决定橡胶密封能力的几个因素_赵志正
橡胶密封件的失效分析(0001)
橡胶密封件的失效分析橡胶密封件的失效分析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。
分析液压橡胶密封圈的使用性能及密封原理
分析液压橡胶密封圈的使用性能及密封原理液压橡胶密封圈（Hydraulic rubber seal ring）是机械产品的基础元件，同时是所有液压产品都离不开它，橡胶密封圈广泛应用于汽车、摩托车、工程机械、盾构机、通用机械。
不知道的人会问密封圈的作用是什么呢？桂祺密封件告诉您它的用处是防止液体泄漏，防止空气和污染物进人系统和元件内部造成油液污染，并以提高产品效率与性能。
一、液压橡胶密封圈的使用要求必须满足以下性能：1.摩擦阻力要小：避免或减少液压设备产生低压爬行等不良现象；2.具备良好的相容：因橡胶密封圈长期浸泡在液压油中，容易溶胀、溶解或脆化变硬等，使之丧失密封作用，所以要求密封圈设计对液压油具有良好的相容性；3.使用时泄漏量极小：要求橡胶密封圈的泄漏量很小，具有良好的密封作用，并随着压力的增大，提高密封效果；4.使用寿命长：液压橡胶密封圈需具有良好的弹性、耐热性、耐寒性、耐压性、耐磨性及一定的物理机械强度等，并且使用寿命长。
二、液压橡胶密封圈的密封原理（机理）是什么？首先，我们需清楚“密封”可分为静密封和动密封两大类，其中，静密封主要有垫密封、间隙密封和直接接触密封三大类。
动密封可以分为旋转密封和往复密封两种基本类型。
液压橡胶密封圈的密封原理（机理）涉及两个因素，一个是腔体的密封，主要是密封件外缘(静态部件)在腔体中的定位；二是密封唇口与旋转轴表面接触的动态密封，这是密封圈原理中的重要功能。
它取决于：橡胶密封圈唇口设计；弹性材料的结构；轴表面的粗糙度等。
密封唇的径向力、密封唇的角度设计和唇尖与弹簧中心的距离设计的综合作用，产生了一种对轴面不对称分布的接触压力。
橡胶密封圈密封唇口滑动面的摩擦特性受流体的粘度与滑动速度支配，在这个滑动面上有油膜存在。
密封圈与轴的相互滑动表面就在这个油膜分离的润滑状态下运动，因此保持摩擦力小，磨损少。
可见，对密封圈唇口材料与唇部形状设计这两个因素进行微妙控制从而影响橡胶密封件的润滑特性和密封原理，是至关重要的。
影响聚氨酯橡胶密封制品性能的因素
增 加 而 降低 。 因此 ， 生产 中可 利用 这一 特性 ， 如 在 例
加 快 胶料 转速 即可 改善 其流 动性 ， 而易 于操 作 。 从
１ ２ 黏 弹 性 ．
聚氨 酯橡 胶作 为高 分子 化合 物不 同 于低分 子物
质 ， 仅具 有类 似液 体 的流 动性 ， 不 而且 具 有类 似 固体
的能 产生 可逆 变形 的弹 性 ， 种 性 质 称 为 橡 胶 的 黏 这
弹性 。橡胶 在 外力作 用 下 ， 很 快变 形到 一定 值 ， 若 然 后 保 持这个 值 不变 ， 其 所 受 的应 力 随时 间的 增 加 则
而 减 小 。 这 种 现 象 叫 应 力 松 弛 。 这 是 因 为 伸 长 了 的
的基 本 工 艺 特 性 。
度 的升高 而下 降 。 当胶 料 处 于 黏 流 态 时 ， 度 与 温 黏
度 之 间 的关 系 可 用 。 ｅ （ ＝Ａ ４为 常 数 ； Ｅ为 黏 流 活化 能 ； 为 气 体 常 数 ； Ｒ Ｔ为 实 验 绝 对 温 度 ） 示 。 表 黏度 取决 于 Ｅ Ｒ ／ Ｔ的 比值 ， 见 提 高 温 度 可 以 降低 可 胶 料 黏度 。生 产 中可 利 用 这 一 点 ， 理 掌握 胶 料 的 合 黏度 ， 生产 工艺在 合理 的基 础 上更趋 于 完善 。 使 在较 高 剪 切 速度 下 ， 料 黏 度 随 着切 变 速 度 的 胶
