垫片密封类产品选用指导

垫片密封类产品选用指导

1 前言

垫片密封是化学、炼油、医药、食品、机械和电力等工业部门中压力容器、工艺设备、动力机器和连接管道等可拆接头处最主要的静密封形式。它们所处的工况条件复杂，密封的流体范围广泛，防止密封流体通过这些接头处泄漏出来，是工厂面对的最重要也是最艰巨的任务。虽然垫片密封与泵轴、阀杆、搅拌器轴等密封相比，其泄漏量比较小，但其用量却比它们多得多，因此成为工厂泄漏和易挥发有机物逸出的主要源头，它们不仅严重污染环境，而且造成产品损失相当可观，垫片密封的重要性也就不喻而言了。由于它们通常采用螺栓法兰连接结构，这种结构首先要求接头密闭，这就意味着必须将其装配并拧到足够紧，而这恰恰是一个很艰难的任务，要做到精确控制则需要涉及多方面的问题；其次，影响招牌密封的因素很多，且至今还是一个尚未能定量的问题。正因为垫片的应用范围极其广泛，故垫片需要的压载荷各不相同，如低压水泵薄法兰用的垫片，需要的压紧载荷较低；而压力容器和管道法兰垫片，需要较大的压紧载荷和刚性较好的连接结构。对后者通常有标准可查，但对特殊要求的垫片密封，它们没有标准的连接件尺寸，如法兰厚度、螺栓尺寸、螺栓间距等，则就需要考虑自行设计。

本文重点介绍垫片密封的基本原理、垫片的类型与选择、垫片的主要性能和试验方法等。有关国内外垫片和试验标准读者可参阅本手册的附录。

2 密封机理

就垫片密封而言，通常密封流体在垫片结合处的泄漏有3种情况，如图2-1所示。

（1）对非金属材质的一类垫片而言，从材料的微观结构来看，本身存在的微小缝隙或细微的毛细管，具有一定压力的流体自然容易通过它们渗漏出来，此称为渗透泄漏，它占总泄漏量的10%~20%；

（2）两连接件表面（下称密封面），从机械加工的微观纹理来看，存在粗糙度和变形的问题，它们与垫片之间总是存在泄漏通道，由此产生的流体泄漏称为界面泄漏，占总泄漏量的80%~90%。

（3）当夹紧垫片的总载荷因各种原因减少到几乎等于作用在接头端部的流体静压力时，就导致了密封面的分离。这里若增加流体压力，则对机械完整性很差的垫片，如操作期间材料发生劣化（degradation）的垫片，沿垫片径向作用的流体压力就会将其撕裂，引起密封流体的大量泄放，此被称为吹出（blowout）泄漏，它属于一种事故性泄漏。对于上述（1）通常可通过不同材料的复合或机械组合形成不渗透性结构，或者使用较大的夹紧力使材料更加密实，减少以至消除泄漏；而（2）和（3）与垫片材料性质、接头的机械特征、结合面的性质与状态、密封流体的特性以及紧固件夹紧程度等有关。它们也是解决垫片密封设计、安装、使用以及密封失效分析等问题的关键。

垫片用于对两个连接件的密封面产生初始装配密封和保持工作密封。在理论上，如果密封面完全光滑、平行，并有足够的刚度，它们可以依靠紧固件夹持在一起，无须垫片而达到密封的目的（即无垫密封）。但是在实际中，连接件的两个密封面总是存在粗糙度，两者也不是绝对平等的，刚度也有限，加上紧固件柔度不同和排列分散，因此垫片接受的载荷通常是不均匀的，为了弥补这种不均匀的载荷和相应的变形，在两连接件密封面间插入一垫片，使之适应密封面的不规则性。显然，要产生初始密封的基本要求是压缩垫片，使其与密封面间产生足够的压力（通常称为垫片预紧应力，也称初始垫片比压），以阻止介质通过材料本身的渗透，同时保证垫片对连接件有较大的顺从性，即垫片材料受压缩后发生

的弹性或弹塑性变形能够填塞密封面的变形和表面粗糙度，以堵塞界面泄漏的通道。

预紧垫片应力是否能够做到初始密封，与使用的垫片的材料密切相关，不同的材料在相同的压缩量下得到的垫片应力是不相同的，自然同样的密封要求下所有密封的介质压力也不一样，或者说相同的介质压力下得到的紧密性大小不同。

