橡胶密封件的失效分析

顶子山

橡胶密封件常见的失效原因主要有4种：设计错误、选材错误、密封件质量问题和使用不当。  

1. 设计错误   设计错误通常是由於设计人员对产品认识不足造成的。比如对密封件承受的压力估计不足、对密封面上接触应力分布的认识有误、安放密封件的沟槽设计不合理等。   有限元分析(FEA)常常被用来辅助密封件的设计和失效分析。我们曾为某美国客户做过一个密封件，该密封件以塑料为主体，局部包上橡胶。客户在检测零件的过程中发现，塑料部分在测试时容易破裂，从而得出结论是：塑料件在二次成型时(即将橡胶包覆在塑料件上)被损坏了。经我们分析後发现，塑料件都是在一个地方破裂的。通过有限元分析，我们发现，塑料件的破损部位实际上是密封件受到最大应力的地方，此处应力已经远远超过塑料所能承受的。   如果在设计的时候客户就用有限元方法分析过该产品，不但可以避免类似的错误，还可以节省其时间和金钱。当然，想要成功的分析预测橡胶密封件的性能，不但要有合适的有限元分析软件，还要有丰富的材料经验、建模经验和长期的数据积累。  

2. 选材错误   常用的橡胶密封材料有三元乙丙橡胶(EPDM)、丁腈橡胶(NBR)、硅橡胶(VMQ)、氟橡胶(FKM或者FPM)和氯丁橡胶(CR)等。这些橡胶的特性各不相同，应用也不同。选择材料要从多方面考虑，比如使用温度、材料是否耐受介质、材料的硬度、压缩永久变形和耐磨性等各种因素。  选材错误常常是因为设计人员对各种材料的性能不熟悉。一个经验丰富的橡胶密封件供应商能一开始就指出选材的问题。   我们有个国内客户不喜欢正在使用的O圈，因为这个O圈很容易坏。我们检查了更换下来的样品，发现样品表面有龟裂，纹路很像臭氧老化。我们又询问了O圈的使用环境，发现周围有很多机械设备和电动马达。这下答案就有了：电动马达的火花能产生臭氧，造成了局部小环境臭氧浓度较高；而客户所选材料为丁腈橡胶，不耐受臭氧。为了验证结论，我们在实验室臭氧老化箱中做了测试，结果客户提供的新O圈表面也出现了类似的裂纹。由於该密封件只与空气长期接触，没有矿物油等其他物质，我们最终推荐了三元乙丙橡胶来代替客户的现有产品。   有时使用环境比较复杂，或者是一个全新的设计，选择材料就不是件非常容易的事了。除了仔细甄别各种影响因素外，还需要进行功能测试。   

2 d+ U5 h  W' \0 k2 H6 n0 Y3. 密封件质量   密封件的生产质量与最终产品的可靠性密切相关。常见的问题有：原材料质量不稳定、橡胶混炼时投错原料、原料或者混炼胶储存不当(交叉污染)、胶料混炼不均匀、硫化条件(温度、时间、压力等)不妥、密封件产品保存不当、模具使用不当等。这些问题往往涉及到生产过程中的质量控制。定货方在选择密封件生产厂时，应该经过多次考察、调研并进行产品测试。在供货的过程中，还可要求密封件的生产企业提供真实、准确的检验报告。

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4. 密封件使用不当   一个好密封件，如果使用不当，也会造成整个产品失效，比如润滑油使用错误。   我们的某个客户反馈说O圈零件的尺寸与要求差异很大。当我们分析样品时才发现，客户用错了润滑油。该O圈是由三元乙丙橡胶制成，材料本身不耐矿物油类的润滑油。客户涂上这种润滑油，会造成产品体积溶胀。後来让客户改用硅油就没有问题了。   另外一类常见的问题为安装错误。比如在O圈装配过程中产生了扭曲；由於安装不当而造成密封件受压不均匀；密封件的润滑不够等失误。如果这些失误是由密封件的生产厂家造成的，那么这属於生产质量所控制的范围之内。如果由定货方或者第三方造成，那么就属於使用不当了。   当今科技日新月异，巿场上出现了很多新的密封件材料和工程设计，以满足各种苛刻的使用要求。同时，大多数密封件的制造商也采用了科学的质量管理体系。遗憾的是，这些努力都不能杜绝密封件失效。因而，失效分析就显得更为重要了。 橡胶密封件失效分析   橡胶密封件失效分析不但要求技术人员具有全面的材料知识，还必须具有丰富的工程经验，并且要善於使用一些分析仪器和设备，因此复杂的失效分析往往需要一个团队来完成。这些技术曾仅用於大学和科研院所的基础科学研究。而今，在橡胶工业中，尤其是欧美一些高端技术企业中，这些技术成功地用在密封件失效分析上。对於这些技术，很多文献都有更详细的论述和使用实例，在此不再赘述。   除了凭借经验和上述的各种测试外，有限元分析(FEA)也常常被用来辅助密封件的失效分析。上文在“机械设计错误”中所举的就是一个很好的例子。  
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& f8 [1 y4 C3 c+ n6 l8 U5. 实地考察   失效分析的一个重要部分是实地考察密封件生产过程或者使用方的安装、使用过程。因为有时仅凭实验室的分析还不能够得出最终结论。  比如经实验室分析，密封件物料可能有污染。为了确认这种猜测，分析人员最好实地到生产厂家考察，看看有什么操作漏洞，并在各个可能的生产环节取样。如果实地样品验证了分析结果，那么就可以确诊了。其结果可帮助生产厂家改善生产流程，以避免将来发生类似的问题。   再如，我们曾有一个产品在使用中没有达到预期的寿命就失效了。经过实验室分析和对密封件生产厂的考察，我们仍然无法找出原因。最後，我们的技术人员去参观了客户的安装流水线後发现，装配过程中所使用的一个元件上有毛刺，装配中橡胶件表面被划伤，从而造成橡胶密封件在使用中过早失效。在客户更换了这种元件後，橡胶密封件就完全达到使用要求了。  综上所述，橡胶密封件的失效分析常常是一个复杂的工作。技术人员不仅需要有丰富的经验和知识，还要有认真仔细的态度、坚韧不拔的毅力和一定的逻辑推理能力。同时，失效分析对分析仪器和设备等硬件也有一定的要求。