一
聚氨酯 橡胶 的 物 理 机 械 性 能 决 定 其 制 品 的 使 用 质
量； 其化 学结 构组 成 又 决定 了其 制 品 的 物理 机 械 性 能 。 因此 ， 生产 过程 中 ， 响 聚氨酯橡 胶 密封制 品 在 影
化 学 结 构 组 成 的 因 素 ， 就 是 影 响 制 品 性 能 的 重 要 也
国外氟橡胶产品介绍[1]
![国外氟橡胶产品介绍[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/53a7340dba1aa8114431d976.png)
国外氟橡胶产品介绍蔡树铭(辽宁省铁岭橡胶工业研究设计院 铁岭 112002)摘 要 介绍了氟橡胶的发展和许多新品级氟橡胶的开发,氟橡胶已应用到各种不同的场合。
关键词 氟橡胶,耐高温,耐腐蚀,密封制品DEVE LOPMENTS OF THE FL UORO2E LASTOMERS AT ABROAD Cai Shuming(Tieling Rubber Industry Research&Design Institute,112002)Abstract The developments of the fluoroelastomers and the new grade fluoro2elastomers devel2 oped recently were introduced in the this paper.At Precent,fluoro2elastomers have been used in a vari2 ous aspects.K eyw ords fluoro2elastomer,high temperature resistance,corrosion resistance,seals 1956年美国杜邦公司开发了氟橡胶,1958年投入规模化生产。
随之,氟橡胶以较快速度发展,60年代中、后期,氟橡胶每年以20%～30%的速度增长,70年代保持10%的增长速度,80年代仍保持7%～8%的增长,90年代以来还有很好的发展势头。
目前,全世界氟橡胶的年产量为11000t,我国仅100多t的产量,远远满足不了国民经济发展需要。
氟橡胶存在着生胶加工工艺性能和硫化胶物理性能不好协调的矛盾。
为此,一方面从氟橡胶的合成上,通过加宽生胶分子量分布范围和增加分子链非离子化端基,改善了加工工艺和压缩变形性能;另一方面,是开发新耐热助剂,以解决热稳定交联键和提高物理机械性能,取得了较大进展。
国外在氟橡胶的合成上,作了大量工作,开发了许多新品级的氟橡胶。
管道密封件橡胶的开发与研究
材 质 、 计 、 构 、 工 工 艺及 物 理 机 械 性 能 进 行 了综述 。该 密封 件 采 用 不 同硬 度 双 配 方 胶 料 ， 过 共 硫 设 结 加 通
第 ３ 卷第 １ 期 ５ ０
２ ０ 年 １ 月 ０８ ０
世 界 橡 胶 工 业
Ｗ ｏ ｌ ｂ ｅ ｎ ｕ ｔ ｒｄ Ｒｕ ｂ ｒＩ ｄ ｓ￣
Ｖｏ ． ５ Ｎｏ １ ２ ～２ １ ３ ． ０： ０ ３
Ｏｅ ．２ ０８ ｔ ０
管道 密 封 件橡 胶 的开发 与研 究
赵 志 正 （ 中橡集团 西北橡胶塑料研究设计院， 陕西 咸阳７２２） 编译 １０３
