一种低扭矩耐插拔的O型圈密封结构及其制备方法和应用与流程

本发明属于密封件，具体涉及一种低扭矩耐插拔的o型圈密封结构及其制备方法和应用。

背景技术：

1、o型圈是机械密封中常用的弹性体密封元件。在一些插杆式密封结构中，杆件需要频繁插入和拔出。由于o型圈通常为橡胶材料，中间垫片通常为塑料，杆件通常为金属或塑料，三者材料特性不同，相互接触界面间存在显著的表面能差异，使o型圈与金属配合面间的摩擦系数偏离设计工况。当o型圈、垫片、插杆三者轴线未处于同一中心线时，表面能差异引发的非均匀界面相互作用力进一步被放大，使o型圈在圆周方向上承受非对称交变摩擦力矩。在杆件往复插拔运动中，该偏载扭矩使o型圈在密封槽内产生渐进式周向扭转及不规则蠕动变形，长期运行下最终导致o型圈局部过度磨损、扭曲断裂甚至完全丧失密封功能。以某型号112小型o型圈为例，在插杆端密封应用中，实际运行仅1245 h即出现严重撕裂碎屑问题，而设计寿命为3年。

2、现有技术中，单纯采用润滑剂或改变橡胶配方难以兼顾长期耐磨性与低摩擦系数。虽然已有在o型圈表面涂覆ptfe涂层以降低摩擦的做法，但ptfe涂层与橡胶基体的附着力有限，在插拔等动态磨损工况下涂层容易局部剥落，剥落后的颗粒反而加剧密封面的磨损，因而ptfe涂层通常被认为不适用于频繁插拔的动态密封场合。因此，亟需一种能够有效降低插拔扭矩、抵抗撕裂且不改变原有安装结构的o型圈改进方案。

技术实现思路

1、本发明针对上述问题，提供一种低扭矩耐插拔的o型圈密封结构及其制备方法和应用，该结构通过表面涂层处理与截面尺寸协同优化，显著降低插拔过程中的摩擦扭矩，消除橡胶颗粒状碎屑的产生，延长密封寿命。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种低扭矩耐插拔的o型圈密封结构，包括o型圈基体，所述o型圈基体的表面具有聚四氟乙烯涂层，所述o型圈基体的截面直径和内径采用相对于同规格标准o型圈的非标尺寸；

4、所述非标尺寸被配置为：所述截面直径小于同规格标准o型圈的标准截面直径，且所述内径大于同规格标准o型圈的标准内径。

5、作为本发明优选的技术方案，所述截面直径相对于标准尺寸减小2%~6%，优选为2.5%~5%，例如2.5%、3%、4%、5%；所述内径相对于标准尺寸增大0.4%~1.2%，优选为0.5%~1%，再优选为0.6%~0.9%，例如0.6%、0.65%、0.7%、0.8%、0.9%。

