常用机械密封材料

表1　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　摩擦副材料

材料

物 理、力 学 性 能

使用

温度

/℃

特点

密度

/g·cm^-3

硬度

HS

热导率

/W·m^-1

·K^-1

线胀

系数

/10^-6℃^-1

抗压

强度

/MPa

抗弯

强度

/MPa

弹性

模量

/10⁵MPa

孔隙率

/%

石

墨

浸酚醛树脂

1.75~1.9

50~80

5~6

6.5

120~260

50~70

5

170

良好的润滑性和低的摩擦因数(f＝0.04~0.05)，热稳定性良好

良好的热导率和低的线胀系数

良好的耐蚀性，除了强氧化介质及卤素外，耐各种浓度的酸、碱、盐及有机化合物的腐蚀

使用广泛，但不适用于含固体颗粒的介质

浸渍酚醛石墨耐酸性好，浸渍环氧石墨耐碱性好，浸渍呋喃石墨耐酸、耐碱，浸渍金属石墨耐高温，提高(p_cυ)_p值

强度低、弹性模量小，易发生残余变形

浸呋喃树脂

1.6~1.8

75~85

4~6

4~6

80~150

35~70

1.4~1.6

2

170

浸环氧树脂

1.6~1.9

40~75

5~6

8~11

100~270

45~75

1.3~1.7

2

200

浸巴氏合金

2.2~3.0

45~90

6

90~200

50~80

2

200

浸青铜

2.2~3.0

60~90

120~180

45~70

4

浸聚四氟乙烯

1.6~1.9

80~100

0.41~0.48

140~180

40~60

8

250

氧

化

铝

陶

瓷

含95%氧化铝

3.3

78~82

HRA

16.75

5.8~7.5

2000

220~360

2.3

0

线胀系数小，有良好导热性

具有高硬度、优良的耐蚀性和耐磨性，但不耐氢氟酸、浓碱腐蚀

能耐一定的温度急变，脆性大，加工困难

含99%氧化铝

3.9

85~90

HRA

16.75

5.3

2100

340~540

3.5

0

碳

化

硅

反应烧结碳化硅

3.05

92~93

HRA

100~125

4.3~5

350~370

3.6~3.8

0.3

425

硬度极高，碳化硅与碳化硅摩擦副可用在含固体颗粒介质的密封

线胀系数小，导热性好耐蚀性好，但不耐氢氟酸、发烟硫酸、强碱等的腐蚀

有自润滑性，摩擦因数小(f＝0.1)

耐热性好，抗振性好

常压烧结碳化硅

3~3.1

93

HRA

92

4.3~5

380~460

4

0.1

热压碳化硅

3.1~3.2

93~94

HRA

84

4.5

450~550

4

0.1

氮

化

硅

烧结氮化硅

2.5~2.6

80~85

HRA

5

2.5

1200

180~220

1.67~2.16

13~16

耐温差剧变性好，线胀系数小(0.1)

强度高

耐磨性好，摩擦因数小，有自润滑性

耐蚀性好，但不耐氢氟酸腐蚀

热压氮化硅

3.1~3.3

91~92

HRA

2.7~2.8

1500

700~800

3

1

碳

化

钨

硬

质

合

金

YG6

14.6~15

89.5

HRA

79.6

4.5

4600

1400

5.6~6.2

0.1

400

具有极高的硬度和强度

有良好的耐磨性及抗颗粒冲刷性

热导率高，线胀系数小

具有一定的耐蚀性，但不耐盐酸和硝酸腐蚀

脆性大，机械加工困难，价格高

YG8

14.4~14.8

89

HRA

75.3

4.5~4.9

4470

1500

YG15

13.9~14.1

87

HRA

58.62

5.3

3660

2100

填

充

聚

四

氟

乙

烯

含20%石墨

2.16

40

(横向)

0.48

1.46

(100℃

纵向)

16.4

(抗拉)