料 和橡 胶 的硫 化 条 件 、 工艺 性 能及 技 术 性 能维
验人 员拒绝 对 橡 胶 Ｂ进 行 全 过 程 的卫 生 ・ 学 化
研究 的原 因 。
表 １ Ａ、 Ｂ两 种橡 胶 的 物 理 机 械 性 能 （ Ｓ ６ ３９ ） Ｉ ０４ ３ － ６
橡胶 Ａ
性能 —
不变 ； 胶 的颜 色 保不 变 ， 且在 使用 过程 中香 橡 并
赵 志正 ． 道密 封件 橡胶 的 开发与 研究 ． 管
・ ｌ・ ２
性 能 的持 久性 ， 好 使用 过 氧 化 物 硫 化 。但 是 最
过 氧化 物 硫化 的橡 胶 有难 闻 的异 味 ， 就是对 香料 的要 求 是 ： 硫 在 化后 还 能 把 它 的香 气 保 留在橡 胶 成 品 中 ， 而胶
化 工 艺制 成 。 由于 该 产 品 涉 及 卫 生 保健 问题 ， 橡胶 与 水 接 触 的提 取 液 进 行 了化 学分 析 及 卫 生保 健 方 对 面 的鉴 定 。试 验 结 果 证 明 ， 胶 密 封 件有 ５ 橡 ０年 的使 用 寿命 。
橡胶密封圈的老化机理和防护措施研究
橡胶密封圈的老化机理和防护措施研究橡胶密封圈在各个领域中扮演着关键的作用。
无论是在汽车、机械设备、电力设施还是水处理装置中，优质的橡胶密封圈能够确保设备的正常运行，避免液体或气体泄漏。
然而，长期使用和环境因素会导致橡胶密封圈的老化，给设备的可靠性和安全性带来威胁。
因此，了解橡胶密封圈的老化机理，并采取相应的防护措施，对提高设备性能和延长使用寿命至关重要。
橡胶密封圈的老化机理是一个复杂的过程，受多种因素的影响。
下面我们将重点讨论几个主要的老化因素和机制。
1. 氧气作用：氧气是导致橡胶老化的主要因素之一。
橡胶中的含氧化物被氧气反应，形成氧化产物，导致橡胶的劣化和老化。
尤其是在高温、高湿度和高浓度氧气环境下，氧化速度更快，老化问题更加突出。
2. 热量作用：热量是另一个重要的老化因素。
高温会导致橡胶分子的活性增加，使得橡胶分子链的结构发生变化。
这种变化能够降低橡胶的弹性和耐久性，导致密封性能的下降。
同时，高温还会加速氧化反应，进一步加剧老化。
3. 光照作用：紫外线和可见光也是橡胶老化的因素之一。
光照能够激发橡胶中的化学反应，导致分子链的断裂和交联结构的破坏。
尤其是在户外和阳光直射的环境下，橡胶密封圈容易受到光照的影响，加速老化过程。
4. 化学物质作用：橡胶密封圈常常接触到各种化学物质，如酸、碱、溶剂等。
一些化学物质能够与橡胶发生反应，导致橡胶结构的破坏和老化。
特别是一些酸性和碱性物质，对橡胶的腐蚀作用更为明显。
针对以上的老化机理，我们可以采取一系列的防护措施，以延缓橡胶密封圈的老化过程，提高其使用寿命。
1. 合理选材：选择具有良好抗老化性能的橡胶材料。
常见的耐热老化材料有氟橡胶、硅橡胶等。
此外，还可以利用添加剂提高橡胶的抗氧化和抗老化性能。
2. 控制环境温度：加强设备的散热设计，控制设备周围环境的温度。
高温环境会加速橡胶密封圈的老化过程，因此保持适宜的温度是非常重要的。
3. 防止紫外线和光照辐射：对于户外设备，可以采用防护罩或涂层来遮挡紫外线和光照。
橡胶密封圈密封原理
橡胶密封圈密封原理嘿，朋友们！今天咱来唠唠橡胶密封圈密封原理这个有意思的事儿。
你说这橡胶密封圈啊，就像是一个忠诚的卫士，默默地守护着各种设备的连接处，不让一丝“捣乱分子”有机可乘。
它就像是给设备的接口处穿上了一件超级合身的小棉袄，把缝隙捂得严严实实的。
