一、 高压环境下的密封圈材质选择
高压环境主要挑战：材料挤出（挤入间隙）、压缩永久变形、摩擦生热。
核心要求：
高抗压强度： 材料本身抵抗压力而不发生过度变形或流动的能力要强。
低压缩永久变形率： 材料在长期高压下卸载后，能恢复到接近原始形状的能力要好。
高硬度： 通常选择邵氏硬度较高的材料（如 90A 以上），以减少挤出风险。
良好的抗挤出性： 材料抵抗被挤入配合件微小间隙的能力。
低摩擦系数： 减少摩擦生热，避免材料因高温而失效（虽然高压是主因，但摩擦热是伴随问题）。
良好的耐磨性： 高压下相对运动可能加剧磨损。
常用材料：
聚氨酯：- 优点： 极高的机械强度、优异的耐磨性、良好的抗挤出性、多种硬度可选（常用 90A-95A）。是高压密封（如液压系统）的常用选择。
- 缺点： 耐高温和耐化学性相对有限（不如氟橡胶），低温性能较差（易变脆），易水解（某些类型）。
全氟醚橡胶：- 优点： 几乎对所有化学品具有惰性，极佳的耐高温性（可达 300°C 以上），良好的低压缩永久变形，在高压下也能保持性能。是苛刻高压、高温、化学环境的首选。
- 缺点： 极其昂贵，低温弹性不如硅橡胶，加工难度大。
氟橡胶：- 优点： 优异的耐高温性（200-230°C）、良好的耐油耐化学品性、较好的机械强度和抗挤出性（中等硬度下）、比 FFKM 便宜。是高压高温油、化学品环境的常用选择。
- 缺点： 低温性能差（玻璃化转变温度约 -20°C），在低温下变硬失去弹性；压缩永久变形性能不如 FFKM 或 HNBR；成本高于 NBR。
氢化丁腈橡胶：- 优点： 优异的耐油性（优于 NBR）、良好的耐热性（150°C 左右）、非常好的耐磨性、极低的压缩永久变形率（接近 FFKM）、比 FKM 和 FFKM 便宜。在高压油介质中表现优异，是性价比很高的选择。
- 缺点： 耐化学品性不如 FKM/FFKM，低温弹性一般（比 FKM 稍好，但不如硅橡胶）。
聚四氟乙烯：- 优点： 几乎对所有化学品惰性、极低的摩擦系数、可在很宽的温度范围内工作（-200°C 到 +260°C）、不会永久变形（蠕变）。
- 缺点： 极差的弹性（是塑料，不是橡胶），需要特殊的结构设计（如唇形密封、弹簧蓄能密封圈）来补偿其冷流性和缺乏回弹性。纯 PTFE 密封圈在动态高压密封中效果不佳，常作为复合材料或特殊结构使用。
高压密封设计要点： 除了材料，抗挤出挡圈（通常用 PTFE 或 PEEK 制成）是防止橡胶材料在高压下挤入间隙的关键部件，常与 O 型圈配合使用。
二、 低温环境下的密封圈材质选择
低温环境主要挑战：材料变硬、变脆、失去弹性、收缩导致泄漏。
核心要求：
低的玻璃化转变温度： 材料在低温下保持弹性和柔韧性的关键指标。Tg 越低，低温性能越好。
良好的低温弹性/柔韧性： 在低温下仍能有效变形并紧密贴合密封表面。
低的收缩率： 避免因低温收缩而在密封面上产生间隙。
抗低温脆化： 材料在低温下抵抗冲击或突然变形时发生断裂的能力。
常用材料：
硅橡胶：- 优点： 最佳的低温弹性（Tg 可低至 -120°C 以下），在极低温下仍能保持柔韧性，耐候性好。
- 缺点： 机械强度低，抗撕裂性差，耐磨性差，极易挤出，在高压下表现很差；耐油性、耐溶剂性、耐燃料性非常差。仅适用于低压或静态的低温密封。
氟硅橡胶：- 优点： 兼具硅橡胶的优异低温性能（Tg 约 -70°C 至 -55°C）和氟橡胶的耐油耐化学品性。在低温燃油、航空液压油等环境中应用广泛。
- 缺点： 机械强度和耐磨性比氟橡胶差，比硅橡胶好，但不如 PU 或 HNBR；成本较高；在极高压力下仍可能挤出。
全氟醚橡胶：- 优点： 在极宽的温度范围内（-30°C 至 +300°C+）保持性能稳定，低温弹性比 FKM 好得多（Tg 可低至 -30°C 至 -15°C，特殊牌号更低），兼具卓越的耐化学性。适用于同时要求超低温、高温和耐化学品的极端环境。