当初始垫片应力加在垫片上之后，它必须在装置的设计寿命内保持足够的应力，以维持允许的密封度。因为当接头受到流体压力作用时，密封面被迫发生分离，此时要求垫片能释放出足够的弹性应变能，以弥补这一分离量，并且留下足以保持密封所需要的工作（残留）垫片应力。此外，这一弹性应变能还要补偿装置长期运行过程中任何可能发生的垫片应力松弛，因为各种垫片材料在长时期的应力作用下，都会发生不同程度的应力降低。此外，接头的不均匀热变形，也会引起垫片应力的变化，例如连接件与紧固件材料不同，引起各自的热膨胀量不同，导致招牌应力的降低或升高；或者因受热引起坚固件应力的松弛而减少了作用在招牌上的应力等。

图2-2中的曲线表示上述两个过程中垫片的应力与变形关系，图中δg和δR分别对应垫片预紧至δgi时的压缩量和工作时δgo下的回弹量。综上所述，任何形式的垫片密封，都要在连接件的密封面与垫片表面之间产生一种垫片密封，其大小与装配垫片时的预压缩量以及垫片材料的弹性模量有关，而其分布状况与垫片截面的几何形状有关。至少从理论上说，垫片预紧应力愈大，垫片中贮存的弹性应变通也愈大，因而可用于补偿分离或松弛的余地也就愈大，当然这要以密封材料本身的最大弹性承载能力为极限。但就实际使用而言，垫片预紧应力的合理值取决于密封材料与结构、密封程度、环境因素、使用寿命以及经济性等因素。

3 垫片法兰连接的基本要求。

垫片法兰连接是由垫片-螺栓-法兰组成的结构，其力学行为和密封特性比其他机械构件复杂，因为它受到许多因素的影响，以致工作时的整体性能很难预测或解释。首先螺栓和螺母之间的摩擦关系复杂，依靠普通的拧紧工具，不可能精确地控制和预测螺栓的预紧载荷；其次，这些性能受到各个零件弹性的制约，尤其是存在垫片时，整个结构表现出弹塑性行为。因此，这种连接系统显然是静不定的，问题变得更加复杂了。如此的系统却随着多种载荷，如果栓力、垫片反作用力和流体压力，还可能有与之相连的设备或管道的反作用力（如重量、垫膨胀等），这些力最终使法兰受到一外加弯矩的作用，在弯矩的作用下，法兰发生弯曲变形和角变形。因此整个系统的设计目的是在给定的垫片特性下，确定法兰和螺栓等结构的安全、经济尺寸，同时达到规定的密封度要求，即完整性—整修结构的机械或热应力必须在材料允许范围内；密封性—垫片应力必须使整个接头的泄漏率在允许范围内。

显然，起密封作用的垫片在整个连接系统中是关键的元件。在垫片法兰连接中，任何元件既相互联系又相互制约，例如垫片的结构形式和材料的选择合理与否，直接影响螺栓尺寸的大小与经济性；法兰结构尺寸确定好坏，影响到结构的刚度和紧凑性，它们之间的相互协调将最终决定连接的密封性。

4 垫片的一般化结构

现代工业使用的平垫片是10年前奥地利工程师理查德·克林格（Richard Klinger）发明的，由此引出了许多用于不同场合的不同材料和各种结构的垫片。

图2-3示出垫片的一般化结构，当然不是每种垫片都具有图示的所有组成，但只是其中某些元件的增减变化而已。

件b是密封元件，其作用是阻止泄漏。常用的结构材料为非金属材料，如柔性石墨、聚四氟乙烯（PTFE）、云母（Mica）或普通的橡胶粘结纤维板等。此外，密封元件的结构材料也可以是刚性或柔性的金属，通常用于压力和温度较高的场合。但非金属材料常通过插入金属材料e予以增强，同时也方便了如石墨和云母等易碎材料的加工。增强材料可以用金属箔、丝网或薄析，金属薄析常常采用冲方刺孔的方式提高增强效果和增加弹性，并通过粘结剂和（或）辊压将它们贴合一起（也称半金属材料）。密封元件也可设一表面层d或f来增加密封效果，防止与密封面粘结，密封垫片的应力也取决于此表面层。表面层材料可以是PTEF或屈服强度低的金属薄衬（如金、黄铜、软钢、钛、锆、蒙乃尔等），也可以采用表面现象镀层（如铅、锡、铟、PTFE、FEP、金、银等）。对柔性金属密封环而言，其作用是使内芯材料免受密封流体的化学侵蚀，同时又保留了内芯材料的弹性，例如各种包覆结构形式的垫片。

外环（或外间隔环c有以下几个作用：帮助密封元件对中；防止密封元件过分压缩；防止垫片吹出和减少法兰转动等。因为外环c主要起机械性作用，材料均为实心金属，且不接触密封介质，所以不要求耐介质腐蚀。如果仅起定位作用，在预紧螺栓时就不要让法兰压到此环。如果目的是减少法兰转动，外环就要延伸至法兰螺栓圆外的法兰外周边，并与法兰端面接触，以形成阻止法兰转动的反力矩。而且当螺栓载荷超过压缩密封元件需要的载荷时，即使因流体压力变化引起了轴向载荷的波动，也会被法兰与外环之间的反力所补偿，因此避免了因循环载荷而螺栓发生的疲劳破坏，同时垫片仍能保持其最佳的密封应力。外环也可以与密封元件连成一体，例如实心金属垫片。此外，具有凹凸面或榫槽面的法兰也可起此作用。

内环（或内间隔环a也有很多种作用：防止无内环的密封元件因刚性不足沿垫片内圆发生向内屈曲；填补密封件与管道或容器内孔之间的空隙，以避免此空隙干扰流体的流动和由此引起的流体对垫片的冲蚀。内环接触流体，故其材料要能抵御密封介质的腐蚀。

5 垫片的基本类型

垫片按照构造的主体材料分为金属、半金属和非金属垫片三大类，如图2-4所示。

5.1 非金属（软）垫片

因为绝大多数垫片或是非金属（软）垫片，或是金属与非金属组合垫片，所以非金属材料是垫片最基本的构成材料。了解各种非金属软垫片材料的主要组分、结构特征和优缺点，是更好理解这些垫片最终结构具有的性能和应用的基础。按照构成这些材料的基本组分和借货状态，可以进行如下的分类。

5.1.1 按组成垫片的基本组分（基质）可分为7类

（1）植物质：如纸、棉、软木等；

（2）动物质：如皮革、羊毛毡等；

（3）矿物质：如石棉、玻璃、陶瓷等纤维；

（4）橡胶质：如天然橡胶（NR）及各种合成橡胶[包括丁腈橡胶（NBR）、氯丁橡胶（CR）、丁苯橡胶（SBR）、氟橡胶（FPM）、硅橡胶（VMQ）、乙丙橡胶（EPDM）等]；

（5）合成树脂质：如纯聚四氟乙烯（PTFE）、膨胀聚四氟乙烯（e-PTEF）、填充聚四氟乙烯等；

（6）石墨质：如柔性石墨（也称膨胀石墨）、碳纤维和石墨纤维等；

（7）短纤维增强弹性体（橡胶、塑料）：如石棉、矿棉等无机纤维、有机纤维、碳或石墨纤维增强弹性体等。

5.1.2 按目前工业上常用的垫片（板材）品种分为如下6种

（1）橡胶垫片（弹性体板）；

（2）石板橡胶垫片；

（3）无石棉橡胶垫片

（4）聚四氟乙烯垫片：包括纯聚四氟乙烯、填充聚四氟乙烯或膨胀聚四氟乙烯，以及内部插入金属网或板增强的聚四氟乙烯垫片等；

（5）聚四氟乙烯包覆垫片：包括聚四氟乙烯包覆的橡胶或石棉橡胶垫片和聚四氟乙烯包覆的有金属增强的橡胶或石棉橡胶或无石棉橡胶垫片；

（6）柔性石墨垫片：包括纯柔性石墨垫片和各种纤维、金属网、金属冲刺板、金属波纹板增强的柔性石墨垫片等。

上述（4）、（5）、（6）中金属骨架增强的垫片也可划归为半金属类垫片。

常用非金属（软）垫片及适用范围见表2-15。

表2-15 常用非金属软（平）垫片

5.2 半金属垫片

非金属材料虽具有很好的柔软性、压缩性和螺栓载荷低等优点，但主要缺点是强度不高，回弹性差，不适合高压、高温场合，所以结合金属材料强度高、回弹性好、经受得起高温的特点，制成具有两者组合结构的垫片，即半金属垫片。除上述内衬金属骨架的非金属板制成的垫片也属其一大类外，金属缠绕垫片、金属包覆垫片、金属波纹组合垫片、金属齿形组合垫片是目前各工业部门中应用最广泛的半金属垫片，尤其是与柔性石墨、PTFE材料组合的这些垫片更具特色。