你想想看，要是没有这橡胶密封圈，那会是啥样的场景啊？就好比家里的水龙头漏水了，水滴滴答答地流个不停，那多烦人呐！橡胶密封圈可不会让这种事情发生，它紧紧地抱住连接处，任凭压力啊、温度啊怎么变化，它就是不撒手。
它的密封原理其实也不难理解。
就好比你和好朋友手牵手，紧紧地靠在一起，不给别人插进你们中间的机会。
橡胶密封圈也是这样，它利用自己的弹性，填满了那些缝隙，让流体啊、气体啊都没法从缝隙里溜过去。
这弹性可真是个神奇的东西，就像我们的皮肤一样，能伸能缩。
你再想想，要是橡胶密封圈没有弹性，那会咋样？那不就跟一块硬邦邦的石头似的，怎么能密封好呢？所以说啊，这弹性就是它的秘密武器。
而且啊，它还特别耐用，就像咱家里的老家具，用了好多年还是好好的。
有时候我就想啊，这橡胶密封圈是不是有魔法啊？怎么就能把密封这件事做得这么好呢？其实啊，这都是科学家们和工程师们的功劳，他们经过不断地研究和试验，才让橡胶密封圈变得这么厉害。
咱们生活中到处都能看到橡胶密封圈的身影呢！从小小的水管接头到大大的机械设备，哪里都离不开它。
它就像是一个默默无闻的英雄，在我们看不见的地方发挥着巨大的作用。
你说我们是不是应该好好感谢它呀？反正我觉得啊，这橡胶密封圈真是个了不起的东西！它让我们的生活变得更加方便，更加安全。
要是没有它，那得有多少麻烦事儿啊！所以啊，下次当你看到一个设备运行得稳稳当当的时候，别忘了给橡胶密封圈点个赞哦！它值得我们的赞美和尊重！这就是我对橡胶密封圈密封原理的理解，你们觉得怎么样呢？。
影响密封性能的几大因素
影响密封性能的几大因素一、运动速度运动速度很低（<0.03m/s），要考虑设备运行的平稳性和是否出现爬行现象。
运动速度很高（>0.8m/s）时，起润滑作用的油膜可能被破坏，油封因得不到很好的润滑而摩擦发热，导致寿命大大降低。
建议橡塑复合RP在0.3m/s~1.2m/s速度范围内工作比较适宜。
二、温度低温会使橡塑复合RP油封弹性降低，造成泄漏，甚至整个油封变得发硬发脆。
高温会使油封体积膨胀、变软，造成运动时油封摩擦阻力迅速增加和耐压能力降低。
建议橡塑复合RP油封连续工作温度范围-10～+80℃。
三、工作压力1、油封有最低启动压力要求。
低压工作须选用低摩擦性能、启动阻力小的油封。
在2.5MPa 以下，橡塑复合RP油封并不合适；高压时要考虑油封受压情况，需用防挤出挡圈，沟槽加工方面也有特殊要求。
2、不同材质的油封具有不同的最佳工作压力范围。
对于橡塑复合RP油封的最佳工作压力范围为2.5~31.5MPa。
四、工作介质除了严格按照生产厂家的推荐意见选取工作介质外，保持工作介质的清洁至关重要。
油液的老化或污染不仅会使系统中的元件发生故障，加快油封的老化和磨损，而且其中的脏物可能划伤或嵌入油封，使密封失效。
因此，必须定期地检查油液品质及其清洁度，并按设备的维护规范更换滤油器或油液。
在油缸里油液中残留空气经高压压缩会产生高温使油封烧坏，甚至炭化。
为避免这种情况发生，在液压系统运行初始时，应进行排气处理。
液压缸也应在低压慢速运行数分钟，确认已排完油液中残留空气，方可正常工作。
五、侧向负载活塞上一般必须装支撑环，以保证油缸能承受较大的负载。
密封件和支承环起完全不同的作用，密封件不能代替支承环负载。
有侧向力的液压缸，必须加承载能力强的支承环，（重载时可用金属环），以防油封在偏心的条件下工作引起泄漏和异样磨损。
六、液压冲击产生液压冲击的因素很多，如挖掘机挖斗突然碰到石头，吊机起吊或放下重物的瞬间。
除外在因素外，对于高压大流量液压系统，执行元件（液压缸或液压马达等）换向时，如果换向阀性能不太好，很容易产生液压冲击。
