彈性體因其相對較高的強(qiáng)度、較低的磨損率以及對水、油和其他化學(xué)品的耐受性而被廣泛使用。彈性體的機(jī)械性能，即它們的拉伸強(qiáng)度和硬度，會在產(chǎn)品存放時(shí)隨時(shí)間而變化。儲存環(huán)境通常會決定橡膠產(chǎn)品的保質(zhì)期。大多數(shù)橡膠在儲存過程中對溫度、光、氧氣、水分、熱和機(jī)械負(fù)荷敏感。這些因素會使橡膠產(chǎn)品過早老化，從而對其作為原材料或成品的使用壽命產(chǎn)生負(fù)面影響。
硬化和破裂的彈性體密封。圖片由殖民海豹提供
當(dāng)密封件等彈性體產(chǎn)品長時(shí)間存放時(shí)，它們會老化。自然地，彈性體將經(jīng)歷一系列變化，隨著時(shí)間的推移會改變其材料特性。構(gòu)成彈性體的分子鏈會降解，這一過程從材料制造之日開始。在本文中，我們將探討密封件中常用的彈性體如何隨著時(shí)間的推移而發(fā)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(chǎn)品的較佳實(shí)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(gòu)成彈性體的分子鏈通過微弱的分子間力結(jié)合在一起。通常，它們具有低楊氏模量和高屈服強(qiáng)度。它們還具有在拉伸或壓縮后恢復(fù)其原始形狀和大小的獨(dú)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)、硅橡膠 (VMQ) 或聚氨酯 (PU)。
表1. 選定術(shù)語的定義
通常進(jìn)行加速老化測試是為了更好地了解彈性體如何隨時(shí)間降解。我們將重點(diǎn)關(guān)注工業(yè)應(yīng)用中觀察到的最常見的彈性體老化形式：熱老化。
進(jìn)行熱老化測試以檢查產(chǎn)品承受高溫的能力。測試通常通過將彈性體樣品放入熱風(fēng)爐內(nèi)進(jìn)行。樣品掛在烤箱內(nèi)的轉(zhuǎn)盤上，緩慢旋轉(zhuǎn)以均勻加熱，可以在高溫（100°C+）的烤箱中放置數(shù)天或數(shù)周。然后測量和分析樣品的物理特性，例如肖氏硬度和拉伸強(qiáng)度。
橡膠老化時(shí)會發(fā)生兩種主要的化學(xué)反應(yīng)：硬化和軟化。當(dāng)構(gòu)成橡膠的聚合物鏈開始結(jié)合在一起時(shí)，就會發(fā)生硬化。密封件中的大多數(shù)彈性體（NBR、FKM、VMQ、EPDM、POM 等）會由于交聯(lián)而隨著時(shí)間的推移而硬化（見表 2）。材料的抗拉強(qiáng)度也會降低，導(dǎo)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，由于其分子鏈的弱化，會隨著時(shí)間的推移而軟化，但這些材料并不常用于密封應(yīng)用。
應(yīng)用和測試
彈性體密封件是大多數(shù)工業(yè)機(jī)器中的重要部件。他們保持潤滑和污染物。為了有效，密封件應(yīng)具有適當(dāng)?shù)拇骄壗Y(jié)構(gòu)，并且材料應(yīng)無缺陷。如果您將老化的油封投入使用會發(fā)生什么？唇部材料通常是柔軟的，因此它們可以很容易地拉伸并移動到表面缺陷中并在粗糙表面上密封。如果材料老化并變硬，它會減少系統(tǒng)的摩擦，但可能會失去其密封能力。此外，由于強(qiáng)度降低，它也更容易受到損壞，并且可能具有更短的使用壽命。
圖1. NBR 和 GE-NBR 前后老化測試的拉伸強(qiáng)度。兩種材料的抗拉強(qiáng)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(jìn)行了自己的獨(dú)立研究（見圖 3）。在耐久性試驗(yàn)機(jī)上測試了兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)“A”型 NBR 油封。兩個(gè)密封件都存放在氣候受控的倉庫中，并保存在原始包裝中，直到測試。測試在 2,000 rpm、200°F 下進(jìn)行，并保持在恒定的 7 psi。測試每天運(yùn)行 24 小時(shí)，直到觀察到泄漏。與新制造的密封件相比，使用 6 年的密封件的使用壽命減少了大約 13%。
圖2. 老化測試后 NBR 和 GE-NBR 的強(qiáng)度損失百分比。純 NBR 的強(qiáng)度損失最大，
而 GE-NBR 在不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的石墨下?lián)p失的百分比更少（來源：Li、Fei-Zhou 等人）。
圖3.來自 Colonial Seal 的獨(dú)立海豹測試數(shù)據(jù)，日期為 2019 年 1 月。
儲存建議
如果儲存得當(dāng)，彈性體通常會以較慢的速度降解。SAE AS5316 標(biāo)準(zhǔn)、DIN 7716 和 ISO 2230 標(biāo)準(zhǔn)提供了儲存彈性體密封件的較佳實(shí)踐。這些標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)期為：
與AS5316 相比，德國 DIN 7716 和國際 ISO 2230 標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格。根據(jù) ISO 和 DIN 標(biāo)準(zhǔn)推薦的最長保質(zhì)期如下：
與本文關(guān)聯(lián)的產(chǎn)品:
