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橡膠密封件失效的原因分析

2018-03-15 15:52:23 來源：“上海水興”ENG

橡膠密封件失效的原因分析

橡膠密封件廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)。橡膠密封件一旦失效，輕則使密封設(shè)備不能正常工作、造成經(jīng)濟損失；重則會造成人身傷亡事故。
橡膠密封件的失效分析不僅可以幫助找出問題所在便于以后采取相應(yīng)的預(yù)防措施，還可幫助客戶和密封件生產(chǎn)商改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)，取得雙贏。

1. 設(shè)計錯誤
設(shè)計錯誤通常是由於設(shè)計人員對產(chǎn)品認(rèn)識不足造成的。比如對密封件承受的壓力估計不足、對密封面上接觸應(yīng)力分布的認(rèn)識有誤、安放密封件的溝槽設(shè)計不合理等。
有限元分析(FEA)常常被用來輔助密封件的設(shè)計和失效分析。我們曾為某美國客戶做過一個密封件，該密封件以塑料為主體，局部包上橡膠�？蛻粼跈z測零件的過程中發(fā)現(xiàn)，塑料部分在測試時容易破裂，從而得出結(jié)論是：塑料件在二次成型時(即將橡膠包覆在塑料件上)被損壞了。經(jīng)我們分析後發(fā)現(xiàn)，塑料件都是在一個地方破裂的。通過有限元分析，我們發(fā)現(xiàn)，塑料件的破損部位實際上是密封件受到*大應(yīng)力的地方，此處應(yīng)力已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過塑料所能承受的。
如果在設(shè)計的時候客戶就用有限元方法分析過該產(chǎn)品，不但可以避免類似的錯誤，還可以節(jié)省其時間和金錢。當(dāng)然，想要成功的分析預(yù)測橡膠密封件的性能，不但要有合適的有限元分析軟件，還要有豐富的材料經(jīng)驗、建模經(jīng)驗和長期的數(shù)據(jù)積累。

2. 選材錯誤
常用的橡膠密封材料有三元乙丙橡膠(EPDM)、丁腈橡膠(NBR)、硅橡膠(VMQ)、氟橡膠(FKM或者FPM)和氯丁橡膠(CR)等。
這些橡膠的特性各不相同，應(yīng)用也不同。選擇材料要從多方面考慮，比如使用溫度、材料是否耐受介質(zhì)、材料的硬度、壓縮永久變形和耐磨性等各種因素。
選材錯誤常常是因為設(shè)計人員對各種材料的性能不熟悉。一個經(jīng)驗豐富的橡膠密封件供應(yīng)商能一開始就指出選材的問題。
我們有個國內(nèi)客戶不喜歡正在使用的O圈，因為這個O圈很容易壞。我們檢查了更換下來的樣品，發(fā)現(xiàn)樣品表面有龜裂，紋路很像臭氧老化。我們又詢問了O圈的使用環(huán)境，發(fā)現(xiàn)周圍有很多機械設(shè)備和電動馬達(dá)。這下答案就有了：電動馬達(dá)的火花能產(chǎn)生臭氧，造成了局部小環(huán)境臭氧濃度較高;而客戶所選材料為丁腈橡膠，不耐受臭氧。為了驗證結(jié)論，我們在實驗室臭氧老化箱中做了測試，結(jié)果客戶提供的新O圈表面也出現(xiàn)了類似的裂紋。由於該密封件只與空氣長期接觸，沒有礦物油等其他物質(zhì)，我們*終推薦了三元乙丙橡膠來代替客戶的現(xiàn)有產(chǎn)品。
有時使用環(huán)境比較復(fù)雜，或者是一個全新的設(shè)計，選擇材料就不是件非常容易的事了。除了仔細(xì)甄別各種影響因素外，還需要進(jìn)行功能測試。

3. 密封件質(zhì)量
密封件的生產(chǎn)質(zhì)量與*終產(chǎn)品的可靠性密切相關(guān)。常見的問題有：原材料質(zhì)量不穩(wěn)定、橡膠混煉時投錯原料、原料或者混煉膠儲存不當(dāng)(交叉污染)、膠料混煉不均勻、硫化條件(溫度、時間、壓力等)不妥、密封件產(chǎn)品保存不當(dāng)、模具使用不當(dāng)?shù)取＿@些問題往往涉及到生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制。定貨方在選擇密封件生產(chǎn)廠時，應(yīng)該經(jīng)過多次考察、調(diào)研并進(jìn)行產(chǎn)品測試。在供貨的過程中，還可要求密封件的生產(chǎn)企業(yè)提供真實、準(zhǔn)確的檢驗報告。

4. 密封件使用不當(dāng)
一個好密封件，如果使用不當(dāng)，也會造成整個產(chǎn)品失效，比如潤滑油使用錯誤。
我們的某個客戶反饋說O圈零件的尺寸與要求差異很大。當(dāng)我們分析樣品時才發(fā)現(xiàn)，客戶用錯了潤滑油。該O圈是由三元乙丙橡膠制成，材料本身不耐礦物油類的潤滑油�？蛻敉可线@種潤滑油，會造成產(chǎn)品體積溶脹。後來讓客戶改用硅油就沒有問題了。
另外一類常見的問題為安裝錯誤。比如在O圈裝配過程中產(chǎn)生了扭曲;由於安裝不當(dāng)而造成密封件受壓不均勻;密封件的潤滑不夠等失誤。如果這些失誤是由密封件的生產(chǎn)廠家造成的，那么這屬於生產(chǎn)質(zhì)量所控制的范圍之內(nèi)。如果由定貨方或者第三方造成，那么就屬於使用不當(dāng)了。
當(dāng)今科技日新月異，巿場上出現(xiàn)了很多新的密封件材料和工程設(shè)計，以滿足各種苛刻的使用要求。同時，大多數(shù)密封件的制造商也采用了科學(xué)的質(zhì)量管理體系。遺憾的是，這些努力都不能杜絕密封件失效。因而，失效分析就顯得更為重要了。
橡膠軟密封電動蝶閥

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王世杰

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