24.9

吸水率

+0.3

-180

~250

摩擦因数小

具有优异的耐蚀性

耐温性好，使用温度范围广

根据要求，加入不同材料进行改性，如加石墨、二硫化钼可减小摩擦因数，加入玻璃纤维、青铜粉可减小磨损率

含40%玻璃纤维

2.15

43.5

(横向)

0.25

1.19

(100℃

纵向)

13.9

(抗拉)

19.9

吸水率

+0.47

-180

~250

含40%玻璃纤维+5%石墨

2.26

37.6

(横向)

0.43

1.20

(100℃

纵向)

11.2

(抗拉)

20.1

吸水率

-0.77

-180

~250

青

铜

QSn

6.5-0.4

8.82

160~200

HB

50.24

19.1

686~785

1.12

具有良好的导热性、耐磨性

与碳化钨硬质合金配对使用，比石墨具有良好的耐磨性能和抗脆性

有较高的弹性模量，变形小

耐蚀性能较差，主要用于海水、油品等中性介质

QSn

10-1

7.76

钢

结

硬

质

合

金

R5

6.4

70~73

HRC

9.16~11.13

1300

3.21

是一种以钢为粘接相，碳化钛为硬质相的硬质合金材料

具有较高的弹性模量、硬度、强度和低的摩擦因数，自配对f＝0.04(R5)，f＝0.215(R8)

具有较高的耐蚀性，如耐硝酸、氢氧化钠等，还具有良好的加工性

R8

6.25

62~66

HRC

7.58~10.6

1100

表2　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　辅助密封圈材料

名称

代号

使用温度

范围/℃

特点

应用

天然橡胶

NR

-50~120

弹性和低温性能好，但高温性能差，耐油性差，在空气中容易老化

用于水、醇类介质，不宜在燃料油中使用

丁苯橡胶

SBR

-30~120

耐动、植物油，对一般矿物油则膨胀大，耐老化性强，耐磨性比天然橡胶好

用于水、动植物油、酒精类介质，不可用于矿物油

丁腈橡胶

中丙烯

腈(丁

腈-26)

NBR

-30~120

耐油、耐磨、耐老化性好。但不适用于磷酸、脂系液压油及含极压添加剂的齿轮油和酮类介质

应用广泛。适用于耐油性要求高的场合，如矿物油、汽油

高丙烯

腈(丁

腈-40)

