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在极端工况下，传统橡胶油封往往力不从心，而一种基于聚四氟乙烯的密封解决方案正悄然改变这一局面。PTFE油封作为一种高性能密封件，已成为解决极端工况密封挑战的关键技术。与传统橡胶油封相比，PTFE油封展示出了卓越的耐化学性、宽温域适应性以及卓越的低摩擦特性。

01 什么是PTFE油封？

PTFE油封，又称为四氟油封、铁氟龙油封、铁壳油封等等，因其主要由不锈钢骨架和改性的聚四氟乙烯（PTFE）作为唇口构成，故多数以材料名称称呼该油封。为适用不同客户的工况条件，也有不带金属骨架的全PTFE油封，虽然在产品的结构及制造工艺上会有所不同，但所能达到的密封效果基本一致。

图1. PTFE油封（铁壳油封）

02 密封特性及优势

为何PTFE油封表现卓越，材料本身性能起到了决定性作用。关于PTFE材料的介绍，可查阅之前发表的文章《一文全面了解PTFE材料》。

PTFE油封的性能优势主要体现在以下几个方面：

1）极端环境适应性

PTFE油封的耐化学性几乎覆盖所有工业介质，包括强酸、强碱、有机溶剂等。这一特性使其在化工、制药等对耐腐蚀要求极高的领域成为不可替代的密封解决方案。

2）极宽的温度使用范围

在温度适应性方面，PTFE油封的表现同样出色。例如，在冻干机主轴密封中，PTFE油封能在-50℃真空环境下仍保持0.01mm级密封间隙控制精度。正常情况下，可以长期在-120℃～220℃运行工作。在新能源减速器中，它能应对电机的高温及环境低温挑战。

3）摩擦磨损特性

PTFE油封的摩擦系数极低（0.02-0.1），约为橡胶油封的1/40。这一特性带来的直接优势是能耗降低和热积累减少，甚至允许设备在无油或少油状态下短期运行。

4）较强的高压承受能力

因其材料特性因素加上合理的结构设计，可轻松提高油封的耐压能力，单唇口可以承受1.5MPa的压力，双唇口可以承受3.5MPa或更高的压力。

03 常用PTFE油封结构

PTFE油封的结构设计是其卓越密封性能的另一关键因素。与传统橡胶油封的尖锐唇口设计不同，PTFE油封多采用无弹簧的宽唇动力结构，特殊场合下可以增加辅助弹簧，来增强密封唇口的适应性能。

1）基本构成

PTFE油封通常由PTFE密封唇和金属骨架构成。PTFE密封唇主要起密封作用，而金属骨架提供结构支撑并确保与安装腔体的紧密配合。橡胶弹性体将骨架和PTFE唇口粘结在一起，并提供一定的弹性。

2）密封唇与弹簧设计

无弹簧的宽唇设计：利用PTFE的”记忆效应”，在摩擦热作用下唇口会持续收缩抱紧轴面，无需弹簧即可补偿磨损。这种设计对轴的径向跳动不敏感。这种自适应性使PTFE油封在设备运行过程中能自动调整密封状态，确保长期有效的密封效果。

带弹簧的唇口设计：部分设计会在PTFE唇口外侧增加弹簧，以提供持续的压紧力，确保更稳定的密封接触，尤其适用于压力波动较大的工况。

回油线与防尘设计：许多PTFE油封的唇口内壁刻有回油线。当轴旋转时，回油线能产生将泄漏流体泵回系统内部的推力，显著提升密封能力。一些油封还会集成防尘唇，以适应多尘环境。

PTFE油封根据结构特点可分为多种类型，每种类型针对特定应用场景设计，常见的结构样式如下（部分样式）：

表1. PTFE油封常见结构（金属骨架）

类型		运转条件	应用特性
	A型	速度:≤30m/s 压力:≤10bar	A型为标准型。 也可在密封唇上添加回油螺纹以提升密封性能。
	B型	速度:≤18m/s 压力:≤35bar	双密封唇，适用压力高达35bar，PV值达100bar•m/s，也可在密封唇上添加回油螺纹以提升密封性能。
	C型	速度:≤30m/s 压力:≤10bar	与A型相同，但增加刮尘唇，可应用于多粉尘环境。
	D型	速度:≤18m/s 压力:≤35bar	与B型相同，但增加刮尘环，可应用于多粉尘环境。
	LC型	速度:≤8m/s 压力:≤3.5bar	弹性加强型，适用于转轴圆度不佳或偏摆较大的旋转密封。
	LD型	速度:≤8m/s 压力:≤3.5bar	与LC型相同，但增加刮尘环，可应用于多粉尘环境。

 

图2. PTFE油封（不锈钢骨架）

 