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耐油橡胶的定义及分类  

1.耐燃油性：    氟橡胶FKM 和氟硅橡胶FMVQ对燃料油的抗耐性最好。而氯丁橡胶和氯化聚乙烯橡胶CPE耐燃油性最差。丁晴橡胶的耐燃油性随丙烯晴含量增加而提高。氯醇橡胶的耐燃油性比丁晴橡胶好。

% n8 o" ^. T& \0 [& a; U* L2.耐混合燃油性：    氟硅橡胶FMVQ和氟橡胶FKM 对混合燃料油的抗耐性最好。丙烯酸酯橡胶耐耐混合燃油性最差。丁晴橡胶的耐混合燃油性随丙烯晴含量增加而提高。含氟量高的氟橡胶对混合燃油的稳定性较好  胶种 汽油/甲醇85/15 平均溶涨度(54度)/%汽油/乙醇85/15平均溶涨度(54度)/%

4 o5 Y6 S" B) E& I/ O' X3.耐酸性氧化燃油性：    对酸性氧化燃油来说，酸性氧化燃油中的氢过氧化物可使硫化胶的性能恶化，所以在燃油系统中常用的丁晴橡胶，氯醇橡胶难以满足长期使用的要求。只有含氟弹性体如氟橡胶FKM ，氟硅橡胶FMVQ，氟化磷晴和氢化丁晴橡胶性能较好。普通的丁晴橡胶胶料，不能在125度的酸性汽油中长时间工作。只有采用氧化镉活化的低硫-给硫体以 及白碳黑为主要原料的丁晴橡胶，才能较好的耐酸性汽油。增加丙烯   晴的含量，可使酸性汽油的渗透性降低。

心想事成

楼主总结很好.类似问题心有体会

顶子山

1.耐燃油性：    氟橡胶FKM 和氟硅橡胶FMVQ对燃料油的抗耐性最好。而氯丁橡胶和氯化聚乙烯橡胶CPE耐燃油性最差。丁晴橡胶的耐燃油性随丙烯晴含量增加而提高。氯醇橡胶的耐燃油性比丁晴橡胶好。

& G% d7 j% D$ V  u, q2.耐混合燃油性：    氟硅橡胶FMVQ和氟橡胶FKM 对混合燃料油的抗耐性最好。丙烯酸酯橡胶耐耐混合燃油性最差。丁晴橡胶的耐混合燃油性随丙烯晴含量增加而提高。含氟量高的氟橡胶对混合燃油的稳定性较好  胶种 汽油/甲醇85/15 平均溶涨度(54度)/%汽油/乙醇85/15平均溶涨度(54度)/%
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; F2 y3 b/ ~- r  I& z6 _3.耐酸性氧化燃油性：    对酸性氧化燃油来说，酸性氧化燃油中的氢过氧化物可使硫化胶的性能恶化，所以在燃油系统中常用的丁晴橡胶，氯醇橡胶难以满足长期使用的要求。只有含氟弹性体如氟橡胶FKM ，氟硅橡胶FMVQ，氟化磷晴和氢化丁晴橡胶性能较好。普通的丁晴橡胶胶料，不能在125度的酸性汽油中长时间工作。只有采用氧化镉活化的低硫-给硫体以 及白碳黑为主要原料的丁晴橡胶，才能较好的耐酸性汽油。增加丙烯 晴的含量，可使酸性汽油的渗透性降低。

