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1、 耐油及耐化學(xué)品性能

          許多合成橡膠遇油會發(fā)生膨脹，或因工作油液中所含的添加劑作用而加速惡化。結(jié)果材料在某種介質(zhì)中膨脹太大，或性能明顯劣化，則說明這兩種物質(zhì)不相容。所以液壓氣動用密封材料選用時(shí)，首先要考慮材料與密封介質(zhì)是否相容。液壓用密封要考慮對工作介質(zhì)的適應(yīng)性；氣動用密封也要考慮對潤滑劑的耐受性能。膨脹是指材料遇油后體積發(fā)生變化的現(xiàn)象。橡膠的膨脹性能用膨脹率表示，膨脹率是橡膠浸泡前后的體積變化率。材料膨脹后，密封尺寸關(guān)系發(fā)生較大的變化，加劇摩擦、磨損，并且強(qiáng)度明顯降低。

      除膨脹之外，油液對橡膠的硬度、抗張力、伸長率和殘余變形的物理、力學(xué)性能均有顯著的影響，使橡膠軟化、收縮和分解，橡膠性能劣化。這是因?yàn)?，為了改善橡膠性能，一般都在橡膠中加入增塑劑，橡膠與油液會吸收橡膠中的增塑劑，隨著橡膠中的增塑劑逐漸被溶解，液體侵入，結(jié)果橡膠體積、重量改變，硬度、彈性降低測定膨脹是考察相容性的一項(xiàng)基本實(shí)驗(yàn)。如果不考慮劣化，對材料的膨脹，用作動密封不能超過15%~20%，靜密封不超過 50%，墊片可接受 100%的材料膨脹率。密封件使用中的實(shí)際體積變化比膨脹值要小的多，因?yàn)橐粔嚎s變形抵消一部分。

        橡膠的膨脹是各種化學(xué)品分子進(jìn)入橡膠聚合物分子之間，產(chǎn)生無規(guī)則的分散作用力，使構(gòu)成橡膠彈性的網(wǎng)狀分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的結(jié)果。如果橡膠中的可溶性分子在介質(zhì)中雜亂無章運(yùn)動，則橡膠可能發(fā)生收縮，也會對密封造成不利的影響。一般來說，性質(zhì)相似的物質(zhì)，這種相互混合的現(xiàn)象容易發(fā)生。例如天然橡膠是碳?xì)浠衔?，很容易溶解到同是碳?xì)浠衔锏牡V物油中去。引用溶解度參數(shù) SP值，可以衡量這種溶解程度。 SP值定義為，物質(zhì)每一摩爾的蒸發(fā)熱對其體積比值的平方根，即：

SP值=（每摩爾蒸發(fā)熱 / 每一摩爾體積） 1/2

2、 機(jī)械、力學(xué)性質(zhì)

       液壓氣動用密封材料要求彈性好、能拉伸、耐高壓、耐磨、摩擦系數(shù)底，這些都可用材料的力學(xué)性質(zhì)反映，都與材料的機(jī)械強(qiáng)度有關(guān)。機(jī)械強(qiáng)度的測定比較容易，也是其他材料性能實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。

      所以被作為基本的材料性能指標(biāo)。合成橡膠和塑料的力學(xué)性能，一般要考慮硬度、抗張強(qiáng)度、耐磨性、彈性、伸長量等指標(biāo)。

1）硬度

硬度指材料表面抵抗塑性變形或破裂的能力；同時(shí)硬度與強(qiáng)度有某種近似關(guān)系，硬度底的材料表現(xiàn)出受力變形的柔順性。硬度是密封材料的重要指標(biāo)，橡膠材料的硬度通常以紹氏硬度（ HS）表示。

      液壓用密封材料，必須承受油壓力，高壓力可使材料過度變形，甚至從密封間隙中擠出而破壞密封性能。因此材料需要有一定的硬度，以抵抗這一破壞。硬度越高耐壓能力越強(qiáng)。橡膠材料用作密封材料是因?yàn)樗冉饘?ldquo;軟”，因此具有柔順性，在粗糙密封面上變形，順應(yīng)表面形狀，達(dá)到密封目的。因此硬度低對提高密封性具有有利的影響。在動密封中，材料硬度對運(yùn)動性能也有直接的影響，并且較為復(fù)雜，不同的密封型式，硬度以不同方式影響運(yùn)動性能。一般來說，硬度低動摩擦卻有相反的作用。耐磨性與硬度有關(guān)，硬度高耐

磨性強(qiáng)。

2）擴(kuò)張強(qiáng)度與伸長率

     強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度反映材料抵抗變形的能力，密封件的密封性與此有密切關(guān)系。而且拉伸強(qiáng)度與伸長率直接影響密封件的安裝性能。