表2. PTFE油封常见结构（全PTFE）

类型		运转条件	应用特性
	A型	速度: ≤30m/s 压力:≤5bar	全铁氟龙单密封唇 ，摩擦阻力小 ，适于风车 、泵、压缩机、 齿轮箱、引擎曲轴箱等各种应用。
	B型	速度: ≤18m/s 压力:≤30bar	全铁氟龙双密封唇 ，适用压力高达30bar ，适用于油压马达， 泵， 液压油压元件等应用。
	C型	速度: ≤8m/s 压力:≤3.5bar	密封唇弹力加强型 ，适用于转轴圆度不佳或偏摆较大的旋转 密封。
	LD型	速度: ≤20m/s 压力:≤5bar	与C型相同，但增加反向唇口 ， 可起到密封作用及防尘作用， 或起到双向密封作用。
	H型	速度: ≤8m/s 压力:≤20bar	密封唇V形弹簧加强型 ，适用于转轴圆度不佳或偏摆较大的 密封。

图3. 全PTFE油封（单唇口和双唇口）

04 密封材料组成

PTFE油封组成的材料对于金属骨架类，包括金属骨架、聚四氟乙烯（PTFE）、密封垫，对于全PTFE油封，包括聚四氟乙烯（PTFE）、O型圈、弹簧（可无）。

PTFE油封的核心材料是聚四氟乙烯，这是一种线性结晶聚合物，其分子结构中的碳-氟键具有极高的键能，赋予了材料极高的稳定性。纯PTFE材料存在冷流性、耐磨性较差等缺点，因此实际工业应用中通常通过填充改性提升其性能。关于PTFE材料性能介绍，可查阅之前发表的文章《一文全面了解PTFE材料》。金属骨架、密封垫、O型圈等常用的材料种类均在下表中列举出来，可以根据材料特性和实际工况需求进行选配，不喜欢烦神的大神，以下均可交给专业的密封厂家选择。

表3. 密封唇材质选用

序号	密封唇材质	应用特性
1	纯PTFE	这类油封特别强调卫生安全性，适用于食品，制药等行业。
2	玻纤填料PTFE	改良的耐压，耐磨性，极佳抗化学性；较优的热导性。
3	青铜填料PTFE	添加青铜粉可以提高导热性和抗压强度。耐高压，耐磨耗，热传导性佳，特别适用于190℃以上的高温场合。
4	石墨填料PTFE	适用于短期无润滑或长期润滑不良的旋转应用。
5	碳纤填料PTFE	添加碳纤维可增强抗压强度与耐磨性，抑制PTFE的冷流性。极佳的耐磨，耐压性、热导性良好，透气性低。

表4. 金属骨架材质选用

序号	骨架材质	应用特性
1	碳钢	标准材质，一般环境下润滑油或润滑脂之应用。
2	304不锈钢	腐蚀环境下润滑油或润滑脂之应用。
3	316不锈钢	腐蚀性流体之密封。

表5. 密封垫材质选用

序号	密封垫材质	应用特性
1	NBR	标准材质，一般环境下润滑油或润滑脂之应用，适用温度-30～100℃。
2	FKM	高温下润滑油或润滑脂之应用，适用温度-20℃~200℃。

表6. O型圈材质选用

序号	O型圈材质	应用特性
1	NBR	标准材质 ，一般环境下润滑油或润滑脂之应用 ，适用温度-30℃~100℃。
2	FKM	高温下润滑油或润滑脂之应用 ，适用温度-20℃~200℃。
3	HNBR	一般环境下润滑油或润滑脂之应用 ，适用温度-30℃~140℃ 。某些牌号其耐低温可达-50℃。
4	EPDM	适用于某些特定介质 ，适用温度-50℃~150℃ 。耐候性好 ，耐辐射性能好 。不适用石油基润滑油或润滑脂。

05 密封的选型与装配

高端的产品都有比较娇气的一面，正确的选型和安装规范是确保PTFE油封性能的又一关键因素。

1）选型考虑因素

工况优先：首先明确是压力、速度、温度还是耐介质性为最关键因素。

空间限制：安装沟槽的尺寸决定了可选择的油封类型。

成本与寿命权衡：每种结构都有一定的差异，需要综合考虑最先解决的问题，全方位合适性价比，除了简单计算单价、寿命，还应加入停机检修成本，这样对比才相对准确。

环境因素：是否存在粉尘、水分、化学喷溅等，这指向是否需要组合密封。

产品的选型很重要，虽然按照上述步骤可以简单判断选用哪种结构型式，但有一点要知道，PTFE油封并非标准件，标准仅是目标和方向，而所谓标准件也并非指外观尺寸的标准，它涉及到材料性能的标准、加工工艺的标准及成品性能的标准，真正的标准件能在设计允许的不同工况条件下拿来就用，目前很多企业做不到，这需要基础工业的完善和大量的实验投入，每个企业也都有自己的标准或者说是经验，很难拿来就用。所以正确的选型步骤是初步判定产品结构，选定合适的供应商，共同商讨一个合适的结构试制即可，不要想着拿A的方案，找便宜的B去制造，那可能会增加试错成本。

2）安装要点

表面准备：安装PTFE油封需确保轴面光洁度（Ra≤0.4μm），轴径（孔）部位的倒角需满足装配要求，避免毛刺损伤密封唇。遇到需要越过螺纹的部位，需对螺纹进行防护，避免螺纹线伤到油封唇口。

