橡膠密封件老化以及原因介紹
2026-02-03
在橡膠密封件生產(chǎn)制造制造步驟中，因?yàn)槭軆?nèi)外要素的整體功效而造成橡膠物理學(xué)特性和性能的逐漸產(chǎn)生變化，并失去使用功能，導(dǎo)致密封件壽命過小，這類轉(zhuǎn)變稱為橡膠老化。橡膠老化的表層表現(xiàn)形式主要為：
1.變軟發(fā)粘：例如天然橡膠的熱氧化、氯醇橡膠的老化。
2.變硬變脆：例如順丁橡膠的熱氧老化，丁腈橡膠、丁苯橡膠的老化。
3.開裂斷裂：例如不飽和橡膠的臭氧老化、大部分橡膠的光氧老化。
4.發(fā)霉：例如橡膠的生物微生物老化。除以上以外，掉色和脫層也是常見的老化形式。
密封件老化后會(huì)導(dǎo)致其性能變化，這里的性能主要包括：
密封件物理化學(xué)性能的變化：比重、導(dǎo)熱系數(shù)、玻璃化溫度、 熔點(diǎn)、折光率、溶性、熔脹性、流變動(dòng)性、分子量、分子量分布，耐寒、透氣 、透水、透光等性能 的變化。
密封件物理機(jī)械性能的變化：拉伸強(qiáng)度、伸長率、剪切強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、彈性、耐磨性都下降。
密封件電性能的變化：絕緣電阻、介電常數(shù)、介電損耗、擊穿電壓等電性能的變化、電絕緣下降。
橡膠密封件是由橡膠材料制作的，那橡膠密封圈老化的原因是什么呢？下面進(jìn)行簡單介紹。
1、溫度。溫度的上升造成密封環(huán)的橡膠材料裂化，造成化氧化還原反應(yīng)并加快橡膠氧化還原反應(yīng)速率。例如，提高溫度可引起硅橡膠制品的熱裂解或熱交聯(lián)。熱的基本作用還是活化作用。提高氧擴(kuò)散速度和活化氧化反應(yīng)，從而加速橡膠氧化反應(yīng)速度，這是普遍存在的一種老化現(xiàn)象-熱氧老化。
2、光。對(duì)橡膠密封圈影響較大的是能量較高的紫外光，光波越少，動(dòng)能越大。紫外線除了能直接引起橡膠分子鏈的斷裂和交聯(lián)外，橡膠也因吸收光能而產(chǎn)生游離基，引發(fā)并加速氧化鏈反應(yīng)過程。光同樣對(duì)密封件起著加熱作用，但是與（熱作用不同），光會(huì)使含膠率高的橡膠密封件出現(xiàn)網(wǎng)狀裂紋，即所謂的“光外裂紋”。
3、氧。氧在橡膠中通橡膠分子產(chǎn)生游離子基鏈鎖反應(yīng)，分子鏈出現(xiàn)破裂或過分化學(xué)交聯(lián)，造成橡膠密封圈特性的更改?；瘜W(xué)作用是橡膠老化的關(guān)鍵緣故之一。
4、臭氧。臭氧的化學(xué)活性氧高得多，破壞性更大，它同樣是使分子鏈發(fā)生斷裂，但臭氧對(duì)橡膠的效果狀況隨橡膠密封圈形變程度而不一樣。當(dāng)作用于變形的橡膠（不飽和橡膠）時(shí)，會(huì)出現(xiàn)向著應(yīng)力方向的裂紋，即所謂的“應(yīng)力龜裂”，當(dāng)作用于非變形的橡膠時(shí)，僅表面生成氧化膜而不龜裂。
5、環(huán)境濕度。濕度或者水的作用有促進(jìn)老化和延緩老化兩個(gè)方面：例如，硅橡膠制品在潮濕空氣淋雨或浸泡在水中時(shí)，容易破壞，這是由于橡膠中的水溶性物質(zhì)和清水荃團(tuán)等成分被水抽提溶解。特別是在水浸泡和大氣曝光交替作用下，會(huì)加速橡膠密封件的破壞。但也存在一些情況下，水分對(duì)橡膠不起破壞作用，甚至?xí)泳徖匣?/p>
6、機(jī)械應(yīng)力。在機(jī)械應(yīng)力重復(fù)作用下，由于高分子聚合物的粘滯性，使密封圈在變形周期內(nèi)，其松弛過程來不及完成，然后進(jìn)入下一個(gè)變形周期，使橡膠密封圈內(nèi)部變形不斷增加。當(dāng)應(yīng)力較大，便出現(xiàn)分子鏈斷裂而生成自由基，引發(fā)橡膠密封分子的氧化鏈反應(yīng)；橡膠密封圈在反復(fù)變形時(shí)，其機(jī)械應(yīng)力會(huì)使橡膠密封件分子鏈中的原子價(jià)力減弱，因此降低了它的氧化反應(yīng)活化能。加速了橡膠密封圈分子的氧化裂解反應(yīng)。氧化活化能的降低，就是在疲勞過程中，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能過程的結(jié)束；橡膠密封件在反復(fù)變形時(shí)，產(chǎn)生滯后現(xiàn)象，引起內(nèi)耗，從而使橡膠材質(zhì)內(nèi)部生熱，于是加速了橡膠密封件的氧化鏈反應(yīng)。
7、其他因素：其他因素包括電化學(xué)腐蝕，輻射以及生物作用等。
根據(jù)以上所述，在實(shí)際應(yīng)用中，橡膠密封件的老化實(shí)際上可能是機(jī)械應(yīng)力，溫度，氧氣，臭氧和其他因素綜合作用的結(jié)果。由此可見，在設(shè)計(jì)和應(yīng)用橡膠密封件時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的密封件材料和維護(hù)措施以提高其抗老化性能，滿足使用壽命要求。
來源：公眾號(hào)“機(jī)械設(shè)計(jì)工具助手”