常用半金属垫片及适用范围如表2-16所示。

5.3金属垫片

在高温、高压及载荷循环频繁等苛刻操作条件下、各种金属材料仍是密封垫片的首选材料。为了减少螺栓载荷和保证结构紧凑，除了平金属垫片应尽量采用窄宽度外，各种具有线接触特征的环垫结构，如齿形热、椭圆垫、八角垫、透镜垫等则是优选的形式。常用金属垫片及适用范围见表2-17

5.3金属垫片

在高温、高压及载荷循环频繁等苛刻操作条件下、各种金属材料仍是密封垫片的首选材料。为了减少螺栓载荷和保证结构紧凑，除了平金属垫片应尽量采用窄宽度外，各种具有线接触特征的环垫结构，如齿形热、椭圆垫、八角垫、透镜垫等则是优选的形式。常用金属垫片及适用范围见表2-17

6 垫片的主要性能

6.1压缩性和回弹性

压缩性指初始压缩后垫片厚度的改变量，表征了垫片刚性的大小。垫片压缩性越小，就越容易变形。而回弹性的定义是当压缩载荷卸除后垫片厚度的回复量，它对操作时因介质压力或其他原因引起的密封面分离进行了补偿，以保持接头的密封能力，比压缩性更具重要性。两者分别以百分率表示，如式（2-1）、（2-2）所示：

C=（to-tc）/to×100% (2-1)

R=(tr-tc)/(to-tc)×100% (2-2)

式中 C—压缩率，%；

R—回弹率，%；

to --垫片的原始厚度（测试时取初载荷下的厚度），㎜；

tc --垫片在全载荷下的厚度，㎜；

tr --垫片在回复载荷下的厚度，㎜

不同材料和结构形式的垫片的压缩率和回弹率是不相同的，如表2-18所示。压缩率通常是一个范围，如压缩石棉或非石棉纤维橡胶板，压缩率为7%~17%，而回弹率则大于40%~50%，纯PTFE 的压缩率为6%~55%，回弹率大于20%~40%等。它们还受到温度、

厚度和垫片应力等因素的影响。因此，试验标准中通常按照规定的厚度和垫片应力在室温测得。对垫片的压缩-回弹性除了评价其数值大小外，还应从不同开关的压缩-回弹曲线，特别是卸载部分回复曲线的斜率观察，这一斜率越大，垫片的弹性补偿能力越大，垫片应力的损失越小，即越容易适应载荷的循环作用或密封的稳定性越好。实际压缩-回弹曲线图中压缩曲下的面积代表压缩所作的全部功，这些功将以弹性应变通的形式贮存于垫片中，该面积越大则表明垫片弹性补偿的潜力越大；而回弹曲线下的面积则表示垫片卸载时释放出来的弹性应变能，显然曲线包围部分的面积代表了垫片的刚性大小。因此在评价垫片的压缩性和回弹性时，不但要求合适的压缩性和最大的回弹率，还要求有最佳开关的压缩-回弹曲线。

6.2拉伸强度

因为垫片主要承受压缩作用，理论上没有拉伸强度垫片也不会发生问题，但在实际使用中，即使在一般场合，垫片也必须具有基本的拉伸强度，如表2-18所示。这不仅是构成材料的需要，也是垫片抵抗压力介质撕裂或吹出的需要。对于用各种橡胶粘结纤维增强板材通过通常压缩法制成的非金属垫片，由于横向拉伸强度和纵向拉伸强度常常是不相同的，而且前者往往比后者低，所以拉伸强度一般是指横向拉伸强度。其他半金属垫片和金属垫片，拉伸强度比非金属板材高得多，因此不是主要考虑的因素。

6.3压溃强度如前所述，垫片应力越大，泄漏就越少。但是应力太大，垫片就会被压溃，或者压缩时已经碎裂。因此在测试压缩垫片的全过程中，总会存在发生压溃的极限载荷，即垫片的压溃强度。压溃强度也与工作温度和垫片厚度有关。例如，1.5㎜厚的石棉橡胶板室温下的压溃强度为110Mpa，而3㎜厚的石棉橡胶板仅为60Mpa；同样的垫片，300℃时的压溃强度分别是72Mpa和38Mpa。不同构造材料和形式的垫片压溃强度自然也不一样，如与上述同样厚度和温度下的橡胶粘结非石棉纤维（芳纶纤维）板，300℃时的压溃

