【实用】图文详解8种常用密封材料特性与应用

2023年4月21日发(作者：墙体开裂处理方案)

【实⽤】图⽂详解8种常⽤密封材料特性与应⽤

01

⼯业橡胶

天然橡胶适⽤于⽔、海⽔、空⽓、惰性⽓体、碱类、盐类⽔溶液等介质，但不耐矿物油和⾮极性溶剂，长期使⽤温度不

超过90℃，低温性能优异，可在-60℃以上使⽤。

丁腈橡胶适⽤于⽯油类产品，如⽯油、润滑油、燃料油等，长期使⽤温度为120℃，如在热油中可耐150℃，低温为-

10~-20℃。

氯丁橡胶适⽤于海⽔、弱酸、弱碱、盐溶液，耐氧和臭氧⽼化性能优异，耐油性次于丁腈橡胶⽽优于其他通⽤橡胶，长

期使⽤温度低于90℃，最⾼使⽤温度不超过130℃，低温为-30~-50℃。

氟橡胶有多个品种，它们分别具有良好的耐酸、耐氧化性能以及耐油、耐溶剂性能。可以在⼏乎所有的酸类介质以及⼀

些油和溶剂中使⽤，长期使⽤温度低于200℃。

橡胶板材作为法兰垫⽚，多⽤于管道或经常拆卸的⼈孔、⼿孔，压⼒不超过1.568MPa。因在各类垫⽚中，橡胶垫⽚最

软，贴合性能好，在较⼩的预紧⼒下就能发挥密封效果。正因如此，在承受内压时，因垫⽚偏厚或硬度偏低⽽容易被挤

出。

橡胶板材在苯、酮、醚等有机溶剂中使⽤，易出现溶胀、增重、变软、发粘现象，导致密封失效。⼀般溶胀度超过30%

就不能使⽤。

在低压(尤其是0.6MPa以下)、真空情况下，采⽤橡胶垫较为适宜。橡胶材料致密性好，透⽓率低。例如氟橡胶，最适宜

作真空容器的密封垫⽚，真空度最⾼可达1.3×10-7Pa。橡胶垫在10-1~10-7Pa真空度范围使⽤时，需经烘焙和抽⽓处

理。

02

⽯棉橡胶板

价格较其它垫⽚低，使⽤⽅便;最⼤问题是：垫⽚材料虽然加⼊了橡胶和⼀些填充剂，仍⽆法将那些串通的微⼩孔隙完全

填满，存在微量渗透。故在污染性极强的介质中，即使压⼒、温度不⾼也不能使⽤。当⽤于⼀些⾼温油类介质时，通常

在使⽤后期，由于橡胶和填充剂碳化，强度降低，材质变疏松，便在界⾯和垫⽚内部产⽣渗透，出现结焦和发烟现象。

另外，⽯棉橡胶板在⾼温下易粘结在法兰密封⾯上，给更换垫⽚带来了许多⿇烦。

在受热状态下，垫⽚在各种介质中的使⽤压⼒取决于垫⽚材料的强度保持率。⽯棉纤维材料中存在着结晶⽔和吸附⽔。

110℃时，纤维之间的吸附⽔已有2/3析出，纤维的抗拉强度约降低10%;368℃时，吸附⽔全部析出，纤维的抗拉强度约

降低20%;超过500℃，结晶⽔开始析出，强度则更低。

介质对⽯棉橡胶板的强度影响也很⼤。例如，在航空润滑油和航空燃油中，400号耐油⽯棉橡胶板横向抗拉强度相差

80%，这是由于航空燃油对板材中橡胶的溶胀⽐航空润滑油严重之故。考虑到上述因素，国产⽯棉橡胶板XB450的推荐

80%，这是由于航空燃油对板材中橡胶的溶胀⽐航空润滑油严重之故。考虑到上述因素，国产⽯棉橡胶板XB450的推荐

安全使⽤范围：温度250℃~300℃，压⼒3~3.5MPa;400号耐油⽯棉橡胶板使⽤温度不宜超过350℃。

⽯棉橡胶板含有氯离⼦和硫化物，吸⽔后容易与⾦属法兰形成腐蚀原电池，尤其是耐油⽯棉橡胶板中硫磺含量⾼出普通

⽯棉橡胶板好⼏倍，故在⾮油性介质中不宜使⽤。垫⽚在油品和溶剂类介质中会发⽣溶胀现象，但在⼀定范围内，对密

