进口O型圈橡胶密封件的防水性能分析
一．进口o型圈密封失效的类型
1）材质选择不正确,材料与工作介质不匹配；
2）o型圈部分地“ 冷流”到密封间隙中破损；
3）密封结构、型式不合理；
4）沟槽尺寸设计不正确, 即压缩率、拉伸量超出使用范围；
5）沟槽加工精度、表面粗糙度不符合要求。
二．进口ｏ圈、太空用o型圈
1）o型圈密封由于其结构简单、密封可靠而被广泛使用。在航空和航天器中，也经常采用这种密封结构，如飞机和载人飞船的舷窗大多使用这种结构，空间站生物舱的舱门亦采用。材料一般为橡胶，由于橡胶是高分子聚合物，空间的各种环境条件特别是原子氧对其密封性能的影响不可忽视。
2）低地球轨道(leo)的空间环境主要由n2、o2、ar、he、h和原子氧ao(atomicoxygen)组成，其中原子氧的含量很多，大约占80%。原子氧不仅具有很强的氧化性，而且当飞行器以轨道速度在leo中运行时，原子氧以(7~8)km/s的相对速度撞击材料的表面，其撞击材料的平均动能可达(4~5)ev，这个过程会造成表面材料剥蚀(surfacematerialerosion)及材料性能退化(materialdegradation)，从而引起材料使用效果发生变化。对于氟硅胶o型密封件来讲，目前国内外关于其原子氧剥蚀效应的研究成果较少，因此有必要对其原子氧的剥蚀效应进行研究。
3）地面模拟实验是除空间暴露实验外应用颇为广泛的一种原子氧剥蚀效应的研究方法，与空间实验相比，其优点是限制条件少、费用低、周期短，目前工程上大量使用的是等离子体型设备。这类设备所得到的关于原子氧-材料剥蚀效应以及数据与leo暴露实验可以定性地吻合，能够定性的了解原子氧能量、通量和环境粒子对材料性能等的影响，为空间材料的选择和评定提供应用和设计依据。
三．橡胶密封件的防水性能分析
防水橡胶密封件受压时，会对接触面产生接触应力σ，当接触应力与设计水压pw满足下式时，可认为防水性能良好。
a≥mpw，式中：m为防水橡胶密封件系数，与防水橡胶密封件的材质、形状、接触面表而状况有关。现分析o型圈承受0.1mpa、0.15mpa、0.2mpa水压时所需的接触应力。在实际工程中通常考虑安全系数3，并认为m≥1.15时能满足水密性要求。经计算，承受0.1mpa、0.15mpa、0.2mpa水压所需接触应力分别为0.35mpa、0.51mpa、0.69mpa。与有限元分析得出的三种压缩量下的大接触应力相比较，可知当压缩量13mm时，大接触应力仅大于0.1mpa所需的接触应力，只能耐0.1mpa的水压;压缩量15mm时，也只能耐0.1mpa的水压；压缩量18mm时，能耐0.2mpa的水压。此外，压缩量小于20mm时，橡胶件的大压缩应力仅为23kn/m，而结合施工经验通常要求该值控制在60kn/m以下，因此在工程中可以很轻松地将o型圈压入接缝处或者沟槽中。
四．常用橡胶材质简介
1）nbr丁青橡胶
a. nbr丁青橡胶由丙烯睛与丁二烯共聚合而成，一般使用温度范围为-40~120℃。丁睛胶为目前油封及 进口o 型圈常用的橡胶材料之一。
b.用丁晴橡胶制作的橡胶零件，特别是密封零件被广泛地应用在燃油箱、润滑油箱、石油系液压油、汽油、水、硅润滑脂、硅油、二酯系润滑油、甘醇系液压油等流体介质中。可说丁青橡胶是目前用途广、成本低的橡胶密封件。
c. nbr丁青橡胶优点
•抗油、抗水、抗溶剂及抗高压油特性。
•具良好的压缩歪，抗磨及伸长力。
d.丁青橡胶 nbr缺点
不适合用于极性溶剂之中，例如酮类、臭氧、硝基烃、陆仿等。
2）其他橡胶材质
•三元乙丙橡胶（epdm），极限高温150度，耐热、光和化学性，不耐油。
•硅胶材质（sil）-高温250度，低温-60度，耐油一般，不耐磨。
•氟胶（fkm)）- 耐热240度，耐油性好、耐磨、耐化学性和优异的气密性。
•聚氨脂（pu）- 耐热120度，耐油、高耐磨性；由于硬度较高，一般不做成o型圈。
•聚四氟乙烯（ptfe） -耐高温280度，耐油性好。
3/材料表（部分）
材料名称
化学描述
英文缩写
英文别名
丁青橡胶
丙烯腈，丁二烯橡胶
nbr
buna-n
氢化丁青橡胶
氢化丙烯腈，丁二烯橡胶
hnbr
hnbr
三元乙丙橡胶
乙烯，丙烯，二烯橡胶
epdm
ep,ept,epr
氯丁橡胶
氯丁二烯橡胶
cr
neoprene
硅胶
硅树脂橡胶
wmq
pvmq
亚克力橡胶
丙烯酸酯橡胶
acm
acm
丁苯橡胶
苯乙烯，丁二烯橡胶
sbr
sbr
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1）材质选择不正确,材料与工作介质不匹配；
2）o型圈部分地“ 冷流”到密封间隙中破损；
3）密封结构、型式不合理；
