談談老化對彈性體密封件造成的影響

彈性體(ti) 因其相對較高的強度、較低的磨損率以及對水、油和其他化學品的耐受性而被廣泛使用。彈性體(ti) 的機械性能，即它們(men) 的拉伸強度和硬度，會(hui) 在產(chan) 品存放時隨時間而變化。儲(chu) 存環境通常會(hui) 決(jue) 定橡膠產(chan) 品的保質期。大多數橡膠在儲(chu) 存過程中對溫度、光、氧氣、水分、熱和機械負荷敏感。這些因素會(hui) 使橡膠產(chan) 品過早老化，從(cong) 而對其作為(wei) 原材料或成品的使用壽命產(chan) 生負麵影響。

硬化和破裂的彈性體(ti) 密封。圖片由殖民海豹提供

當密封件等彈性體(ti) 產(chan) 品長時間存放時，它們(men) 會(hui) 老化。自然地，彈性體(ti) 將經曆一係列變化，隨著時間的推移會(hui) 改變其材料特性。構成彈性體(ti) 的分子鏈會(hui) 降解，這一過程從(cong) 材料製造之日開始。在本文中，我們(men) 將探討密封件中常用的彈性體(ti) 如何隨著時間的推移而發生變化，以及它對密封件性能的影響。我們(men) 還將介紹處理和儲(chu) 存彈性體(ti) 產(chan) 品的較佳實踐指南，以確保較佳使用壽命。

彈性體(ti) 是具有彈性的天然或合成聚合物。構成彈性體(ti) 的分子鏈通過微弱的分子間力結合在一起。通常，它們(men) 具有低楊氏模量和高屈服強度。它們(men) 還具有在拉伸或壓縮後恢複其原始形狀和大小的獨特特性。在密封件中可以找到許多不同類型的彈性體(ti) ，例如天然丁二烯橡膠 (NBR)、氟橡膠 (FKM)、矽橡膠 (VMQ) 或聚氨酯 (PU)。

表1. 選定術語的定義(yi)

通常進行加速老化測試是為(wei) 了更好地了解彈性體(ti) 如何隨時間降解。我們(men) 將重點關(guan) 注工業(ye) 應用中觀察到的最常見的彈性體(ti) 老化形式：熱老化。

進行熱老化測試以檢查產(chan) 品承受高溫的能力。測試通常通過將彈性體(ti) 樣品放入熱風爐內(nei) 進行。樣品掛在烤箱內(nei) 的轉盤上，緩慢旋轉以均勻加熱，可以在高溫（100°C+）的烤箱中放置數天或數周。然後測量和分析樣品的物理特性，例如肖氏硬度和拉伸強度。

 橡膠老化時會(hui) 發生兩(liang) 種主要的化學反應：硬化和軟化。當構成橡膠的聚合物鏈開始結合在一起時，就會(hui) 發生硬化。密封件中的大多數彈性體(ti) （NBR、FKM、VMQ、EPDM、POM 等）會(hui) 由於(yu) 交聯而隨著時間的推移而硬化（見表 2）。材料的抗拉強度也會(hui) 降低，導致彈性體(ti) 變脆（見圖1和2）。一些材料，例如天然橡膠或異戊二烯聚合物，由於(yu) 其分子鏈的弱化，會(hui) 隨著時間的推移而軟化，但這些材料並不常用於(yu) 密封應用。

應用和測試

彈性體(ti) 密封件是大多數工業(ye) 機器中的重要部件。他們(men) 保持潤滑和汙染物。為(wei) 了有效，密封件應具有適當的唇緣結構，並且材料應無缺陷。如果您將老化的油封投入使用會(hui) 發生什麽(me) ？唇部材料通常是柔軟的，因此它們(men) 可以很容易地拉伸並移動到表麵缺陷中並在粗糙表麵上密封。如果材料老化並變硬，它會(hui) 減少係統的摩擦，但可能會(hui) 失去其密封能力。此外，由於(yu) 強度降低，它也更容易受到損壞，並且可能具有更短的使用壽命。

圖1. NBR 和 GE-NBR 前後老化測試的拉伸強度。兩(liang) 種材料的抗拉強度都會(hui) 降低（來源：Li、Fei-Zhou 等人）。

在 Colonial Seal Company，我們(men) 對老化對橡膠密封件的影響進行了自己的獨立研究（見圖 3）。在耐久性試驗機上測試了兩(liang) 個(ge) 標準“A”型 NBR 油封。兩(liang) 個(ge) 密封件都存放在氣候受控的倉(cang) 庫中，並保存在原始包裝中，直到測試。測試在 2,000 rpm、200°F 下進行，並保持在恒定的 7 psi。測試每天運行 24 小時，直到觀察到泄漏。與(yu) 新製造的密封件相比，使用 6 年的密封件的使用壽命減少了大約 13%。

圖2. 老化測試後 NBR 和 GE-NBR 的強度損失百分比。純 NBR 的強度損失最大，

而 GE-NBR 在不同質量分數的石墨下損失的百分比更少（來源：Li、Fei-Zhou 等人）。

圖3.來自 Colonial Seal 的獨立海豹測試數據，日期為(wei) 2019 年 1 月。

儲(chu) 存建議

如果儲(chu) 存得當，彈性體(ti) 通常會(hui) 以較慢的速度降解。SAE AS5316 標準、DIN 7716 和 ISO 2230 標準提供了儲(chu) 存彈性體(ti) 密封件的較佳實踐。這些標準為(wei) 儲(chu) 存條件提供了相同的通用指南。理想的儲(chu) 存條件如下：

北美SAE AS5316 建議的最長保質期為(wei) ：

與(yu) AS5316 相比，德國 DIN 7716 和國際 ISO 2230 標準更為(wei) 嚴(yan) 格。根據 ISO 和 DIN 標準推薦的最長保質期如下：