        擴(kuò)張強(qiáng)度以斷裂時(shí)的拉應(yīng)力表示，橡膠材料的拉應(yīng)力值，通常取伸長 100%時(shí)的應(yīng)力值，這是因?yàn)橄鹉z材料的應(yīng)力—應(yīng)變曲線不服從虎克定律，所以用 100%伸長時(shí)的值代替彈性率。聚四氟乙烯的塑料材料存在屈服點(diǎn)，所以拉伸強(qiáng)度用屈服點(diǎn)以內(nèi)的拉應(yīng)力測定。拉伸強(qiáng)度和伸長率與耐壓性沒有太大的關(guān)系，只是抗拉強(qiáng)度低于 7MPa 的材料，不適用于動密封。作為壽命的一個測定指標(biāo)，

      抗張強(qiáng)度低，容易產(chǎn)生應(yīng)力松弛和變形，造成密封失效。伸長率是材料剛性的倒數(shù)指標(biāo)，用材料的拉伸量與自然狀態(tài)下長度之比的百分?jǐn)?shù)表示。材料的允許伸長率，是指在不發(fā)性損壞或變形的前提下，可以施加的大伸長率。允許伸長率影響密封件的安裝性能。

3）彈性

     密封材料的彈性對于密封件的密封性極為重要。由于彈性使材料受壓后產(chǎn)生一個回彈力，擠壓型密封如 O 形圈就是靠密封材料的回彈力獲得初始密封壓緊力；唇形密封件如 Y形圈，雖然有利于流體壓力的自密封性，理論上壓縮變形即使為零，在油壓力下也能密封。但如果密封偶件有偏心，低壓時(shí)就有可能產(chǎn)生泄漏，這時(shí)依靠材料的彈性可以補(bǔ)償這一偏心造成的密封接觸應(yīng)力不足。

      彈性可以用回彈力來度量，在同樣的變形率下，彈性大回彈力就大。彈性隨溫度就較大變化，同一材料在不同的溫度下的彈性不同。許多橡膠在溫度為 -20~20℃時(shí)彈性出現(xiàn)小值，而某些橡膠在很寬的溫度范圍內(nèi)彈性變化不大。

    合成橡膠材料的彈性在國外有標(biāo)準(zhǔn)測試方法，如日本的 JISK6255標(biāo)準(zhǔn)的反彈法彈性測試。這一實(shí)驗(yàn)是從一定距離處讓一可作振蕩運(yùn)動的鐵棒自由落下，打擊一圓柱形固定試件。以被試件反彈高度反映彈性。然而由于這一實(shí)驗(yàn)未反映合成橡膠材料的粘性的影響，所以難以與密封件密封性建立直接關(guān)系。

     日本 JISK6394標(biāo)準(zhǔn)中的正弦波振動動態(tài)特性實(shí)驗(yàn)方法是，給試件施以正弦波振動，測定振動時(shí)其擾度波形的延遲量，用相位角 δ，作為彈性指標(biāo)， tanδ值實(shí)際是損失彈性率與貯存率的比值。tanδ值在 0~1之間，該值越小，彈性指標(biāo)越大。

4）壓縮變形

    密封件是因其在密封槽中有一定的壓縮變形，靠變形回復(fù)力而獲得密封能力的。由于密封用的合成橡膠是粘彈性材料，長時(shí)間受壓會有不可回復(fù)的變形。初期設(shè)定的回彈壓緊力經(jīng)長時(shí)間的使用后，會因其產(chǎn)生變形而逐漸喪失，出現(xiàn)泄漏，所以材料的耐壓縮變形性能，是衡量密封壽命的指標(biāo)。橡膠、塑料類高分子材料的變形不僅與受壓力大小有關(guān)，還與變形量、變形時(shí)間有關(guān)。長時(shí)間的變形難以回復(fù)，并且變形后的回復(fù)是緩慢完成的。

     無論什么材料，其變形都或多或少與溫度有關(guān)，一般在室溫附近壓縮變形小，低溫和高溫部變形增加。與以下要介紹的橡膠冷、熱硬化現(xiàn)象一樣，壓縮變形在低溫下增加和高溫下增加的機(jī)理不同。低溫壓縮變形增加，是因?yàn)樵诘蜏叵聣嚎s時(shí)，因分子凍結(jié)，運(yùn)動緩慢，短時(shí)間內(nèi)變形殘存。一旦恢復(fù)室溫，將恢復(fù)室溫時(shí)變形值。所以低溫下的殘存變形是一種可逆變形。與此相反，室溫至高溫溫度段的壓縮變形是在壓縮狀態(tài)下伴有化學(xué)變化的結(jié)果，所以即使在室溫下長時(shí)間放置，也幾乎不會有變形回復(fù)，是一種不可逆變形。使用中的材料的壓縮量一般不超過 30%；安裝后的拉伸量一般不超過 5%。負(fù)責(zé)產(chǎn)生變形，密封失效。