-20~120

耐燃料油、汽油及矿物油性能最好，丙烯腈含量高，耐油性能好，但耐寒性较差

乙丙橡胶

EPDM

-50~150

耐热、耐寒、耐老化性、耐臭氧性、耐酸碱性、耐磨性好，但不耐一般矿物油系润滑油及液压油

适用于要求耐热的场合，可用于过热蒸汽，但不可用于矿物油、液氨和氨水中

硅橡胶

MPVQ、

MVQ

-70~250

耐热、耐寒性能和耐压缩永久变形极佳。但机械强度差，在汽油、苯等溶剂中膨胀大，在高压水蒸气中发生分解，在酸碱作用下发生离子型分解

用于高、低温下高速旋转的场合，如矿物油、弱酸、弱碱

氟橡胶

FKM

-20~200

耐油、耐热和耐酸、碱性能极佳，几乎耐所有润滑油、燃料油。耐真空性好。但耐寒性和耐压缩永久变形性不好，价格高

用于耐高温、耐腐蚀的场合，如丁烷、丙烷、乙烯，但对有机酸、酮、酯类溶剂不适用

聚硫橡胶

T

0~80

耐油、耐溶剂性能极佳，在汽油中几乎不膨胀。强度、撕裂性、耐磨性能差，使用温度狭窄

多用于在介质中不允许膨胀的静止密封

氯丁橡胶

CR

-40~130

耐老化性、耐臭氧性、耐热性比较好，耐燃性在通用橡胶中为最好，耐油性次于丁腈橡胶而优于其他橡胶，耐酸、碱、溶剂性能也较好

用于易燃性介质及酸、碱、溶剂等场合，但不能用于芳香烃及氯化烃油介质

填充聚四

氟乙烯

PTFE

-260~260

耐磨性极佳，耐热、耐寒，耐溶剂、耐蚀性能好，具有低的透气性但弹性极差，线胀系数大

用于高温或低温条件下的酸、碱、盐、溶剂等强腐蚀性介质

表3　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　弹簧材料

材料种类

材料牌号

直径

/mm

扭转极限

应力τ/MPa

许用扭转工作

应力τ/MPa

剪切弹性

模量G/MPa

使用温度

范围/℃

说明

磷青铜

QSi3-1

0.3~6

0.5σ_b

0.4σ_b

392

-40~200

防磁性好，用于海水和油类介质中

QSn4-3

0.3~6

0.4σ_b

0.3σ_b

碳素弹簧钢

65Mn

60Si2Mn

5~10

5~10

4.9

7.3

3.9

5.8

785

-40~120

用于常温无腐蚀性介质中

50CrVA

5~10

4.4

3.53

785

-40~400

用于高温无腐蚀性介质中

不锈钢

3Cr13

4Cr13

1~10

4.4

3.53

392

-40~400

用于弱腐蚀性介质中

1Cr18Ni9Ti

0.5~8

3.92

3.2

784

-100~200

用于强腐蚀性介质中

注：1．使用温度范围是指密封腔内介质温度。

2．对弹簧材料的要求是耐介质的腐蚀，在长期工作条件下不减少或失去原有的弹性，在密封面磨损后仍能维持必要的压紧力。

表4　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　波纹管材料

名称

密度

/g·cm^-3

热导率

/W·cm^-1·℃^-1

线胀系数

/10^-6℃^-1

弹性模量

/10⁴MPa

抗拉强度

/MPa

特 点 与 应 用

黄铜

(H80)

8.8

141

19.1

10.5

270

塑性、工艺性能好，弹性差。所制作的波纹管常与弹簧联合使用

不锈钢

(1Cr18Ni9Ti)

8.03

5.2

(0~100℃)

19

750

(半冷作硬化)

力学性能、耐蚀性能好。应用广泛，常用厚度0.05~0.45mm

铍青铜

(QBe2)

8.3

5.2

(21℃)

13.1

(21℃)

1220

工艺性好，弹性、塑性较好，耐蚀性好，疲劳极限高，用于180℃以下、要求较高的场合

海氏合金C

8.94

3.9

(21~316℃)

20.5

(20℃)

885

(21℃)

耐蚀、抗氧化性能好，能耐多种酸(包括盐酸)及碱的腐蚀

聚四氟乙烯

2.2~2.35

0.0026

8~25

14~25

耐蚀、耐热、耐低温、耐水、韧性好，但导热性差，线胀系数大，冷流性大，需与弹簧组合使用

表5　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　典型工况下机械密封材料选择

介质

材料

名称

浓度/%

温度/℃

静环

动环

辅助密封圈

弹簧

硫酸

5~40

98

20

60

浸呋喃树脂石墨

氮化硅

聚四氟乙烯、氟橡胶

Cr13Ni25Mo3Cu3Si3Ti、海氏合金B

钢结硬质合金(R8)、氮化硅、氧化铝陶瓷

填充聚四氟乙烯

1Cr18Ni12Mo2Ti、4Cr13喷涂聚三氟氯乙烯

40~80

98

60

70

浸呋喃树脂石墨

氮化硅

聚四氟乙烯、氟橡胶

Cr13Ni25Mo3Cu3Si3Ti、海氏合金B

钢结硬质合金(R8)、氮化硅、氧化铝陶瓷

填充聚四氟乙烯

1Cr18Ni12Mo2Ti、4Cr13喷涂聚三氟氯乙烯

硝酸

50~60

20~沸点

填充聚四氟乙烯

氮化硅

聚四氟乙烯、氟橡胶

氮化硅、氧化铝陶瓷

填充聚四氟乙烯

聚四氟乙烯

1Cr18Ni12Mo2Ti

60~99

20~沸点

氧化铝陶瓷

盐酸

2~37

20~70

氮化硅、氧化铝陶瓷

填充聚四氟乙烯

氟橡胶

海氏合金B、钛钼合金(Ti32Mo)

