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O型密封圈變形的主要原因
來源：廣東東晟密封科技有限公司更新時(shí)間：2016-06-06
O型密封圈變形的主要原因
O型圈密封件用的合成橡膠材料是屬于粘彈性密封件材料，所以初期設(shè)定的壓緊量和回彈堵塞能力經(jīng)長時(shí)間的使用，會產(chǎn)生變形導(dǎo)致密封性能逐漸喪失，最終發(fā)生泄漏。變形和彈力消失是O形圈失去密封性能的主要原因，以下是造成O型密封圈變形的主要原因。
1）變形與壓縮率和拉伸量的關(guān)系
生產(chǎn)O型圈所用的各種配方的橡膠，在壓縮狀態(tài)下都會產(chǎn)生壓縮應(yīng)力松弛現(xiàn)象，此時(shí)，壓縮應(yīng)力隨著時(shí)間的增長而減小。使用的時(shí)間越長、壓縮率和拉伸量越大，橡膠應(yīng)力松弛而產(chǎn)生的應(yīng)力下降就越大，導(dǎo)致O型圈密封件彈性不足，失去密封能力。因此，在允許的使用條件下，設(shè)法降低壓縮率是可取的。增加O型圈的截面尺寸是降低壓縮率最簡單的方法，不過這會造成結(jié)構(gòu)尺寸的增加。應(yīng)該注意，工程人員在計(jì)算壓縮率時(shí)，往往忽略了O型圈在裝配時(shí)受拉伸而引起的截面高度的減小。O型圈截面面積的變化是與其周長的變化成反比的。同時(shí)，由于拉力的作用，O型圈的截面形狀也會發(fā)生變化，就表現(xiàn)為其高度的減小。此外，在表面張力作用下，O型圈的外表面變得更平，即截面高度略有減小。這也是O型密封圈壓縮應(yīng)力松弛的一種表現(xiàn)。O型圈截面變形的程度，還取決于O型圈密封件材質(zhì)的硬度。在拉伸量相同的情況下，硬度大的O形圈，其截面高度減小較多，從這一點(diǎn)看，應(yīng)該按照使用條件盡量低硬度的密封件材質(zhì)。在液體壓力和張力的作用下，橡膠材料的O形密封圈也會逐漸發(fā)生塑性變形，其截面高度會相應(yīng)減小，以致最后喪失了密封能力。
2）溫度與O型圈馳張過程的關(guān)系
使用溫度是影響O型圈變形的另一個(gè)重要因素。高溫會加速橡膠材料的老化。工作環(huán)境的溫度越高，O型圈的壓縮變形就越大。當(dāng)變形大于40%時(shí)，O型圈就失去了密封能力而發(fā)生泄漏。因壓縮變形而在O型圈的橡膠材料中形成的初始應(yīng)力值，將隨著O型圈的馳張過程和溫度下降的作用而逐漸降低以致消失。溫度在零下工作的O型圈，其初始壓縮可能由于溫度的急劇降低而減小或完全消失。在-50~-60℃的情況下，不耐低溫的橡膠材料會完全喪失初始應(yīng)力；即使耐低溫的橡膠材料，此時(shí)的初始應(yīng)力也不會大于20℃時(shí)初始應(yīng)力的25%。這是因?yàn)镺型圈的初始壓縮量取決于線脹系數(shù)。所以，選取初始壓縮量時(shí)，就必須保證在由于馳張過程和溫度下降而造成應(yīng)力下降后仍有足夠的密封能力。溫度在零下環(huán)境工作的O型圈,應(yīng)特別注意橡膠材料的恢復(fù)數(shù)值和變形數(shù)值。
有以上的兩點(diǎn)了解到，在設(shè)計(jì)上應(yīng)盡量保證O型圈具有適宜的工作環(huán)境溫度，或耐高、低溫的O形圈材料，以延長使用壽命。
3）介質(zhì)工作壓力與變形
工作環(huán)境的密封介質(zhì)的壓力是引起O型圈變形的主要因素?，F(xiàn)代液壓設(shè)備的工作壓力正日益提高。長時(shí)間的高壓作用會使O型圈發(fā)生變形。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)工作壓力適當(dāng)?shù)哪透邏合鹉z材料。工作環(huán)境壓力越高，所用材料的硬度和耐高壓性能也應(yīng)越高。為了改善O型圈材料的耐壓性能，增加材料的彈性、降低材料的壓縮變形，一般需要改進(jìn)密封件材料的配方，加入增塑劑。但是，具有增塑劑的O型圈，長時(shí)間在工作環(huán)境的密封介質(zhì)中浸泡，增塑劑會逐漸被工作環(huán)境的密封介質(zhì)吸收，導(dǎo)致O型密封圈體積收縮，甚至可能使O型密封圈產(chǎn)生負(fù)壓縮。因此，在計(jì)算O型密封圈壓縮量和進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮到這些收縮量。應(yīng)使壓制出的O型密封圈在工作介質(zhì)中浸泡5~10晝夜后仍能保持必要的尺寸。
O型圈密封件用的合成橡膠材料是屬于粘彈性密封件材料，所以初期設(shè)定的壓緊量和回彈堵塞能力經(jīng)長時(shí)間的使用，會產(chǎn)生變形導(dǎo)致密封性能逐漸喪失，最終發(fā)生泄漏。變形和彈力消失是O形圈失去密封性能的主要原因，以下是造成O型密封圈變形的主要原因。