强度仅为45Mpa（1.5㎜）和30Mpa（3㎜）。在温度下测得的压溃强度也称热压缩强度。

6.4吹出抗力

垫片能否抵抗吹出，不但取决于材料的拉伸强度，还与垫片应力、操作压力和工作温度有关。材料的拉伸强度受温度影响，温度越高，拉伸强度越低；操作压力越大，垫片承受的拉伸应力则越大；垫片应力越低，垫片与密封面间的摩擦系数越小，则阻止垫片吹出的阻力越小。同样，通过标准的试验方法可以评定垫片的吹出抗力。

6.5蠕变松驰性能

当施加螺栓载荷时，作用在招牌上的压缩应力会使垫片厚度变薄，运转一段时间后，垫片厚度将继续减小，垫片上的应力也会逐渐减少，称之为应力松驰。实际上垫片的应力松驰主要是应力松驰和蠕变两个因素的联合作用。按照定义：应力松驰是恒应力下的应变的改变，它则以初始载荷下垫片厚度变化的百分率表示。前者称为纯松驰，后者称为纯蠕变。对于螺栓-垫片-法兰这样的特定载荷系统，垫片应力是由螺栓伸长转换成对垫片的压缩力，即垫片应力。因而，垫片蠕变不发生的恒应力下，垫片厚度的任何改变都会引起螺栓伸长的变化，同时也改变了垫片应力，这样垫片与螺栓的相互作用称为垫片的“蠕变松驰”。螺栓伸长的大小受螺栓刚度的影响，进而影响垫片应力的检验程度。因此，上述纯蠕变与平面密封面为槽面且具有金属与金属接触的法兰接头中，并与具有很大刚度的平面密封面法兰接头中的情况相接近。

综上所述，应力松驰不是材料的基本性质，应力松驰受垫片材料的蠕变以及接头中其他零件的影响，只有蠕变才是垫片材料的基本性质，只有在讨论这样主要因素共同作用时才用蠕变松驰这一概念。显然，垫片的蠕变松驰性能是影响接头密封性能的一项十分重要

的力学性能，它的最直接结果是垫片应力的下降，最终接头趋向泄漏，甚至发生垫片从密封面处吹出的情况。

根据不同的试验标准，表示垫片蠕变检验性能有两种方法，一是按照螺栓伸长改变量（相当改变螺栓载荷）表示垫片应力的变化，以蠕变松驰率（C-R）表示；二是直接测量蠕变前后垫片应力的变化，以应力松驰率（R）表示。两者分别如式（2-3）、（2-4）两式所示：

C-R=[△（△LB）/（△LB）]×100% （2-3）

式中△LB—装配时螺栓有效长度内的初始伸长量，mm；

△（△LB）--垫片蠕变后螺栓初始伸长量的变化量，mm。

垫片密封板材的蠕变松驰率的数据如表2-18所示。

R=（δgr/δgi）×100%（2-4）

式中δgr--初始压缩的垫片应力，Mpa；

δgi --蠕变后残留的垫片应力，Mpa。

通常垫片要具有一定的塑性，所以蠕变是不可避免的。毫无疑问蠕变的大小与垫片的材料和结构有关，但还和初始厚度、载荷、温度、时间等许多因素有关。蠕变与厚度成正比关系，同样材料的垫片，厚的比薄的蠕变大，所以选择垫片时应尽可能选薄的垫片。大多数法兰接头的蠕变松驰发生的预知载荷后的15~20min或20~25min的载荷循环内，

此后仍将继续下去，但逐渐趋于缓慢并转向稳定。因此有推荐在螺栓预紧18~24h后重新拧紧螺栓，以恢复部分螺栓载荷。但这种做法通常用在温度较高的场合，因为高温对蠕变的影响比室温大得多，有时甚至高达十多倍。此外，蠕变的速率随作用在垫片上初始应力的增强而提高，但有时也存在相反的情况。在很多应用中，将垫片蠕变引起的应力松驰谓之“扭矩损失”，这是因为预紧螺栓的扭矩直接与螺栓的伸长，也即垫片应力有关，扭矩损失也就意味着垫片应力的损失。