- 缺点： 极其昂贵。
三元乙丙橡胶：- 优点： 良好的低温性能（Tg 约 -50°C），优异的耐候性、耐臭氧性、耐水蒸气性，成本低。
- 缺点： 耐油性、耐烃类溶剂性非常差，机械强度一般。适用于低温水、蒸汽、制冷剂等环境。
聚四氟乙烯：- 优点： 极宽的工作温度范围（-200°C 到 +260°C），在低温下不会变脆。
- 缺点： 缺乏弹性，需要特殊设计。常用于低温静态密封或作为复合材料基体。
特殊配方的氟橡胶/氢化丁腈橡胶：- 通过优化生胶选择和配方（如添加特殊增塑剂），可以改善标准 FKM 和 HNBR 的低温性能（降低 Tg，提高低温回弹性），使其能应用于中等低温环境（如 -40°C 至 -50°C），同时保持其原有的耐油耐热等优点。这是性价比相对较高的低温解决方案。
三、 高压 & 低温组合环境下的密封圈材质选择
这是最具挑战性的环境之一，要求材料同时满足高压和低温的苛刻要求。
核心挑战：
- 低温使材料变硬变脆，降低了其在高压下抵抗变形和挤出的能力。
- 低温收缩可能导致初始密封力不足。
- 高压可能加剧低温下材料的脆性失效风险。
常用材料（选择非常有限且昂贵）：
全氟醚橡胶：- 首选方案。 是目前已知能同时兼顾超高压、超高温、超低温和极端耐化学性的最佳弹性体材料。特殊牌号可在深冷温度（如液氮 -196°C）和数百 bar 的压力下工作。但其高昂的成本是主要限制因素。
特殊配方的氟硅橡胶：- 在中等高压和低温（如 -50°C 至 -70°C）组合环境下，经过特殊配方设计（提高强度、改善抗挤出性）的 FVMQ 可能是一种选择，但高压能力有限（通常需要配合抗挤出挡圈）。
聚四氟乙烯复合材料 + 弹性体密封结构：- 利用 PTFE 优异的耐低温、低摩擦和化学惰性作为密封面材料，结合弹簧蓄能器（常用耐低温的 Elgiloy 合金或特殊弹簧）或金属/弹性体 O 型圈提供持续的弹性和密封力。这种结构能有效应对高压低温组合挑战，在深冷阀门、低温泵等设备中广泛应用。例如：
- 弹簧蓄能 PTFE 密封圈： PTFE 外壳提供密封面和化学惰性，内部金属弹簧提供弹力，适用于极宽的温度范围（-268°C 至 +288°C）和高压。
- PTFE 包覆 O 型圈： O 型圈（常用 FKM 或 FFKM）提供弹性，外覆 PTFE 层提供低摩擦、耐化学和抗挤出表面。
特殊改性氟橡胶/氢化丁腈橡胶：- 在压力不是极高（如几十到一百多 bar）、低温不是极低（如 -40°C 左右）的组合环境下，通过特殊改性的 FKM 或 HNBR 可能满足要求，但需要仔细评估和测试。
总结与关键考量点
明确工况： 压力范围、温度范围（最高、最低、变化速率）、介质类型（油、水、化学品、气体）、动态/静态、循环频率、允许泄漏率、使用寿命要求。
优先解决主要矛盾：- 如果高压是主要挑战，优先考虑 PU, FKM, HNBR, FFKM，并必须配合抗挤出挡圈设计。
- 如果低温是主要挑战，优先考虑 VMQ, FVMQ, EPDM, 低温改性 FKM/HNBR, PTFE 结构。
- 如果高压低温并存，FFKM 和 PTFE 复合弹性体密封结构是主要选项，成本高昂。
考虑综合性能： 耐介质性、耐磨性、使用寿命、成本都是重要因素。没有一种材料是完美的。
密封结构设计： 材料选择必须与密封结构（O型圈、矩形圈、唇形密封、垫片、是否需要挡圈等）紧密结合。好的设计可以弥补材料的某些不足。
咨询供应商和标准： 密封件制造商拥有丰富的材料数据库和应用经验。参考相关行业标准（如航空航天、石油天然气、半导体）对材料选择有重要指导意义。
测试验证： 对于关键应用或极端工况，必须进行充分的实验室测试和模拟工况测试来验证密封材料和设计的可靠性。
选择密封圈材质是一个需要综合考虑性能、成本、可靠性和设计可行性的系统工程。深入理解不同环境对材料性能的要求以及各种材料的特性是做出正确选择的基础。