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决定橡胶密封能力的几个因素赵志正 (中橡集团西北橡胶塑料研究设计院712023)编译 分析研究了各种因素(石油、海水、胺、甲醇、H2S等腐蚀性介质以及挤出、爆破压降)对在近海区域开采石油和天然气时使用的丁睛橡胶、氢化丁睛橡胶、氟橡胶、全氟弹性体、四氟乙烯与丙烯共聚物为基础的橡胶密封件的影响。
关键词: 橡胶密封件,密封能力,近海开采,石油,天然气,腐蚀性介质 橡胶制品经常在近海区域开采石油和天然气时使用。
橡胶之所以能作为密封件材料使用,主要是因为它在宽阔的范围内具有补偿金属结构件公差的能力。
与其它材料(热塑性塑料、金属)相比,橡胶更能保证良好的密封性。
作为密封材料橡胶优于金属,它在小的应力作用下能产生大的变形。
因此,通过橡胶密封件的形变就能补偿公差,不需要大的接触应力,在装配密封件时可能有相对较大的压缩变形(10%～30%)和较大的拉伸变形(50～100%)。
与塑料不同,橡胶密封件有能力补偿轴心差和振动,橡胶材料的蠕变性较小。
与塑料和金属不同还在于它的可压缩性较小。
有可能在不发生体积变化的情况下,保证外来压力的分布,如同在液体中所发生的那样。
在海底使用的设备中采用的橡胶制品,在整个使用期内应该具有合格的工作性能力,这是因为其更换非常麻烦且费用也很高。
勘探和开采石油及天然气的条件对橡胶来说是极为苛刻的使用条件。
橡胶一般应当具备耐压差、耐高、低温、耐液态烃、化学活性物质和酸性瓦斯(H2S)的性能。
作为密封材料,橡胶的不足之处是:(1)工作温度范围较窄(取决于橡胶的种类);(2)有限的耐腐蚀性介质性能;(3)耐压力爆破作用有限(取决于橡胶种类和使用条件);(4)硬度相对较低,这会使橡胶被挤入小的间隙(密封用)中,会引起密封件损坏、密封失败并造成材料损失。
密封失效的类型 在分析密封件特有的工作能力之前,必须更深入地分析可能发生的密封失效的类型。
从广义上说,由于性能降低(如刚性变化、溶胀、挤入间隙中、收缩、裂纹增长或瞬间破坏),橡胶密封件就丧失了工作能力。
高温作用能加快密封件失效并能引起由于橡胶材料与金属之间的温度系数之差异带来的问题。
在低温下高弹性可能丧失,密封件尺寸缩小,其结果也造成密封能力下降。
挤到间隙中也能引起密封能力逐渐降低,但是这都是与装配有关,而非环境作用造成的结果。
爆破压降引起的破损在任何突发性温度或压力变化的情况下都有可能出现。
这些因素中的每一种都会造成密封件接触应力减小或完全丧失。
可以认为,除突发性破坏的情况之外,这些因素都会对应力松弛过程产生综合作用。
可见应力松弛是集一整套复杂过程之大成,并非是单独丧失工作能力的类型之一。
归根到底,在密封材料未发生物理性破坏时,这是决定各种情况下发生泄漏的因素。
在下列众多可以用来制造密封件的橡胶中,对以丁睛橡胶(NBR)、氢化丁睛橡胶(HN-BR)、氟橡胶(FKM)、全氟弹性体(PFKM)、四氟乙烯与丙烯共聚物(TFEP)为基础的橡胶进行研究。
除TFEP外,所有这些橡胶材料都是在实验条件下制备的。
都是含已知配合剂的标准胶料。
选定所研究的各胶料组分使其硬度大约达到80度;不采取提高或协调某些性能的措施。
(尽管现在已有性能优异的工业化生产和橡胶)。
高温和低温作用 橡胶密封件在高温下使用时涉及到许多问题。
温度升高时,橡胶材料的刚度会大大减小。
这就会使橡胶制品的可靠性降低,就是说容易受到下列因素,如外界压力、热膨胀造成的挤入到间隙中、收缩或者爆破压降引起的破坏。