6.6 P×T

每种垫片材料都有它的最高使用温度，超过此温度，就不能安全使用；当然，每种垫片也有最大使用压力。例如对于非金属垫片材料其温度的极限值是150℃，而极限压力是100Mpa，但不能同时在150℃的温度和10Mpa的压力下使用。因此用P×T值或P×T关系图来表示非金属垫片材料可以允许的最高使用温度和最大使用压力的匹配关系，如表2-18中列出的部分垫片材料的P×T值。举例来说，橡胶粘结合成纤维（芳纶）板，其最大P×T值为12000℃·bar（厚度1.6mm），即当使用压力的100bar（1bar=1×105Pa）时，最高使用温度是120℃，如果使用温度为了200℃，那么最大使用压力就是60bar，如此等等。

6.7 招牌的高温力学性能

高温对垫片接头的性能通常有不利影响。例如高温会使垫片力学性能包括拉伸强度、回弹率（弹性模量）和承载能力等发生劣化，再如大多数橡胶粘结石棉或非石棉纤维材料（除柔性石墨外）遇高温会发生分解、粉化或永久变形，其最高使用压力随温度增加而降低。其次，高温对垫片蠕变或松驰的加强作用也是显而易见的，例如在相同的载荷下，石棉橡胶垫片200℃的松驰达到室温下的3.5倍；而作为代替石棉的柔性石墨垫片在氧化性

介质中的连续工作温度也应考虑不超过343℃。垫片的热膨胀或收缩改变了垫片的应力，因而其密封能力也相应发生改变。此外，热波动或热循环在接头中会引起联合的垫片变形棘轮和应力棘轮效应，如图2-5所示，而这种影响取决于垫片的粘塑性和对应力-应变的非线性响应以及温度等因素。

6.8 垫片的密封性能

垫片的密封性能完全依靠理论预测，很难真实反映介质通过垫片的复杂泄漏现象，因此它们主要还是通过试验测定。通过对标准垫片试样进行室温或高温密封测试，可获得在一定垫片应力和试验介质压力下垫片的泄漏率。这一泄漏率的大小即表征了介质通过垫片本身和垫片与密封面间的密封性能。

图2-6是在垫片应力-变形图上叠加了一簇恒泄漏率曲线（试验介质压力恒定），左侧曲线A的泄漏率比右侧B小。由图可见，与垫片的应力-变形图相似，垫片应力与泄漏量也呈非线性关系和滞迟现象。载荷历程不同，同一垫片应力下的泄漏率有较大的差别。因此在初始预紧垫片载荷不同的条件下，当卸载到同一垫片应力时，预紧载荷高的泄漏率比预紧载荷低的小。或者说达到同样的泄漏率水平，预紧载荷高的垫片在工作状态下需要的应力比预紧载荷低的小，因此装配垫片应力是影响其密封性能的重要因素。

除了装配垫片应力外，影响垫片密封性能的主要因素还有介质性质、压力、法兰密封面的粗糙度等。对非金属软垫片和缠绕垫片等，法兰密封面的粗糙度影响较小，而对金属垫片则影响较大。某些垫片材料的密封性能随温度的提高发生较大变化，高温下垫片对卸载愈加敏感，即达到同样泄漏率允许的垫片应力的减少量，热太要比冷态少得多。

7 垫片材料的选择

选择垫片材料要考虑以下因素：

7.1易挥发有机物的逸出要求

随着对健康和环保的高度重视，新的更严格的控制易挥发的有机物逸出的标准和法律出台，而减少来自法兰接头的逸出就成为优先考虑的因素。因此，出现了多种密封性能更好的材料，包括无石棉材料的垫片。由于它们具有不同的性能和局限性，因此正确选择、安装、使用和维护这类垫片以得到最佳密封性能就变得尤其重要。

7.2介质

垫片应在全程工作条件下不受密封介质的影响，包括抗高温氧化性、抗化学腐蚀性、抗溶剂性、抗渗透性等，显然垫片材料对介质的化学耐蚀性的好坏是选择垫片的首要条件。

7.3 温度

所选用的垫片应该在最高或最低的工作温度下有合理的使用寿命。如前所述，为了在工作条件下保持密封，垫片材料应能耐受蠕变，以降低垫片应力松驰。室温下，大多数垫片材料没有大的蠕变，但随着温度的升高（超过100℃），除大多数金属垫片外，蠕变变得严重了。因此最容易区分垫片质量优劣的是垫片在不同温度下的蠕变松驰性能。除了短期能耐受的最高或最低工作温度外，应考虑允许连续工作的温度，通常该温度低于最高工作温度和高于最低工作温度。