封性能基本没有什么影响。例如，400号耐油⽯棉橡胶板在常温航空燃油中作24⼩时浸泡试验，要求因吸油重量增加不

得超过15%。

国产⽯棉橡胶板与国外名牌产品相⽐尚有⼀定差距。某单位的统计数字表明，在超过350℃的油介质中，凡使⽤⽯棉橡

胶板不漏的⼤多为进⼝产品。⽇本⽯油⼯业标准JPI-7S-71《⽯油⼯业⽤⽯棉橡胶板使⽤标准》，使⽤期限约为⼀年。

03

聚四氟⼄烯

聚四氟⼄烯在受压及⾼温下易冷流及蠕变，故⼀般⽤于低压、中温、强腐蚀以及不允许污染的介质，如强酸、强碱、卤

素、药品等。安全使⽤温度在150℃，压⼒ 1MPa以下。填充聚四氟⼄烯虽然强度⾼些，但使⽤温度也不超过200℃，

且耐腐蚀能⼒下降。聚四氟⼄烯包垫最⾼使⽤压⼒⼀般不超过2MPa。

由于温度升⾼，材料发⽣蠕变，致使密封压⼒明显下降。即使不升温，随着时间的延长，密封⾯的压紧应⼒也会下降，

产⽣“应⼒松弛现象。该现象在各种垫⽚中都会产⽣，只是聚四氟⼄烯垫的应⼒松弛现象较为严重，应予注意。

聚四氟⼄烯的摩擦系数较⼩(压紧应⼒⼤于4MPa，摩擦系数为0.035~0.04)，预紧时垫⽚易向外滑移，所以最好采⽤凹凸

式法兰⾯。当采⽤平⾯法兰时，可将垫⽚外径接触螺栓，利⽤螺栓阻⽌垫⽚外滑。

由于搪玻璃设备是在⾦属表⾯喷涂了⼀层瓷釉后烧结⽽成的，釉层很脆，加之喷涂不均匀和釉层流动，法兰表⾯平⾯度

较差。采⽤⾦属复合型垫⽚易损坏釉层，所以推荐使⽤芯材由⽯棉板加橡胶的聚四氟⼄烯包垫。这种包垫既容易与法兰

⾯贴合⼜耐腐蚀，使⽤效果良好。

有许多⼚在温度、压⼒不⾼的强腐蚀介质中，采⽤⽯棉橡胶板外缠聚四氟⼄烯⽣料带，⽤于经常拆卸的⼈孔、管道上。

由于制作、使⽤⽅便，颇受欢迎。

04

⽯棉树脂板和浸渍⽯棉板垫⽚

多⽤于各种酸性介质的管道、泵、阀、进出⼝法兰，其使⽤温度在80℃、压⼒在0.6MPa以下。

⽯棉编制垫⽚适⽤于压⼒0.1MPa以下，温度不超过800℃的低压、⾼温⼯况。并可根据设备的具体要求，编织成不通宽

度、厚度、直径的垫⽚。或将⽯棉带剪下后直接敷在法兰表⾯。它⽤于⼤型硫酸、硝酸氧化炉以及⼀些未经加⼯的设备

接⼝处，效果远远超过原来的⽯棉绳。

05

⾦属包⽯棉垫

由⾦属薄板包覆⽯棉板或⽯棉橡胶板，使其不与介质直接接触，避免了⽯棉纤维强度下降，客服了渗漏现象，从⽽扩⼤

了⽯棉橡胶板的使⽤范围。

⼀般⾦属包⽯棉垫使⽤温度为450℃(个别也有达600~700℃，如在常压~0.16MPa的烟道⽓中)，使⽤压⼒为4MPa，最

⾼可达6MPa。如压⼒再增⾼，垫⽚易产⽣横流现象，芯材从搭接处挤出。

由于⾦属包⽯棉垫需要较⼤的螺栓拧紧⼒，即使当使⽤压⼒低于2.45MPa，也不能采⽤pg25公⽄级以下的法兰。否则，

法兰、螺栓的刚度就显得不够，产⽣变形⽽导致密封失效。有⼈认为，若将芯材改为弹性较好的合成橡胶，其紧固⼒就

会下降。其实不然，因为芯材改软后，紧固⼒被芯材吸收，不能提供⾦属板在法兰⾯上贴合所需的紧固⼒，包垫反容易

被极坏。另外，在含氯离⼦较多的介质以及酸性介质中，不锈钢包垫及铁⽪包垫的搭接处易产⽣缝隙腐蚀。

温度⾼于450℃，芯材可使⽤陶瓷纤维或碳纤维。某钢铁⼚采⽤⾦属包陶瓷纤维垫⽚⽤于1100℃的⾼温，使⽤⼆年尚未

