談談老化對彈性體密封件造成的影響

彈性體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。彈性體的機械性能，即它們的拉伸強度和硬度，會在產品存放時隨時間而變化。儲存環境通常會決定橡膠產品的保質期。大多數橡膠在儲存過程中對溫度、光、氧氣、水分、熱和機械負荷敏感。這些因素會使橡膠產品過早老化，從而對其作為原材料或成品的使用壽命產生負麵影響。

硬化和破裂的彈性體密封。圖片由殖民海豹提供

當密封件等彈性體產品長時間存放時，它們會老化。自然地，彈性體將經曆一係列變化，隨著時間的推移會改變其材料特性。構成彈性體的分子鏈會降解，這一過程從材料製造之日開始。在本文中，我們將探討密封件中常用的彈性體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。我們還將介紹處理和儲存彈性體產品的較佳實踐指南，以確保較佳使用壽命。

彈性體是具有彈性的天然或合成聚合物。構成彈性體的分子鏈通過微弱的分子間力結合在一起。通常，它們具有低楊氏模量和高屈服強度。它們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，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

通常進行加速老化測試是為了更好地了解彈性體如何隨時間降解。我們將重點關注工業應用中觀察到的最常見的彈性體老化形式：熱老化。

進行熱老化測試以檢查產品承受高溫的能力。測試通常通過將彈性體樣品放入熱風爐內進行。樣品掛在烤箱內的轉盤上，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。

 橡膠老化時會發生兩種主要的化學反應：硬化和軟化。當構成橡膠的聚合物鏈開始結合在一起時，就會發生硬化。密封件中的大多數彈性體（NBR、FKM、VMQ、EPDM、POM 等）會由於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降低，導致彈性體變脆（見圖1和2）。一些材料，例如天然橡膠或異戊二烯聚合物，由於其分子鏈的弱化，會隨著時間的推移而軟化，但這些材料並不常用於密封應用。

應用和測試

彈性體密封件是大多數工業機器中的重要部件。他們保持潤滑和汙染物。為了有效，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發生什麼？唇部材料通常是柔軟的，因此它們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，它會減少係統的摩擦，但可能會失去其密封能力。此外，由於強度降低，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。兩種材料的抗拉強度都會降低（來源：Li、Fei-Zhou 等人）。

在 Colonial Seal Company，我們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個標準“A”型 NBR 油封。兩個密封件都存放在氣候受控的倉庫中，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 2019 年 1 月。

儲存建議

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

北美SAE AS5316 建議的最長保質期為：

與AS5316 相比，德國 DIN 7716 和國際 ISO 2230 標準更為嚴格。根據 ISO 和 DIN 標準推薦的最長保質期如下：