自20世纪70年代起，聚氨酯弹性体己以其优异的耐油、耐磨及抗撕裂性能和优良的抗臭氧性而被用作气缸和液压缸的动密封件，尤其是锻压机械和工程机械中的高压液压缸的动密封件。但是，普通的聚氨酯密封件耐热和耐水性能均较差，一般国产的聚氨酯密封件,无法在含水的介质中使用，且液压系统介质的工作温度也不能高于80℃。因此，使聚氨酯密封件的使用范围受到限制。
德国麦克一弗罗伊登贝克流体密封技术公司生产的聚氨酯密封件，在耐热和耐水性能方面均有较大突破。使用温度范围扩展为-30℃— 110℃。且可在液压系统工作温度低于50℃的含水介质中正常使用。也可在液压系统瞬时温度 110℃的条件下短时工作，从而拓展了聚氨酯密封件的使用范围。
1聚氨酯密封件的应用与发展
应用于液压缸的聚氨酯密封件就其断面结构形式而言，主要为采用U形断面结构的唇形密封圈。此外，也有适用于液压缸活塞杆动密封系统，用作副密封用的滑环、由聚氨酯材料制作的轴用密封件和用于活塞动密封系统的双唇口结构的SIMKO300双向密封件中的双唇口密封体等等。尽管聚氨酯密封件的结构形式很多，但构成聚氨酯密封件主体的还是U形密封圈。另外，由于聚氨酯U形密封圈具有结构简单、安装尺寸小、装配方便且价格便宜、使用可靠等优点，因而被广泛用于液压缸和气缸的往复运动密封系统中。然而，由于聚氨酯弹性体自身的摩檫系数略高于橡胶材料，因此若液压缸和密封件的结构设计不当，尤其在长行程和薄壁缸的工况下则会因润滑条件的恶化而引发液压缸的爬行和颤震。以及因液压缸和密封件结构设计不当导致在使用过程中密封件从间隙被挤出造成的密封圈“根切”和“刷圈”等故障。为解决上述弊端，麦克一弗罗伊登贝羝公司研制和推出了一种全新的、高寿命且有恒定低摩擦力，适用于低压(＜15MPa)和低速(＜0.5m/s)及高频率短行程换向工况下工作的LF300聚氨酯U形密封圈。
2 新型低摩擦聚氨酯U形密封圈LF300
2.1 结构特点
如图1所示的LF300聚氨酯U形密封圈具有以下特点：
图1 新型聚氨酯U型密封圈
·截面不对称，内密封唇较短
·密封唇缘经过机械加工，尺寸精度高
·具有最佳的预紧力(唇缘的径向紧箍力〕
·密封副滑移面呈波浪形
·摩檫力低，工作时无爬行和颤震
·流体动力回流功能好
·抗间隙挤出能力强
·具有良好的静态和动态密封性能
·安装腔体符合ISO5597(或GB2879)要求
·既能单独用作主密封也可在密封系统中用作副密封
2.2 聚氨酯U形密封圈摩擦力特性测试对比
2.2.1试验装置
图2所示为由德国亚琛大学流体传动与控制研究所的试验装置。
图2 密封件的试验装置
2.2.2试验条件
活塞杆直径d=50mm
活塞杆表面粗糙度
Ra=0.16μm
Rmax=1～1.5μm
Rz=1μm
行程L=200mm
压力p=0～150MPa
速度v=5～500mm/s
介质为HLP液压油
温度T=20℃
沟槽尺寸(内径、外径、宽度）(mm)50-80-8
2.2.3摩擦特性对比试验
为探究不同断面结构聚氨酯U形密封圈的摩擦力特性，现选取三种常用典型结构的U形圈LF300、T20、NI300，并将它们置于同一试验条件下做对比试验,将结果归纳于图3中。如图3a所示,是0时的摩擦力对比；图3b所示,是系统压力为75MPa时的摩擦力对比；图3c所示，则是系统压力为150MPa时的摩擦力对比。
图3 不同结构U形密封圈的摩擦力特性
由图3可知，在液压缸承压状态时的推出行程中，LF300的摩擦力最小，双密封唇的U形圈NI300的摩擦力居于第二，而T20U形密封圈的摩擦力最大。通过反复几轮的承压试验可以看出压力和密封副摩擦力之间的关系。尤其是当压力在40～150MPa区间LF300的摩檫力明显低于其它结构形式的U形密封圈。
2.2.4 LF300密封圈的密封性能和使用寿命
LF300密封圈的密封性能(主要指泄漏量)与其它结构形式的U形密封圈基本相当。
LF300密封圈的使用寿命也与其它结构形式的U形密封圈基本相当。在相同的试验条件下其寿命对比试验可分两个阶段组成。第一阶段：p=200MPa，v=0.25m/s,T= 80℃±3℃，总行程L=200km，试验时间为220h。第二阶段：p=32MPa，v=0.25m/s，T= 110℃±3℃，总行程L=60km，试验时间50h。
经过近272h试验后，得出如下结论：LF300、T20和MI300密封圈都具有优良的密封可靠性和耐磨性以及较高的使用寿命。即：密封试验结束后功能完好、泄漏量极低、磨耗少、唇口的预紧力变化小。
3 LF300密封圈在工程机械上的应用
液压缸在工作过程中经常会因高压、低速运行和高频率换向导致密封副润滑不良，或者因行程过长、液压缸自身结构的原因而引发液压缸的“爬行”，并伴随噪声的产生。通常爬行发生在临界摩擦力-速度转变区域和临界润滑-摩擦区域。而由于LF300密封圈的结构具有良好的改善摩擦副润滑条件的贮油功能，因此，其摩擦力较小，有效地减少了液压缸出现爬行的机率。
正是由于这一点，自20世纪90年代末以来工业发达国家已将LF300密封圈广泛用于液压缸活塞杆动密封系统，尤其适合叉车、手动搬运车、升降平台、随车吊、装载机、推土机等液压缸活塞杆的动密封系统，它既可用作主密封也可与SYPRIM-SM、PU5等组成密封系统的副密封。
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