图1示出在温度升高的情况下弹性模量和撕裂强度的变化情况。
根据这些数据可以得出结论:必须在实际工作的温度下,而不是按老办法在室温下对材料进行试验。
甚至通常被认为是耐高温的材料也会发生性能下降现象。
随着温度的升高模量和撕裂强度减小,这会导致这两个指标值低于保持工作能力必需的数值。
PFKM和T FEP橡胶的变化最大。
PFKM在155°C下撕裂强度实际上已下降到零。
这就意味着尽管这种弹性体能抗耐很高的温度,但在可能发生爆破压降和挤出到间隙中的条件下使用时不得麻痹大意。
在高温下,由于橡胶和制做密封接头的金属的热膨胀系数差异甚大,密封件可能产生过应力。
能反映密封件的工作能力,且能随着温度升高而下降的性能当中还包括压缩永远变形和应力松弛。
在室温下测得的压缩永久变形是表示:橡胶密封件在试验温度(通常是在高温下受压缩然后除去负荷,其未能恢复到原来尺寸的度量。
应力松弛导致在恒定变形时密封件接触应力的减小。
在高温下,特别是在化学活性介质(含空气)中密封件的压缩永久变形可能是很大的。
图2示出氟橡胶FKM在-15°C～300°C空气中放置1h后的压缩变形情况,这是在除去负荷后在室温(23°C)下恢复24h后测量的。
导致产生永久变形的某些过程既有化学性质的,(断链、重组以及在变形状态下生成新的交联键),也有物理性质的(热膨胀)。
比如,在-15°C下产生永久变形的过程几乎纯属物理性质,而在300°C下占优势的过程则是化学性质的。
永久变形随温度的升高而增大。
为了获得表示橡胶材料在使用过程中行为特征的数据,应当在试验温度下且在比标准时间30min长得多的时间内恢复其形状。
从图3中引用的数据就明显地看出这一点。
为了模拟使用条件,在压缩状态下保持的时间应尽可能长一些。
原则上恢复形状时间可以不超过1个月。
因为这段时间对于所有的物理过程来说已绰绰有余。
该时间对于在高温下测定与化学过程有关的变化情况也已足够。
恢复时间的长短应当与密封件的使用条件相适应。
有时候必须图1 丁睛橡胶NBR(1)、氢化丁睛橡校HNBR(2)、氟橡胶FKM(3)、全氟弹性体PFKM(4)、四氟乙烯与丙烯共聚物TFEP(5)的弹性模量(a)和撕裂强度(б)与温度的关系。
图2 氟橡胶FKM的压缩永久变形εoc T与老化温度(空气,1h)的关系进行快速恢复,以便预防可能发生的泄漏,而在这种情况下,必须在除去负荷再经过一段短暂的时间后测定其永久变形。
在其他情况下重要的不是由恢复的速度,而是测量的可靠性。
对于高玻璃化温度的材料来说,仅在环境温度下恢复形状以后就进行测量会得出不正确的结论,因为在低温下具有不良恢复性能的材料在高温下却能够成功地使用。
因此,橡胶材料依性能变化情况排定的相对次序是由恢复温度来决定的。
图3 各种橡胶在100°C 压缩状态下持续时间1h (1)、1d (2)、7d (3)及1个月(4)的压缩永久变形和在21°C (a )和100°C (б)下恢复的形状空间关系 应力松可分为物理松弛和化学松弛两部分。
尽管在室温下恢复形状的过程可能是缓慢的,但是,物理松弛会导致应力的急剧减小并且是可逆的。
化学松弛是在恒温下以恒定的速率进行的,通常在长时间承受时,特别是在高温下占优势。
这种松弛过程是不可逆的。
化学松弛的速率取决于橡胶的性质。
在化学腐蚀性介质作用条件下高温时的化学松弛可能特别大。
O 形圈在高温空气中的应力与时间对数的关系示于图4。
初始可观察到物理松弛(曲线的线性部分),然后出现化学松弛,这时应力下降较快(在时间上呈线性)。
