彈性體因其相對(duì)較高的強(qiáng)度、較低的磨損率以及對(duì)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(huì)在產(chǎn)品存放時(shí)隨時(shí)間而變化。儲(chǔ)存環(huán)境通常會(huì)決定橡膠產(chǎn)品的保質(zhì)期。大多數(shù)橡膠在儲(chǔ)存過(guò)程中對(duì)溫度、光、氧氣、水分、熱和機(jī)械負(fù)荷敏感。這些因素會(huì)使橡膠產(chǎn)品過(guò)早老化，從而對(duì)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(zhǎng)時(shí)間存放時(shí)，它們會(huì)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(huì)改變其材料特性。構(gòu)成彈性體的分子鏈會(huì)降解，這一過(guò)程從材料制造之日開(kāi)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(duì)密封件性能的影響。我們還將介紹處理和儲(chǔ)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(guò)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(lèi)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(yǔ)的定義
通常進(jìn)行加速老化測(cè)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(jiàn)的彈性體老化形式：熱老化。
進(jìn)行熱老化測(cè)試以檢查產(chǎn)品承受高溫的能力。測(cè)試通常通過(guò)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(pán)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(cè)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(huì)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(kāi)始結(jié)合在一起時(shí)，就會(huì)發(fā)生硬化。密封件中的大多數(shù)彈性體（NBR、FKM、VMQ、EPDM、POM 等）會(huì)由于交聯(lián)而隨著時(shí)間的推移而硬化（見(jiàn)表 2）。材料的抗拉強(qiáng)度也會(huì)降低，導(dǎo)致彈性體變脆（見(jiàn)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(huì)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(cè)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(rùn)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(wú)缺陷。如果您將老化的油封投入使用會(huì)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(dòng)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(huì)減少系統(tǒng)的摩擦，但可能會(huì)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(cè)試的拉伸強(qiáng)度。兩種材料的抗拉強(qiáng)度都會(huì)降低（來(lái)源：Li、Fei-Zhou 等人）。
在 Colonial Seal Company，我們對(duì)老化對(duì)橡膠密封件的影響進(jìn)行了自己的獨(dú)立研究（見(jiàn)圖 3）。在耐久性試驗(yàn)機(jī)上測(cè)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(cāng)庫(kù)中，并保存在原始包裝中，直到測(cè)試。測(cè)試在 2,000 rpm、200°F 下進(jìn)行，并保持在恒定的 7 psi。測(cè)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(cè)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(lái)源：Li、Fei-Zhou 等人）。
圖3.來(lái)自 Colonial Seal 的獨(dú)立海豹測(cè)試數(shù)據(jù)，日期為 2019 年 1 月。
儲(chǔ)存建議
如果儲(chǔ)存得當(dāng)，彈性體通常會(huì)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(chǔ)存彈性體密封件的較佳實(shí)踐。這些標(biāo)準(zhǔn)為儲(chǔ)存條件提供了相同的通用指南。理想的儲(chǔ)存條件如下：
北美SAE AS5316 建議的最長(zhǎng)保質(zhì)期為：
與AS5316 相比，德國(guó) DIN 7716 和國(guó)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(zhǎng)保質(zhì)期如下：
與本文關(guān)聯(lián)的產(chǎn)品:
