王文東^1，2薛春^1，2張全成^1，2杜鳴杰¹周隱玉¹
（1.上海材料研究所, 上海200437;2.上海市工程材料應用評價重點實驗室，上海200437）

摘要 介紹了海工裝備用不銹鋼彈簧蓄能密封結構形式和幾何形狀，并介紹了用于彈簧蓄能密封的幾種聚四氟乙烯復合材料及其摩擦磨損性能。不銹鋼彈簧蓄能密封可以應用于往復運動、旋轉運動、端面靜態等工況條件。
不銹鋼彈簧蓄能密封是由PTFE等復合材料密封和耐腐蝕的不銹鋼金屬彈簧組成。密封圈安裝在溝槽內，彈簧受壓，形成相應的的應力，促使密封唇緊貼密封溝槽及工作面，由于彈簧永久給密封唇提供彈力，能彌補密封磨損和配合零件的偏心，由此形成從真空到高壓范圍內的密封。另外流體壓力對密封唇口施加應力，壓力越大，密封應力升高，密封唇與溝槽及工作面貼合的越充分，由此形成高壓密封。
密封是由PTFE、PEEK、PVDF、UHMWPE、PI等及其復合材料經機械加工制成，材料決定了彈簧蓄能密封圈的性能，適用于-260℃到+300℃溫度范圍，密封幾乎所有的液體、化學制品和氣體。其中聚四氟乙烯（PTFE）及其復合材料用途極其廣泛。
不銹鋼彈簧蓄材料：301、304、316、Elgiloy、Inconel、Hastelloy等，蓄能密封用不銹鋼彈簧蓄的形狀有：V型、鋼絲傾斜螺旋型、扁平簧片螺旋型。V型不銹鋼彈簧等彈性應力集中于密封唇口的前緣，對PTFE復合材料密封唇口的彈性補償力可形成合理的壓應力分布曲線和密封峰值應力，高低壓密封性能良好，摩擦阻力小。鋼絲傾斜螺旋型不銹鋼彈簧具有恒定的載荷，摩擦阻力穩定。扁平簧片螺旋型不銹鋼彈簧單位載荷大，可以用于真空、氣體和低溫密封，靜態密封效果最佳。
提高不銹鋼彈簧蓄能密封的耐壓性能，一方面取決于密封材料和密封的幾何形狀，另一方面取決于不同材料的組合形式，承壓環材料對于PTFE彈簧蓄能密封高壓性能起著至關重要的作用。承壓環材料采用硬質材料，硬質塑料為：聚醚醚酮、聚酰亞胺，金屬材料：銅合金-錫青銅、鋁青銅、鈹青銅，其他耐腐蝕合金。
    不銹鋼彈簧蓄能密封性能與機械零部件配合間隙密切相關，高溫、高壓、高速運動、低硬度密封材料采用較小配合間隙，常溫、低壓、低速運動、高硬度密封材料采用略大配合間隙，超低溫密封應采用較小間隙。
   不銹鋼彈簧蓄能密封性能與機械零部件硬度、表面粗糙度密切相關。密封對應的機械零部件硬度大于HRC40，適宜的硬度HRC60～70。密封對磨的機械零部件表面粗糙度和表面質量影響密封的可靠性及其壽命，控制機械零部件表面粗糙度Ra、Rz、Rmax，充分考慮材料的接觸區域Mr；對于旋轉運動，密封低溫低分子氣體，機械零部件表面粗糙度Ra≤0.1，密封其他流體，機械零部件表面粗糙度Ra≤0.2；對于往復運動，密封低溫低分子氣體，機械零部件表面粗糙度Ra≤0.2，密封其他流體，根據流體粘度，機械零部件表面粗糙度Ra≤0.3～0.4；對于靜密封，密封低溫低分子氣體，機械零部件溝槽表面粗糙度Ra≤0.3，密封其他流體，根據流體粘度，機械零部件溝槽表面粗糙度Ra≤0.4～0.8。
不銹鋼彈簧蓄能密封采用PTFE復合材料，充分發揮PTFE摩擦系數低和自潤滑的性能，采用不同的填充劑制備各種配方的PTFE復合材料，其摩擦磨損性能和機械性能優異，設計合理PTFE復合材料密封幾何形狀，匹配各種金屬彈簧、承壓環，組合形成PTFE彈簧蓄能密封，確保穩定可靠的密封性能，廣泛應用于各類苛刻工況條件，滿足核電、冶金、石油化工、航空航天、船舶、海工裝備、汽車等行業特殊工況的需要，為深水海洋工程裝備提供安全運行保障。
關鍵詞： 聚四氟乙烯，彈簧蓄能密封，復合材料,海洋工程裝