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。
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。
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。
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....
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