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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，所以初期設定的壓緊量和回彈堵塞能力經(jīng)長時間的使用，會產(chǎn)生變形導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)生壓縮應力松弛現(xiàn)象，此時，壓縮應力隨著時間的增長而減小。使用的時間越長、壓縮率和拉伸量越大，橡膠應力松弛而產(chǎn)生的應力下降就越大，導致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，不過這會造成結構尺寸的增加。應該注意，工程人員在計算壓縮率時，往往忽略了O型圈在裝配時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，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，從這一點看，應該按照使用條件盡量低硬度的密封件材質。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型圈馳張過程的關系
使用溫度是影響O型圈變形的另一個重要因素。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。當變形大于40%時，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力；即使耐低溫的橡膠材料，此時的初始應力也不會大于20℃時初始應力的25%。這是因為O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，就必須保證在由于馳張過程和溫度下降而造成應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,應特別注意橡膠材料的恢復數(shù)值和變形數(shù)值。
有以上的兩點了解到，在設計上應盡量保證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）介質工作壓力與變形
工作環(huán)境的密封介質的壓力是引起O型圈變形的主要因素?，F(xiàn)代液壓設備的工作壓力正日益提高。長時間的高壓作用會使O型圈發(fā)生變形。因此，設計時應根據(jù)工作壓力適當?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，長時間在工作環(huán)境的密封介質中浸泡，增塑劑會逐漸被工作環(huán)境的密封介質吸收，導致O型密封圈體積收縮，甚至可能使O型密封圈產(chǎn)生負壓縮。因此，在計算O型密封圈壓縮量和進行模具設計時，應充分考慮到這些收縮量。應使壓制出的O型密封圈在工作介質中浸泡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，所以初期設定的壓緊量和回彈堵塞能力經(jīng)長時間的使用，會產(chǎn)生變形導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)生壓縮應力松弛現(xiàn)象，此時，壓縮應力隨著時間的增長而減小。使用的時間越長、壓縮率和拉伸量越大，橡膠應力松弛而產(chǎn)生的應力下降就越大，導致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，不過這會造成結構尺寸的增加。應該注意，工程人員在計算壓縮率時，往往忽略了O型圈在裝配時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，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，從這一點看，應該按照使用條件盡量低硬度的密封件材質。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型圈馳張過程的關系
使用溫度是影響O型圈變形的另一個重要因素。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。當變形大于40%時，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力；即使耐低溫的橡膠材料，此時的初始應力也不會大于20℃時初始應力的25%。這是因為O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，就必須保證在由于馳張過程和溫度下降而造成應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,應特別注意橡膠材料的恢復數(shù)值和變形數(shù)值。
有以上的兩點了解到，在設計上應盡量保證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）介質工作壓力與變形
工作環(huán)境的密封介質的壓力是引起O型圈變形的主要因素?，F(xiàn)代液壓設備的工作壓力正日益提高。長時間的高壓作用會使O型圈發(fā)生變形。因此，設計時應根據(jù)工作壓力適當?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，長時間在工作環(huán)境的密封介質中浸泡，增塑劑會逐漸被工作環(huán)境的密封介質吸收，導致O型密封圈體積收縮，甚至可能使O型密封圈產(chǎn)生負壓縮。因此，在計算O型密封圈壓縮量和進行模具設計時，應充分考慮到這些收縮量。應使壓制出的O型密封圈在工作介質中浸泡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。當變形率在40%或更大時，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。中國標準橡膠材料的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O型圈不與氧氣接觸，所以上述不良反應大為減少。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120℃或更高。