在结束阶段,当最初吸附的化学活性物质(例如氧)消耗殆尽时,松弛的速率开始明显降低,因为即便是化学松弛的扩散也是可控的。
这种松弛过程的强度取决于O 形圈的尺寸、温度和压力(如果密封介质是气体)。
由此可知,用胶片试样做的试验会导致对实际使用中发生的松弛程度作出过高的评估。
表1列出了所研究的橡胶在155°C 空气中于7天内应力松弛的速率。
图5示出丁睛橡胶O 形圈放置在80°C 空气中其两部分松弛的分量。
在开始阶段松弛的主要部分具有物理性质,但是随着物理松弛速率的下降,化学松弛开始占优势。
这时并未仔细观察化学松弛的扩散控制阶段。
由于试样中所含的氧被消耗掉,此时化学松弛的速率降低。
为了使化学松弛过程持续下去,氧应当向试样中扩散。
图4 应力松弛动力学曲线。
1-物理松弛;2-化学松弛;3-扩散控制部分。
图5 丁睛橡胶在80°C 空气中放置1h (1)、1d(2)、7d (3)、1个月(4,4′)、1a (5,5′)、5a(6,6′)、7a (7,7′)后的物理松弛部分(1～7)和化学松弛部分(1～5)的比例。
应力松弛和压缩永久变形都对密封能力的减弱有着直接的关系。
然而在橡胶材料中发生的过程都能对应力松弛永久变形产生各种作用。
后硫化交联键的生成及其重组对产生压缩永久变形起主要作用。
然而这两个过程中无论那一个过程对于因交联键或者链的断裂产生的表1 生胶性质对硫化胶在155°C空气中松弛速率的影响生胶松弛速率物理松弛,%/旬化学松弛,103%/旬在104min时间总松弛速率,%丁胶橡胶NBR7.3 5.235氢化丁睛橡胶HNBR8.3 1.036氟橡胶FKM 6.30.6523全氟橡胶PFKM13.9-*42四氟乙烯与丙烯共聚物TFEP12.0*36 *在155°C下1周内测量时未发现松弛。
应力松弛均无影响。
短暂的应力松弛和压缩永久变形互相间具有相关性,因为这二者都具有物理性质。
然而在长时间试验的情况下,这种相关性会被破坏,这一点在研制和使用密封件时是很重要的。
密封件在低温环境下使用时会产生一些必须要解决的问题。
北海的典型温度(4～10°C)和某些橡胶(特别是全氟橡胶PFKM)的玻璃化温度(T c)十分接近。
在这种条件下用来制造密封件的橡胶材料会丧失高弹性,密封件就会失效。
文中论述的橡胶的T c值列于表2。
为了使密封件能在接近零度的地区或在更低温度的地区使用,建议采用下T c值相当低的特种氟橡胶。
密封件在低温下使用的另一个问题是与热收缩有关的橡胶的收缩率。
在研制密封系统时必须考虑到这种收缩率并进行补偿,以便在低温下使用时保持必要的密封应力。
表2 部分橡胶的玻璃化温度T c橡胶T c橡胶T cNB R-21BFKM-0HNB R-23T FEP-0FKM-18腐蚀性物质的作用 在近海开采石油时橡胶制品不仅要承受对其来说活性较小的介质(海水、轻质石油产品、甲烷)的作用,还要经受反应能力较大的物质(防腐剂,此时为胺、甲醇和H2S)的作用。
由于浸泡而吸入液体会引起材料的溶胀或收缩。
溶胀率取决于介质和橡胶的相对溶解度参数和极限溶解度。
溶解度参数是热力学上的一个量,它是衡量聚合物和溶剂可能混合的程度的度量。
两者的溶解度参数愈接近,溶胀率愈大。
溶胀会导致橡胶内的孔隙被填满并使物理性能降低,如引起模量和强度的减小。
较小的溶胀度是完全允许的。
因为这有助于保存接触应力。
但是在橡胶材料配合中未交联的配合剂被抽出时,材料可能发生收缩,这会引起密封件与被密封表面脱离接触,导致发生潜在的泄漏。