1）變形與壓縮率和拉伸量的關(guān)系
生產(chǎn)O型圈所用的各種配方的橡膠，在壓縮狀態(tài)下都會產(chǎn)生壓縮應(yīng)力松弛現(xiàn)象，此時(shí)，壓縮應(yīng)力隨著時(shí)間的增長而減小。使用的時(shí)間越長、壓縮率和拉伸量越大，橡膠應(yīng)力松弛而產(chǎn)生的應(yīng)力下降就越大，導(dǎo)致O型圈密封件彈性不足，失去密封能力。因此，在允許的使用條件下，設(shè)法降低壓縮率是可取的。增加O型圈的截面尺寸是降低壓縮率最簡單的方法，不過這會造成結(jié)構(gòu)尺寸的增加。應(yīng)該注意，工程人員在計(jì)算壓縮率時(shí)，往往忽略了O型圈在裝配時(shí)受拉伸而引起的截面高度的減小。O型圈截面面積的變化是與其周長的變化成反比的。同時(shí)，由于拉力的作用，O型圈的截面形狀也會發(fā)生變化，就表現(xiàn)為其高度的減小。此外，在表面張力作用下，O型圈的外表面變得更平，即截面高度略有減小。這也是O型密封圈壓縮應(yīng)力松弛的一種表現(xiàn)。O型圈截面變形的程度，還取決于O型圈密封件材質(zhì)的硬度。在拉伸量相同的情況下，硬度大的O形圈，其截面高度減小較多，從這一點(diǎn)看，應(yīng)該按照使用條件盡量低硬度的密封件材質(zhì)。在液體壓力和張力的作用下，橡膠材料的O形密封圈也會逐漸發(fā)生塑性變形，其截面高度會相應(yīng)減小，以致最后喪失了密封能力。
2）溫度與O型圈馳張過程的關(guān)系
使用溫度是影響O型圈變形的另一個(gè)重要因素。高溫會加速橡膠材料的老化。工作環(huán)境的溫度越高，O型圈的壓縮變形就越大。當(dāng)變形大于40%時(shí)，O型圈就失去了密封能力而發(fā)生泄漏。因壓縮變形而在O型圈的橡膠材料中形成的初始應(yīng)力值，將隨著O型圈的馳張過程和溫度下降的作用而逐漸降低以致消失。溫度在零下工作的O型圈，其初始壓縮可能由于溫度的急劇降低而減小或完全消失。在-50~-60℃的情況下，不耐低溫的橡膠材料會完全喪失初始應(yīng)力；即使耐低溫的橡膠材料，此時(shí)的初始應(yīng)力也不會大于20℃時(shí)初始應(yīng)力的25%。這是因?yàn)镺型圈的初始壓縮量取決于線脹系數(shù)。所以，選取初始壓縮量時(shí)，就必須保證在由于馳張過程和溫度下降而造成應(yīng)力下降后仍有足夠的密封能力。溫度在零下環(huán)境工作的O型圈,應(yīng)特別注意橡膠材料的恢復(fù)數(shù)值和變形數(shù)值。
有以上的兩點(diǎn)了解到，在設(shè)計(jì)上應(yīng)盡量保證O型圈具有適宜的工作環(huán)境溫度，或耐高、低溫的O形圈材料，以延長使用壽命。
3）介質(zhì)工作壓力與變形
工作環(huán)境的密封介質(zhì)的壓力是引起O型圈變形的主要因素?，F(xiàn)代液壓設(shè)備的工作壓力正日益提高。長時(shí)間的高壓作用會使O型圈發(fā)生變形。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)工作壓力適當(dāng)?shù)哪透邏合鹉z材料。工作環(huán)境壓力越高，所用材料的硬度和耐高壓性能也應(yīng)越高。為了改善O型圈材料的耐壓性能，增加材料的彈性、降低材料的壓縮變形，一般需要改進(jìn)密封件材料的配方，加入增塑劑。但是，具有增塑劑的O型圈，長時(shí)間在工作環(huán)境的密封介質(zhì)中浸泡，增塑劑會逐漸被工作環(huán)境的密封介質(zhì)吸收，導(dǎo)致O型密封圈體積收縮，甚至可能使O型密封圈產(chǎn)生負(fù)壓縮。因此，在計(jì)算O型密封圈壓縮量和進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮到這些收縮量。應(yīng)使壓制出的O型密封圈在工作介質(zhì)中浸泡5~10晝夜后仍能保持必要的尺寸。
O型圈密封件材料的壓縮變形率與溫度有關(guān)。當(dāng)變形率在40%或更大時(shí)，即會出現(xiàn)泄漏，所以幾種膠料的耐熱性界限為：丁腈橡膠70℃，三元乙丙橡膠100℃，氟橡膠140℃。因此各國對O型圈的變形作了規(guī)定。中國標(biāo)準(zhǔn)橡膠材料的O型圈在不同溫度下的尺寸變化見表。同一材料的O型圈，在同一溫度下，截面直徑大的O型圈壓縮變形率較低。在液壓油中的情況就不同了。由于此時(shí)O型圈不與氧氣接觸，所以上述不良反應(yīng)大為減少。加之又通常會引起膠料有一定的膨脹，所以因溫度引起的壓縮變形率將被抵消。因此，在油中的耐熱性大為提高。以丁腈橡膠為例，它的工作溫度可達(dá)120℃或更高。
