在工业密封领域，垫圈作为连接部件间的关键密封元件，其材质的选择直接决定了密封效果的成败。不同的工况条件对垫圈的性能提出了各异的要求，而任何一种材料都无法做到面面俱到。因此，深入了解不同材质垫圈的优缺点，是进行科学选型、保障设备安全稳定运行的基础。本文将针对四种常见的垫圈材质——橡胶、聚四氟乙烯、金属缠绕垫片及石墨，进行详细的对比分析。
一、 橡胶垫圈：高弹性的通用选择
橡胶垫圈以其优异的弹性和回弹性而著称，是非金属软垫圈中的代表。
●优点： 密封性能卓越：质地柔软，能够以较低的螺栓压紧力产生显著的变形，从而紧密填充法兰表面的微观不平处，形成极佳的初始密封。
○缓冲减震：具有良好的伸缩性和追随性，能够有效补偿因温度波动或机械振动引起的法兰间隙微小变化。
○经济实用：制造成本相对较低，适用于大批量应用。
●缺点： 耐温性有限：大多数合成橡胶的长期使用温度通常不超过120°C至200°C，高温下易硬化、老化失去弹性。
○耐化学性有局限：其耐介质性能因橡胶种类而异（如丁腈橡胶耐油、EPDM橡胶耐水汽），但易受强酸、强碱、油类和溶剂的侵蚀，发生溶胀或降解。
○易发生“冷流”：在持续压力的作用下，部分橡胶材质可能会发生塑性蠕变，导致密封应力松弛，从而引发泄漏。
适用场景：广泛应用于常温水、空气、油类等介质的中低压管道、阀门及家用设备中。
二、 聚四氟乙烯（PTFE）垫圈：强腐蚀环境的王者
聚四氟乙烯，俗称“塑料王”，是化学工业中不可或缺的密封材料。
●优点： 无与伦比的耐腐蚀性：能抵抗几乎所有的强酸、强碱、强氧化剂和有机溶剂，化学稳定性极高。
○耐温范围较宽：通常可在-200°C至+260°C的宽广温度范围内保持性能。
○低摩擦与不粘性：表面能极低，不易与法兰粘附，便于拆卸和清理。
●缺点： 易发生冷流（冷蠕变）：这是PTFE垫圈最主要的缺点。在常温及压力下就会发生显著的塑性变形，导致密封应力快速衰减，不适合在高压或需要长期稳定密封的场合单独使用。
○回弹性差：材质较硬，缺乏橡胶那样的弹性恢复能力，难以补偿法兰的分离。
○机械强度较低：相对于金属材料，其强度和抗吹出能力较弱。
适用场景：主要用于强腐蚀性介质的密封，尤其在化工、制药、食品等行业中。
三、 金属缠绕垫片：高温高压工况的佼佼者
金属缠绕垫片属于半金属垫片，由预成型的“V”形金属带与非金属填充带交替缠绕而成，兼具强度与密封性。
●优点： 优异的密封与回弹性能：其缠绕结构像一个密实的弹簧，在压紧时提供优良的密封，并能通过回弹补偿温度和压力波动带来的变化。
○耐高温、高压：可根据工况选择不同的金属材料（如304SS、316L、Inconel等），使其能够承受极高的温度和压力。
○良好的补偿能力：能够适应法兰密封面轻微的不足或不平。
●缺点： 对安装要求高：需要精确的螺栓载荷，压紧不足可能导致泄漏，过度压紧则可能压散缠绕结构，使其失去回弹能力。
○成本较高：制造工艺复杂，价格高于多数非金属垫圈。
○不适用于超低温或频繁循环工况：在极端条件下，其性能可能受到影响。
适用场景：是石油化工、电力、核电等行业中高温高压阀门、管道和压力容器法兰连接的首选。
四、 石墨垫圈：高温密封的柔性解决方案
柔性石墨垫圈由纯石墨压制而成，以其独特的高温稳定性而闻名。
●优点： 卓越的耐热性：在氧化性气氛中可使用至400°C（带抗氧化剂），在非氧化性气氛中则能承受高达3000°C的高温，是极佳的高温密封材料。
○出色的热稳定性与自润滑性：热膨胀系数低，尺寸稳定，且石墨层间易于滑动，使密封面应力分布均匀。
○化学惰性强：耐大多数化学介质腐蚀。
●缺点： 机械强度低：质地较软，抗吹出能力弱，在高压或高流速介质冲刷的场合，需要与金属齿形板或薄板复合使用（如石墨复合垫）。
○在强氧化性介质中受限：虽然化学性质稳定，但在如发烟硫酸等强氧化性环境中会被侵蚀。
○电化学腐蚀风险：与不锈钢等金属法兰接触时，在电解质存在下可能引发电偶腐蚀。
适用场景：广泛应用于热交换器、汽轮机、锅炉及各种高温法兰连接中。
综上所述，没有“最好”的垫圈材质，只有“最合适”的选择。橡胶以其弹性见长，PTFE以耐腐蚀取胜，金属缠绕垫片胜任高温高压，而石墨则在单纯的高温领域表现出色。在实际应用中，工程师必须综合考量介质的化学性质、工作温度、系统压力以及成本预算，才能为特定的密封点挑选出最匹配的垫圈，从而构建起一道安全可靠的密封防线。