浸呋喃树脂石墨

氮化硅

醋酸

5~100

沸点以下

浸呋喃树脂石墨

氮化硅

硅橡胶

1Cr18Ni12Mo2Ti

氮化硅、氧化铝陶瓷

填充聚四氟乙烯

磷酸

10~99

沸点以下

浸呋喃树脂石墨

氮化硅

氟橡胶、聚四氟乙烯

1Cr18Ni12Mo2Ti

氮化硅、氧化铝陶瓷

填充聚四氟乙烯

氨水

10~25

20~沸点

浸环氧树脂石墨

氮化硅

钢结硬质合金(R5)

硅橡胶

1Cr18Ni12Mo2Ti

氢氧化钾

10~40

90~120

浸呋喃树脂石墨

氮化硅、钢结硬质合金(R8)、碳化钨(WC)

氟橡胶、聚四氟乙烯

1Cr18Ni12Mo2Ti

含有悬浮

颗粒

20~120

氮化硅

氮化硅

钢结硬质合金(R8)

钢结硬质合金(R8)

碳化钨(WC)

碳化钨(WC)

氢氧化钠

10~42

90~120

浸呋喃树脂石墨

氮化硅

钢结硬质合金(R8)

碳化钨(WC)

氟橡胶、聚四氟乙烯

1Cr18Ni12Mo2Ti

含有悬浮

颗粒

20~120

氮化硅

氮化硅

钢结硬质合金(R8)

钢结硬质合金(R8)

碳化钨(WC)

碳化钨(WC)

氯化钠

5~20

20~沸点

浸环氧树脂石墨

氮化硅

氟橡胶、聚四氟乙烯

1Cr18Ni12Mo2Ti

硝酸铵

10~75

20~90

浸环氧树脂石墨

氮化硅

氟橡胶、聚四氟乙烯

1Cr18Ni12Mo2Ti

氯化铵

10

20~沸点

浸环氧树脂石墨

氮化硅

氟橡胶、聚四氟乙烯

1Cr18Ni12Mo2Ti

海水

常温

浸环氧树脂石墨

青铜

氮化硅

氧化铝陶瓷

氟橡胶、聚四氟乙烯

1Cr18Ni12Mo2Ti

含有泥沙

氮化硅

氮化硅

碳化钨

碳化钨

汽油、机油、液态烃等油类

常温

浸树脂石墨

碳化钨

堆焊硬质合金

丁腈橡胶

3Cr13、4Cr13、65Mn、60Si2Mn、50CrV

高温

(＞150)

浸青铜石墨

石墨浸渍巴氏合金

碳化钨、碳化硅、氮化硅

氟橡胶、聚四氟乙烯

含有悬浮

颗粒

碳化钨

碳化钨

丁腈橡胶

碳化硅

碳化硅

氮化硅

氮化硅

有

机

物

尿素

98.7

140

浸树脂石墨

碳化钨、碳化硅、氮化硅

聚四氟乙烯

3Cr13、4Cr13

苯

100以下

沸点以下

浸酚醛树脂石墨

浸呋喃树脂石墨

碳化钨、45钢、铸钢、碳化硅、氮化硅

聚硫橡胶、聚四氟乙烯

丙酮

95

沸点以下

浸呋喃树脂石墨

乙丙橡胶、聚硫橡胶、聚四氟乙烯

醇

浸树脂石墨

酚醛塑料、填充

聚四氟乙烯

丁腈、氯丁、聚硫橡胶，乙丙、丁苯、氟橡胶，聚四氟乙烯

醛

乙丙橡胶、聚四氟乙烯

其他有

机溶剂

聚四氟乙烯

注：本表所列材料仅供选用时参考。设计人员应根据具体的工况条件选择适当的密封材料。