4）沟槽尺寸设计不正确, 即压缩率、拉伸量超出使用范围；
5）沟槽加工精度、表面粗糙度不符合要求。
二．进口ｏ圈、太空用o型圈
1）o型圈密封由于其结构简单、密封可靠而被广泛使用。在航空和航天器中，也经常采用这种密封结构，如飞机和载人飞船的舷窗大多使用这种结构，空间站生物舱的舱门亦采用。材料一般为橡胶，由于橡胶是高分子聚合物，空间的各种环境条件特别是原子氧对其密封性能的影响不可忽视。
2）低地球轨道(leo)的空间环境主要由n2、o2、ar、he、h和原子氧ao(atomicoxygen)组成，其中原子氧的含量很多，大约占80%。原子氧不仅具有很强的氧化性，而且当飞行器以轨道速度在leo中运行时，原子氧以(7~8)km/s的相对速度撞击材料的表面，其撞击材料的平均动能可达(4~5)ev，这个过程会造成表面材料剥蚀(surfacematerialerosion)及材料性能退化(materialdegradation)，从而引起材料使用效果发生变化。对于氟硅胶o型密封件来讲，目前国内外关于其原子氧剥蚀效应的研究成果较少，因此有必要对其原子氧的剥蚀效应进行研究。
3）地面模拟实验是除空间暴露实验外应用颇为广泛的一种原子氧剥蚀效应的研究方法，与空间实验相比，其优点是限制条件少、费用低、周期短，目前工程上大量使用的是等离子体型设备。这类设备所得到的关于原子氧-材料剥蚀效应以及数据与leo暴露实验可以定性地吻合，能够定性的了解原子氧能量、通量和环境粒子对材料性能等的影响，为空间材料的选择和评定提供应用和设计依据。
三．橡胶密封件的防水性能分析
防水橡胶密封件受压时，会对接触面产生接触应力σ，当接触应力与设计水压pw满足下式时，可认为防水性能良好。
a≥mpw，式中：m为防水橡胶密封件系数，与防水橡胶密封件的材质、形状、接触面表而状况有关。现分析o型圈承受0.1mpa、0.15mpa、0.2mpa水压时所需的接触应力。在实际工程中通常考虑安全系数3，并认为m≥1.15时能满足水密性要求。经计算，承受0.1mpa、0.15mpa、0.2mpa水压所需接触应力分别为0.35mpa、0.51mpa、0.69mpa。与有限元分析得出的三种压缩量下的大接触应力相比较，可知当压缩量13mm时，大接触应力仅大于0.1mpa所需的接触应力，只能耐0.1mpa的水压;压缩量15mm时，也只能耐0.1mpa的水压；压缩量18mm时，能耐0.2mpa的水压。此外，压缩量小于20mm时，橡胶件的大压缩应力仅为23kn/m，而结合施工经验通常要求该值控制在60kn/m以下，因此在工程中可以很轻松地将o型圈压入接缝处或者沟槽中。
四．常用橡胶材质简介
1）nbr丁青橡胶
a. nbr丁青橡胶由丙烯睛与丁二烯共聚合而成，一般使用温度范围为-40~120℃。丁睛胶为目前油封及 进口o 型圈常用的橡胶材料之一。
b.用丁晴橡胶制作的橡胶零件，特别是密封零件被广泛地应用在燃油箱、润滑油箱、石油系液压油、汽油、水、硅润滑脂、硅油、二酯系润滑油、甘醇系液压油等流体介质中。可说丁青橡胶是目前用途广、成本低的橡胶密封件。
c. nbr丁青橡胶优点
•抗油、抗水、抗溶剂及抗高压油特性。
•具良好的压缩歪，抗磨及伸长力。
d.丁青橡胶 nbr缺点
不适合用于极性溶剂之中，例如酮类、臭氧、硝基烃、陆仿等。
2）其他橡胶材质
•三元乙丙橡胶（epdm），极限高温150度，耐热、光和化学性，不耐油。
•硅胶材质（sil）-高温250度，低温-60度，耐油一般，不耐磨。
•氟胶（fkm)）- 耐热240度，耐油性好、耐磨、耐化学性和优异的气密性。
•聚氨脂（pu）- 耐热120度，耐油、高耐磨性；由于硬度较高，一般不做成o型圈。
•聚四氟乙烯（ptfe） -耐高温280度，耐油性好。
3/材料表（部分）
材料名称
化学描述
英文缩写
英文别名
丁青橡胶
丙烯腈，丁二烯橡胶
nbr
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氢化丁青橡胶
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hnbr
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三元乙丙橡胶
乙烯，丙烯，二烯橡胶
epdm
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氯丁橡胶
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cr
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