润滑准备：预涂润滑脂可减少装配拉伤概率和降低启动摩擦，但杜邦公司特别要求安装PTFE油封时，严禁对油封唇边和曲轴轴颈等部位涂抹润滑脂或润滑油。是否涂抹还需要通过综合评估工作压力、转速、介质、装配难易程度等因素判断，国内以经验居多，缺少实验数据支撑。

专用工具：安装时应使用专用导向套工具，避免损坏油封，工具可参考下图设计制作。

安装方向：注意油封唇口方向，确保正确朝向介质侧（压力侧）。

图4. 导向套工具图样

图5. 工具使用方法及油封方向示意图

06 PTFE油封应用领域

PTFE油封凭借其卓越的耐化学性、宽广的温度适应性、极低的摩擦系数和优异的高速性能，在众多苛刻工况和高端装备中成为首选密封方案。其主要应用领域可以概括为以下四大核心板块：

图6.  PTFE油封核心应用领域分布图

1）极端化学与高温环境

这是PTFE油封最早也最经典的应用领域，其化学惰性使其成为处理腐蚀性介质时的唯一或最优选择。

化工与过程工业：

应用设备：各种泵（离心泵、磁力泵、计量泵）、搅拌器、反应釜、阀门阀杆。

密封介质：强酸（硫酸、盐酸）、强碱（氢氧化钠）、有机溶剂、卤素等。

价值体现：在填料塔搅拌轴密封中，PTFE油封能抵抗溶剂蒸汽的腐蚀，寿命是传统橡胶油封的数十倍，避免了因密封失效导致的有毒有害介质泄漏和安全事故。取代部分机械密封，降低设备成本。

汽车与航空航天：

应用部位：发动机曲轴后油封、涡轮增压器轴承密封、变速箱。

价值体现：能够应对发动机内部的高温机油和剧烈温度变化，在-40℃冷启动到150℃以上高温环境下均能保持弹性与密封性能。

2）高速旋转与动力传动

PTFE极低的摩擦系数和自润滑特性，使其在高速工况下能有效降低摩擦热和功率损耗，防止烧轴。

新能源汽车驱动系统：

应用部位：驱动电机输出轴、减速器输入/输出轴。

价值体现：这是PTFE油封的爆发性增长领域。随着电机转速提升（对应线速度常超过30m/s），传统橡胶油封因生热过高极易失效。PTFE油封成为解决高速甩油问题的关键技术，保障了电驱动的可靠性与效率。

空压机与真空泵：

应用部位：螺杆式空压机主轴、旋片式真空泵转子轴。

价值体现：在无油螺杆空压机中，PTFE油封实现了腔体的零润滑油污染密封，确保产出100%无油压缩空气。其自润滑性也适用于贫油或干式运行的真空泵。

3）高洁净与卫生敏感行业

PTFE材料无毒、无味、不滋生细菌且易于清洗消毒的特性，使其完美符合此类行业的严苛要求。

食品与饮料加工：

应用设备：均质机、混合搅拌机、灌装阀、输送泵。

价值体现：其光滑不粘的表面符合FDA/USDA卫生标准，不会吸附物料或产生残留，并能耐受原位清洗（CIP）和蒸汽灭菌（SIP）中使用的热水和腐蚀性清洗剂。

制药与生物工程：

应用设备：发酵罐、离心机、冻干机、纯化水系统。

价值体现：除了卫生特性，其极低的析出物特性至关重要，避免了密封件对药品或培养液造成污染。

半导体制造：

应用设备：CVD/PVD设备、蚀刻机、光刻机。

价值体现：PTFE油封的低释气性和耐等离子体侵蚀能力，有助于维持芯片制造所需的超高真空室和超净环境纯度。

4）特殊介质与复杂工况

PTFE油封能应对一些传统密封难以处理的特殊介质和复杂应用场景。

耐溶剂与特殊油品：

应用场景：印刷机械（接触水性油墨、清洗溶剂）、涂布机、化纤纺丝设备（接触DMF等溶剂）。

价值体现：对NBR、FKM等橡胶会溶胀或降解的介质，PTFE油封是完美的解决方案。

干性运行与边界润滑：

应用场景：某些不允许润滑油污染产品的场合，或在极端低温下润滑油失效的场合。

价值体现：PTFE的自润滑特性允许其在少量润滑甚至无润滑的条件下短时运行，提供了宝贵的故障安全缓冲。

水与水基介质：

应用设备：液压系统（使用水-乙二醇或HFA/HFB液压液）、水泵。

价值体现：PTFE对水和大多数水基流体具有出色的耐受性，解决了普通油封在此类介质中易老化、磨损快的问题。

总结

总而言之，PTFE油封通过其独特的材料性能和灵活的结构设计，为解决高速、极端温度、强腐蚀介质以及高洁净环境下的密封难题提供了可靠的方案。虽然在初始成本上可能高于传统橡胶油封，但其超长的使用寿命和卓越的可靠性，使其在众多高端和关键工业领域中成为性价比更优的选择。