6、作为本发明优选的技术方案，所述聚四氟乙烯涂层的厚度为1~5 μm，优选为2~4 μm，例如2 μm、3 μm、4 μm。

7、作为本发明优选的技术方案，所述聚四氟乙烯涂层通过超声喷涂工艺施加于o型圈基体表面。

8、作为本发明优选的技术方案，所述o型圈基体的材质为氟橡胶、全氟醚橡胶、丁腈橡胶或硅橡胶。

9、作为本发明优选的技术方案，所述o型圈基体为112小型o型圈，非标尺寸为：截面直径2.55 mm，内径12.45 mm。

10、上述所述的低扭矩耐插拔的o型圈密封结构的制备方法，包括以下步骤：

11、（1）提供o型圈基体，其截面直径和内径为非标尺寸，所述非标尺寸被配置为：截面直径小于同规格标准o型圈的标准截面直径，内径大于同规格标准o型圈的标准内径；

12、（2）对o型圈基体表面进行清洗和等离子体预处理；

13、（3）采用超声喷涂设备，将聚四氟乙烯分散液均匀喷涂于o型圈表面，控制涂层厚度；

14、（4）将喷涂后的o型圈进行固化，得到成品。

15、作为本发明优选的技术方案，所述超声喷涂为将o型圈基体固定于旋转工装上，采用超声喷头将聚四氟乙烯分散液雾化后均匀喷涂至o型圈表面；

16、作为本发明优选的技术方案，所述超声喷涂的工艺参数包括：超声频率50~80khz，喷涂距离30~50 mm，雾化气压0.1~0.3 mpa。

17、上述所述的低扭矩耐插拔的o型圈密封结构在插杆端密封中的应用，所述密封结构为由双o型圈与中间隔环组成的轴向往复动密封结构，杆件在密封腔内做直线插拔运动，o型圈材料与杆件材料的表面能差异大于10 dyne/cm。

18、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

19、1、显著降低摩擦扭矩：ptfe涂层具有极低的表面能和自润滑性，能够有效屏蔽底层橡胶与金属杆件之间的界面表面能差异，将实际接触界面由橡胶-金属转变为ptfe-金属，大幅降低o型圈与杆件之间的动摩擦系数，插拔扭矩大幅下降，避免橡胶表面受剪切撕裂。即便在双o型圈与垫片不同心导致偏载的工况下，该稳定低摩擦界面亦可消除因表面能失配引发的非均匀摩擦力脉动，抑制作用于o型圈截面的扭转力矩，从摩擦学根源上防止o型圈在往复运动中发生扭转蠕变与疲劳破损。

20、2、消除颗粒状碎屑：结合涂层和尺寸优化，接触应力均匀化，消除了原运行1245 h即产生的橡胶颗粒碎屑，实测可达到3年以上的设计寿命。

21、3、适应性强：非标尺寸调整微小，无需改变对偶件结构或安装槽尺寸，便于直接替换现有标准件。

22、4、工艺可控：超声喷涂可实现微米级厚度的精确控制，涂层致密无流挂，不影响o型圈的压缩回弹性能。

1.一种低扭矩耐插拔的o型圈密封结构，包括o型圈基体，其特征在于，所述o型圈基体的表面具有聚四氟乙烯涂层，所述o型圈基体的截面直径和内径采用相对于同规格标准o型圈的非标尺寸；

2.根据权利要求1所述的低扭矩耐插拔的o型圈密封结构，其特征在于，所述截面直径相对于标准尺寸减小2%~6%，所述内径相对于标准尺寸增大0.4%~1.2%。

3.根据权利要求1所述的低扭矩耐插拔的o型圈密封结构，其特征在于，所述聚四氟乙烯涂层的厚度为1~5 μm。

4.根据权利要求1所述的低扭矩耐插拔的o型圈密封结构，其特征在于，所述聚四氟乙烯涂层通过超声喷涂工艺施加于所述o型圈基体表面。

5.根据权利要求1所述的低扭矩耐插拔的o型圈密封结构，其特征在于，所述o型圈基体的材质为氟橡胶、全氟醚橡胶、丁腈橡胶或硅橡胶。

6.根据权利要求1所述的低扭矩耐插拔的o型圈密封结构，其特征在于，所述o型圈基体为112小型o型圈，其非标尺寸为：截面直径2.55 mm，内径12.45 mm。

7.一种如权利要求1~6任一项所述的低扭矩耐插拔的o型圈密封结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述超声喷涂为采用超声喷头将聚四氟乙烯分散液雾化后均匀喷涂至o型圈表面。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述超声喷涂的工艺参数包括：超声频率50~80 khz，喷涂距离30~50 mm，雾化气压0.1~0.3 mpa。

10.权利要求1~6任一项所述的低扭矩耐插拔的o型圈密封结构在插杆端密封中的应用，其特征在于，所述密封结构为由双o型圈与中间隔环组成的轴向往复动密封结构，杆件在密封腔内做直线插拔运动。