% H" d, r) O2 { 4.耐矿物油性：    丁晴橡胶是常用的耐矿物油橡胶。丁晴橡胶的耐矿物油性随丙烯晴含量增加而提高。但高丙烯晴含量的丁晴橡胶耐热性有限。当油温达到150度时，应该采用氢化 丁晴橡胶，氟橡胶FKM ，氟硅橡胶FMVQ和丙烯酸酯橡胶。油温达到150度时，氟橡胶FKM ，氟硅橡胶FMVQ效果最好。但成本高，为降低成本，可以在氟橡胶FKM 中并入50%以下的丙烯酸酯橡胶，并用后的硫化胶性能下降不大于20%。丙烯酸酯橡胶耐矿物油性好于丁晴橡胶.丙烯酸乙酯型的橡胶丙烯酸酯橡胶的耐热油性，比丙烯酸丁酯型的橡胶好。

5.耐合成润滑油性：    相似相溶原则：极性聚合物溶于极性溶剂，非极性聚合物溶于非极性溶剂，三元乙丙橡胶属于氢类橡胶，在氢类油中极度膨胀，硅橡胶在硅油中，氟橡胶在全氟带氢液体中，都出现很大的体积膨胀。
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1 Z: O0 r* o0 X6 P$ S6.耐合成氢类润滑油：    丁晴橡胶的耐油性随丙烯晴含量增加而提高。芳氢类对丁晴橡胶膨胀作用大于脂肪氢类。高丙烯晴含量的丁晴橡胶，用于耐高芳氢含量的合成氢油。中丙烯晴含量的丁晴橡胶，用于耐低芳氢含量的合成氢油。低丙烯晴含量的丁晴橡胶，用于低膨胀使用的合成油如石蜡油。或低温屈挠性比耐油性更重要的场合。使用氢化丁晴橡胶 可以改善耐热性，耐臭氧性和提高对添加剂的抵抗性。氢化丁晴橡胶适用于耐140-150度热油场合。耐油耐热性介于丁晴橡胶和氟橡胶之间。氟橡 胶可以耐 200度合成氢类润滑油长期工作。硅橡胶可以耐200度合成氢类润滑油长期工作。并且在-60度下保持良好的屈挠性。对石蜡油和PAOS都很好。但不耐低 黏度的合成氢油类。会产生极大的膨胀。氯醇橡胶可以在-40到+120度的合成氢类润滑油长期工作，具有低的透气性和良好的耐臭氧性。缺陷是对模具的腐蚀 性和高温老化后的返原现象。氯磺化聚乙烯橡胶耐合成氢类润滑油的能力，随氯含量增加而提高。在-20到+120度范围内，只能用在高石蜡的矿物油哈 PAOS中，在环烷油和芳氢油中膨胀很大。聚氨酯橡胶AU/EU/也能耐合成氢类润滑油但其压缩变形随温度升高(超过70度)有恶化倾向。另外耐水解性不 好。  

7.耐聚亚烷基二醇(PAG)合成润滑油    一般情况下，配方适当的丁晴橡胶，氯丁橡胶，三元乙丙橡胶硫化胶，可耐PAG合成润滑油。但氯丁橡胶，三元乙丙橡胶不耐矿物油。如果系统中稍有一点矿物油，都可能引起极度膨胀。氟橡胶不耐PAG合成润滑油。耐有机酯合成润滑油，耐有机酯合成润滑油分两类：二羧酸酯和多元醇酯。通常選用適當配合的丁晴橡胶和氟橡胶耐磷酸酯合成润滑油。硅橡胶可以耐磷酸酯合成润滑油﹐但物性很差﹐使用受到限制﹒三元乙丙橡胶和丁基橡膠只能耐純磷酸酯﹐如果有少量礦物油混入﹐ 會膨脹﹒氟橡胶不耐磷酸酯合成润滑油。二元乙丙橡胶﹐三元乙丙橡胶和丁基橡膠﹐能在121度以下的磷酸酯合成润滑油中長期工作﹒  
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8.耐含硅的合成润滑油。      一般，硅油不容易引起橡膠膨脹﹐但能把橡膠中的增塑齌抽出來﹒不合增塑齌的丁苯橡膠﹐三元乙丙橡胶﹐丁晴橡胶﹐氫化丁晴橡胶﹐氟橡胶都耐有机硅液体。

' |; d. {7 \4 o4 \2 {# @7 @$ u( x: h9.耐含氟元素油    聚全氟氢基醚是不燃性液体，能在230-260温度范围内使用。在已知的橡胶中，还没有一种能在该温度范围内长期工作。三元乙丙橡胶可以在100度含氟元素油中使用。氟橡胶可以在150度温度下使用。

( t/ d7 \  w+ |; S8 k+ M9 p$ {10.耐聚苯基醚液体     聚苯基醚是最耐辐射的液体，并且对高温和氧化异常稳定。三元乙丙橡胶可以在100度聚苯基醚中使用。氟橡胶可以在200度温度下使用。但氟橡胶不耐辐射。 11.耐氯代氢液体     氯代氢合成液体是非水基阻燃性液体。氟橡胶和硅橡胶效果良好

陈工

沉下心来，就能做的更好！！！

stoneavid

感谢分享

hlx5536

个人感觉密封件首先得结构设计合理，选材正确。

sheu7960

感谢分享！

李大伟

好贴值得学习