损坏。柔性⽯墨作芯材是最合适的。⽬前，国内已批量⽣产⾦属包柔性⽯墨垫。其使⽤效果优于⾦属包⽯棉垫。

⾦属包垫能制成各种形状，⼤量⽤于各种热交换器、反应器的⼤盖、装卸孔、⼈孔法兰等。国内曾制作过直径为2m的

铁包垫，使⽤情况良好。

在⾦属包垫的表⾯贴覆⼀层柔性⽯墨薄板，这种垫⽚与表⾯未包覆的同类⾦属包垫相⽐，预紧⽐压较⼩，密封性能更

佳。图2-9为两者压紧应⼒与泄漏量的关系曲线。

⽬前国内尚⽆此产品，故有的单位将现有的柔性⽯墨皱纹带贴在⾦属包垫以及⾦属平垫、齿形垫甚⾄⽯棉橡胶垫表⾯，

解决了许多泄漏难题。例如某⼚的热交换器，压⼒为5.88MPa、温度450℃，介质为氢/油⽓。曾⽤过⾦属平垫、齿形

垫，均有泄漏。后在平垫上贴了柔性⽯墨皱纹带，解决了这⼀问题。应该指出，这种垫⽚形式是⼀种解决法兰垫⽚泄漏

的简便措施，贴覆柔性⽯墨带的⼯作性质量直接影响设备能否正常运转。若在带材背⾯涂刷⼀层胶⽔，可提⾼贴覆质

量。

06

⾦属缠绕垫

⾦属缠绕垫巧妙地利⽤⾦属的耐热性、回弹性和强度以及⾮⾦属材料的柔软性，所以密封性能较好，其中⼜以不锈钢带

缠绕柔性⽯墨垫的性能为最佳。其预紧⽐压较⽯棉缠绕垫⼩，不存在⽯棉纤维⽑细孔渗漏的缺点。图2-10为两者预紧⽐

压与泄漏量的关系曲线。在油介质中，⾦属带材多使⽤0Cr13，⽽其它介质则推荐使⽤1Cr18Ni9Ti。

不锈钢带柔性⽯墨缠绕垫在⽓体介质中，使⽤压⼒为14.7MPa(国内有⾼达19.6MPa)，在液体中可⽤⾄30MPa。温度-

190~+600℃(在⽆氧、低压情况下可⽤⾄1000℃)。

聚四氟⼄烯的耐低温性能良好，它在低温下的屈服强度⼤⼤⾼于常温时的强度。所以聚四氟⼄烯缠绕垫可⽤于低温介

质，如液态烃等。同时，因加⼊⾦属带提⾼了导热性，聚四氟⼄烯缠绕垫使⽤温度可达250℃，在酸性介质中可⽤⾄

9MPa、200℃。

缠绕垫⽤于压⼒和温度波动较⼤的换热器、反应器、管道、阀门、泵进出⼝法兰较为合适。对于中等以上压⼒、温度超

过300℃者，应考虑使⽤带内环、外环或内外环。若使⽤凹凸⾯法兰，配带内环的缠绕垫效果更好些。

在柔性⽯墨缠绕垫两⾯贴覆柔性⽯墨板也能取得好的密封效果。某⼤型化肥⼚废热锅炉属⾼温⾼压关键设备，⽤带外环

的柔性⽯墨缠绕垫，满负荷时不漏，减负荷时则漏。在垫⽚两⾯增加了0.5mm厚的柔性⽯墨板，剪成圆弧状，接头部分

采⽤斜⼝搭接，使⽤情况良好。

07

⾦属平垫和⾦属波形垫

⼀般⽤于中、⾼压阀门、管道和直径较⼩的设备法兰上。使⽤压⼒则根据温度的不同，前者为1.568~31.36MPa，后者

为1.568~3.92MPa。垫⽚材质根据介质和温度选取。

08

⼋⾓垫和椭圆垫

⽤于梯形槽⾯法兰的⼋⾓垫和椭圆垫(炼油⾏业俗称“⼟钢圈”)密封性能均好。在沟槽的锥⾯上，⼋⾓垫为⾯接触⽽椭圆垫

是线接触。因此，椭圆垫在低紧固⼒下贴合性好，但需进⾏⼆次紧固;⽽⼋⾓垫⼀般⼀次紧固后，不易出现泄漏。它们的

不⾜之处为要求较⼤的螺栓拧紧⼒，当⽤于低压⾼温情况时，法兰等级须在 pg25公⽄级以上。

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