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1、橡膠密封件的失效分析王威(黑龍江黑化集團(tuán)公司黑龍江齊齊哈爾161041)中圖分類號(hào)：G71文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：ISSN1004-1621(2010)08-017-01橡膠密封件廣泛地應(yīng)用於各行各業(yè)。密封件一旦失效，輕則使設(shè)備不能正常工作、造成經(jīng)濟(jì)損失;重則會(huì)造成人身傷亡事故，如1986年1月28日，由於挑戰(zhàn)者號(hào)航天飛機(jī)右側(cè)固體火箭助推器的O型密封圈失效，造成其在升空73秒後解體，機(jī)上7名宇航員全部遇難。四大失效原因常見(jiàn)的失效原因主要有4種：設(shè)計(jì)錯(cuò)誤、選材錯(cuò)誤、密封件質(zhì)量問(wèn)題和使用不當(dāng)。1.設(shè)計(jì)錯(cuò)誤設(shè)

2、計(jì)錯(cuò)誤通常是由於設(shè)計(jì)人員對(duì)產(chǎn)品認(rèn)識(shí)不足造成的。比如對(duì)密封件承受的壓力估計(jì)不足、對(duì)密封面上接觸應(yīng)力分布的認(rèn)識(shí)有誤、安放密封件的溝槽設(shè)計(jì)不合理等。有限元分析(FEA)常常被用來(lái)輔助密封件的設(shè)計(jì)和失效分析。我們?cè)鵀槟趁绹?guó)客戶做過(guò)一個(gè)密封件，該密封件以塑料為主體，局部包上橡膠?？蛻粼跈z測(cè)零件的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，塑料部分在測(cè)試時(shí)容易破裂，從而得出結(jié)論是：塑料件在二次成型時(shí)(即將橡膠氈覆在塑料件上)被損壞了。2.選材錯(cuò)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

3、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(cuò)誤常常是因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員對(duì)各種材料的性能不熟悉。一個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富的橡膠密封件供應(yīng)商能一開(kāi)始就指出選材的問(wèn)題。1.密封件質(zhì)量密封件的生產(chǎn)質(zhì)量與最終產(chǎn)品的可靠性密切相關(guān)。常見(jiàn)的問(wèn)題冇：原材料質(zhì)量不穩(wěn)定、橡膠混煉時(shí)投錯(cuò)原料、原料或者混煉膠儲(chǔ)存不當(dāng)（交叉污染）、膠料混煉不均勻、硫化條件（溫度、吋間、壓力等）不妥、密封件產(chǎn)品保存不當(dāng)、模具使用不當(dāng)?shù)?。這

4、些問(wèn)題往往涉及到生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量控制。定貨方在選擇密封件生產(chǎn)廠吋，應(yīng)該經(jīng)過(guò)多次考察、調(diào)研并進(jìn)行產(chǎn)品測(cè)試。在供貨的過(guò)程中，還可要求密封件的生產(chǎn)企業(yè)提供真實(shí)、準(zhǔn)確的檢驗(yàn)報(bào)告。2.密封件使用不當(dāng)一個(gè)好密封件，如果使用不當(dāng)，也會(huì)造成整個(gè)產(chǎn)品失效，比如潤(rùn)滑油使用錯(cuò)誤。我們的某個(gè)客戶反饋說(shuō)0圈零件的尺寸與要求差異很大。當(dāng)我們分析樣品時(shí)才發(fā)現(xiàn)，客戶用錯(cuò)了潤(rùn)滑汕。該0圈是由三元乙丙橡膠制成，材料本身不耐礦物汕類的潤(rùn)滑汕?？蛻敉可线@種潤(rùn)滑汕，會(huì)造成產(chǎn)品體積溶脹。後來(lái)讓客戶改用硅油就沒(méi)有問(wèn)題了。另外一類常見(jiàn)的問(wèn)題為安裝錯(cuò)誤

5、。比如在0圈裝配過(guò)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(rùn)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。合理的設(shè)計(jì)是確保密封件有效使用的重要因素之?一。1.選擇合適的機(jī)構(gòu)來(lái)進(jìn)行密封件失效分析現(xiàn)實(shí)中，客戶常常首選該橡膠密封件的供應(yīng)商來(lái)做失效分析，或者找裝備精良的大學(xué)實(shí)驗(yàn)室（或?qū)I(yè)測(cè)試公司）來(lái)做。但是，橡膠密封件失效分析不但要求技術(shù)人員具冇全面的材料知識(shí)，還必須具冇豐富的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，并且要善

6、於使用一些專業(yè)的分析儀器和設(shè)備。而只有資深的橡塑元件生產(chǎn)商才有這樣的技術(shù)力量。另外，分析中可能會(huì)涉及到一些客戶的技術(shù)機(jī)密，因此，最好找一個(gè)有信譽(yù)的公司來(lái)進(jìn)行分析。1.搜集背景資料遇到密封故障吋，首先應(yīng)該搜集如下背景資料，用來(lái)初步判斷失效是否和材料有關(guān)：密封件的生產(chǎn)廠家是誰(shuí);膠料名稱是什么（客戶有可能會(huì)搞錯(cuò)供應(yīng)商）。失效產(chǎn)品中所用的密封件批號(hào)或者訂單號(hào)，這樣可以方便以後查詢。如果密封件失效僅與某批次相關(guān)，那么很冇可能是由密封件生產(chǎn)中的某些變化造成的。密封件失效是怎么被發(fā)現(xiàn)的?密封件使用的條件是什么（溫度、

7、壓力、介質(zhì)、使用頻率等）？如果結(jié)構(gòu)特殊，可能還需要圖紙或者組合件的照片。失效產(chǎn)品占多少比例（％）。如有可能，請(qǐng)客戶送冋部分樣品：失效的密封件、沒(méi)有失效的密封件、以及同批號(hào)中沒(méi)有使用過(guò)的密封件。這樣便於以後做比較測(cè)試。值得注意的是,有些樣品可能殘留有毒物質(zhì)，一定要提醒客戶和相關(guān)人員做好防護(hù)措施，并且妥善送交樣品。2.初步分析如果是由密封件供應(yīng)商進(jìn)行失效分析，在得到樣品後，最好還是先做一些簡(jiǎn)單的材料分析（比如硬度、拉伸強(qiáng)度、永久壓縮變形、比重等物性測(cè)試和尺寸檢査），以再次確認(rèn)該產(chǎn)品的確是自己的產(chǎn)品。因?yàn)楹芏?/p>

8、橡膠件看起來(lái)都一樣（比如0圈）。我們就有這樣的經(jīng)歷，客戶一再?gòu)?qiáng)調(diào)是我們的產(chǎn)品XYZ。但是經(jīng)過(guò)材料分析後，樣品的成分和性能與我們的XYZ產(chǎn)品大相徑庭。同吋，也可以用這些測(cè)試結(jié)果來(lái)判斷材料是否有問(wèn)題。1.深度分析如果初步分析無(wú)法解決材料方面的疑問(wèn)，那么就需要采用一些更精密的化學(xué)分析方法。常見(jiàn)的有示差掃描量熱儀(DSC)，熱重分析儀(TGA),動(dòng)態(tài)力學(xué)分析儀(DMA)和熱機(jī)械分析儀(TMA)等熱分析技術(shù)和傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR)等光譜方法