条,已发展了塑料密封条、橡塑密封条、植绒密封条、涂层密封条等,在性能、外观等方面都有较大的提高和改进。虽然新材料在某些应用领域得到较好的应用,但传统的合成橡胶材料仍是橡胶密封制品的主导材料,具有不可替代的地位。
图1 橡胶密封圈
图2 主机更换pvc窗口的橡胶密封垫圈