7.4 压力

垫片必须承受最大的工作压力。这种压力可以是试验压力，因为它可能是最大工作压

力的1.25～1.5倍。对于非金属材料的垫片，因其P×T值有一极限值，所以在选择其最大工作压力时，要考虑垫片所能承受的最高工作温度，尤其是饱和水蒸气，其蒸汽压力越高，蒸汽温度也就越高。用于真空操作条件下的垫片也要做特殊考虑，对于一般真空（760～1Torr）（1Torr=133.322Pa）可采用橡胶或橡胶粘结纤维压缩垫片；对于较高真空（1～1×10-7Torr）可用橡胶O形环或矩形模压密封条；对于很高真空（1×10-7Torr以上），则需采用特殊的密封材料和结构形式。

7.5 法兰密封面光洁度

不同的垫片形式和应用场合，对光洁度的要求不同，如表2-19所示。

7.6 其他考虑

还有许多影响选择垫片材料和结构形式的因素

7.6.1 循环载荷 如果温度和压力存在频繁的波动，则垫片必须有足够的回弹能力。

7.6.2 振动 如果管线有振动，那么垫片就必须能经受反复的高循环应力作用。

7.6.3 磨损 某些含悬浮颗粒的介质会磨损垫片，以致缩短垫片的使用寿命。

7.6.4 污染介质 如果密封介质是饮用水、血浆、药品、食品、啤酒等，要考虑垫片材料的化学物质污染介质，需采用符合食品和医药卫生要求的PTFE或橡胶等材料。

7.6.5 法兰腐蚀 某些金属（如奥氏体不锈钢耐酸钢）有应力腐蚀开裂倾向，应保证垫片材料不含会引起各种腐蚀的超量杂质，如核电站不锈钢耐酸钢法兰用的柔性石墨垫片

要求氯离子含量不超过50mg·kg-1。

7.6.6 安全性 如果密封高度毒性的化学品，则要求垫片具有更大的安全性。例如对液化气系统，选用缠绕垫片较佳，且宜选用带外环形式的，使之具有较高的抗吹出能力。此外，对石油炼制厂，还有防火的要求。例如，对于输送易燃液体的管道系统，非金属垫片用于全平面或突面法兰上的最高使用压力为5Mpa，最高使用温度为400℃。

7.6.7 经济性 虽然垫片相对比较便宜，但在选择垫片的品质、类型和材料时，应考虑到泄漏造成的物料流失、停工损失以及发生重大破坏造成的经济后果，综合考虑垫片的性能与价格比。

8 垫片尺寸选择的一般原则

8.1 尽可能选择薄的垫片

垫片要求的厚度与其形式、材料、直径、密封面的加工状况和密封介质等有关。例如对大多数非金属板状垫片而言，其抵抗应力松驰的能力随垫片厚度减少而增加，薄的垫片其周边暴露于密封介质的面积较少，因而沿垫片本体的渗漏也随之减少。可是垫片必须填补法兰密封表面的凹凸和起伏不平，因此垫片的最小厚度就取决于法兰表面光洁度、垫片的压缩性、垫处应力、法兰的偏转程度等因素。表2——20为非金属板状垫片厚度选择的参考表。金属缠绕垫片的厚度通常是4.5mm，但也可根据设备或管道直径的大小选用其他厚度，如表2-21所示。

8.2 尽可能选择较窄的垫片

在同样的螺栓载荷尔蒙下，垫片宽度越窄，垫片应力越高，密封压力也就越大，但垫片不至于被压裂或压溃，同时还要具有必需的径向密封通道长度和足够的吹出抗力。一般的板状垫片通常可根据公称直径和公称压力选取，并按照实际法兰和使用情况做适当修改，例如法兰密封面光洁度低或密封介质粘度低，则增加宽度。表2-22则是金属缠绕垫片绕带部分的最宽度。

8.3 不要让垫片的内径伸进管道内，也不要过分增加垫片的外径

前者会导致管内流体介质冲刷垫片，不但污染介质，增加流动阻力，而且会因垫片材料被介质浸胀而损坏压缩部分的垫片；而后者会因受环境腐蚀，同样损害垫片。对于密封面为突面或全平面法兰的情况，当垫片位于螺栓孔中心圆内时，通常出于安装定位的需要，取螺栓孔中心圆直径螺栓孔直径的长度为垫片外径（或外环外径）。