    測量壓縮變形比較簡單，可取標(biāo)準(zhǔn)厚度如 12.5mm 的圓柱作為試件，實(shí)用中也可用與實(shí)際制品厚度相近的 O 形圈作為試件?？紤]壓縮變形的時(shí)間效應(yīng)，測試低溫壓縮變形，在測試溫度下壓縮一定時(shí)間，在原溫度下釋壓，放置 30min 后，在實(shí)驗(yàn)溫度下測定試件厚度。測試高溫下壓縮變形，在壓縮狀態(tài)下和實(shí)驗(yàn)溫度中保持一定時(shí)間，試壓后在室溫下放置 30min，在空溫下測量試件厚度。

5）耐磨性

     對于動密封而言，耐磨性也是材料壽命的指標(biāo)。材料的耐磨性一般用磨損實(shí)驗(yàn)來考察，即用一定時(shí)間的磨損量來衡量。實(shí)際的磨損是一個復(fù)雜的過程，受潤滑狀態(tài)、密封表面的粗糙度、介質(zhì)工作壓力、載荷、滑動距離、運(yùn)動速度以及溫度等使用條件的影響很大。而從材料本身的因素看，材料的耐磨性與硬度關(guān)系密切，材料越硬，越耐磨，此外還與抗張強(qiáng)度有關(guān)，可表示為以下關(guān)系式：

V=k( μwL)(HSTBEB)

其中式中 V——磨損量；

μ——常數(shù)；

k——摩擦系數(shù)；

w——載荷；

L ——滑動距離；

HS——材料硬度；

TB——材料擴(kuò)張強(qiáng)度；

EB——材料拉伸量。

6）摩擦系數(shù)

     動密封低速運(yùn)動時(shí)，摩擦阻力是引起運(yùn)動不平穩(wěn)的主要原因，對元件和系統(tǒng)性能造成了不良影響，所以對密封來說，摩擦性能是重要的性能之一，摩擦系數(shù)是摩擦性能的一個評價(jià)指標(biāo)。

       合成橡膠的摩擦系數(shù)較大，但對于液壓密封用合成橡膠來說，單獨(dú)考察材料摩擦系數(shù)沒有太大意義，這是因?yàn)槊芊庠谶\(yùn)動狀態(tài)時(shí)，通常處于工作油液或潤滑劑參與的混合潤滑狀態(tài)。潤滑條件對摩擦系數(shù)有很大的影響，如 NBR 的動摩擦系數(shù)，依測定條件可在 0.5~3之間變化。氣動元件工作中潤滑條件差一些，無供油氣缸只在安裝時(shí)涂以潤滑脂，使用中不另外供給潤滑劑，對于這類密封，材料的摩擦系數(shù)需慎重選擇。合成橡膠的硬度與摩擦系數(shù)有關(guān)，硬度越高摩擦系數(shù)越低；合成樹脂摩擦系數(shù)一般低于橡膠；摩擦系數(shù)小的是聚四氟乙烯，無潤滑摩擦系數(shù)達(dá) 0.04。除此之外摩擦系數(shù)還與表面狀態(tài)、接觸應(yīng)力、運(yùn)動速度等許多因素有關(guān)，十分復(fù)雜。

    直接測定摩擦系數(shù)比較困難，一般實(shí)驗(yàn)方法是測量某一標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的摩擦力。靜摩擦力受前述各種因素的影響，測量誤差較大，測量值只能作為參考；與之相比，動摩擦力能獲得較穩(wěn)定的、有重復(fù)性的測量值。實(shí)用中摩擦力主要影響低啟動壓力，所以常以低啟動壓力作為摩擦特性的指標(biāo)。

7）彎曲疲勞強(qiáng)度

      合成橡膠的耐疲勞強(qiáng)度較強(qiáng)，但使用時(shí)也不能*忽視疲勞破壞。運(yùn)動用密封，特別是有震動的場合，密封件形狀反復(fù)改變，要注意密封件的疲勞損壞。對摩擦力影響較為敏感的氣動密封中，為了降低摩擦阻力，多將密封件制成易于變形的形狀，這樣，如果潤滑狀況惡化，密封件就會反復(fù)變形，出現(xiàn)疲勞。所以，這種情況下，掌握材料的彎曲疲勞度很重要。彎曲強(qiáng)度可用斷裂實(shí)驗(yàn)測試。方法是對試件施以反復(fù)的彎曲變形，記錄發(fā)生斷裂時(shí)的彎曲次數(shù)和斷裂擴(kuò)展速度，用以反映彎曲強(qiáng)度