一、橡膠密封失效典型情況

1. 選材錯誤

  選材錯誤常常是因為設計人員對各種材料的性能不熟悉。一個經驗豐富的橡膠密封件供應商能一開始就指出選材的問題。有時使用環境比較復雜，或者是一個全新的設計，選擇材料就不是件非常容易的事了。除了仔細甄別各種影響因素外，還需要進行功能測試。常用的橡膠密封材料有三元乙丙橡膠(EPDM)、丁腈橡膠(NBR)、硅橡膠(VMQ)、氟橡膠(FKM或者FPM)和氯丁橡膠(CR)等。這些橡膠的特性各不相同，應用也不同。選擇材料要從多方面考慮，比如使用溫度、材料是否耐受介質、材料的硬度、壓縮永久變形和耐磨性等各種因素。

      我們有個國內客戶不喜歡正在使用的O圈，因為這個O圈很容易壞。我們檢查了更換下來的樣品，發現樣品表面有龜裂，紋路很像臭氧老化。我們又詢問了O圈的使用環境，發現周圍有很多機械設備和電動馬達。這下答案就有了：電動馬達的火花能產生臭氧，造成了局部小環境臭氧濃度較高；而客戶所選材料為丁腈橡膠，不耐受臭氧。為了驗證結論，我們在實驗室臭氧老化箱中做了測試，結果客戶提供的新O圈表面也出現了類似的裂紋。由於該密封件只與空氣長期接觸，沒有礦物油等其他物質，我們推薦了三元乙丙橡膠來代替客戶的現有產品。

 2. 密封件使用不當

   一個好密封件，如果使用不當，也會造成整個產品失效，比如潤滑油使用錯誤。我們的某個客戶反饋說O圈零件的尺寸與要求差異很大。當我們分析樣品時才發現，客戶用錯了潤滑油。該O圈是由三元乙丙橡膠制成，材料本身不耐礦物油類的潤滑油。客戶涂上這種潤滑油，會造成產品體積溶脹。後來讓客戶改用硅油就沒有問題了。另外一類常見的問題為安裝錯誤。比如在O圈裝配過程中產生了扭曲；由於安裝不當而造成密封件受壓不均勻；密封件的潤滑不夠等失誤。如果這些失誤是由密封件的生產廠家造成的，那么這屬於生產質量所控制的范圍之內。如果由定貨方或者第三方造成，那么就屬於使用不當了。當今科技日新月異，巿場上出現了很多新的密封件材料和工程設計，以滿足各種苛刻的使用要求。同時，大多數密封件的制造商也采用了科學的質量管理體系。遺憾的是，這些努力都不能杜絕密封件失效。因而，失效分析就顯得更為重要了。

3. 設計錯誤 

設計錯誤通常是由於設計人員對產品認識不足造成的。比如對密封件承受的壓力估計不足、對密封面上接觸應力分布的認識有誤、安放密封件的溝槽設計不合理等。如果在設計的時候客戶就用有限元方法分析過該產品，不但可以避免類似的錯誤，還可以節省其時間和金錢。當然，想要成功的分析預測橡膠密封件的性能，不但要有合適的有限元分析軟件，還要有豐富的材料經驗、建模經驗和長期的數據積累。

     有限元分析(FEA)常常被用來輔助密封件的設計和失效分析。我們曾為某美國客戶做過一個密封件，該密封件以塑料為主體，局部包上橡膠。客戶在檢測零件的過程中發現，塑料部分在測試時容易破裂，從而得出結論是：塑料件在二次成型時(即將橡膠包覆在塑料件上)被損壞了。經我們分析後發現，塑料件都是在一個地方破裂的。通過有限元分析，我們發現，塑料件的破損部位實際上是密封件受到應力的地方，此處應力已經遠遠超過塑料所能承受的。

4. 密封件質量

     密封件的生產質量與產品的可靠性密切相關。常見的問題有：原材料質量不穩定、橡膠混煉時投錯原料、原料或者混煉膠儲存不當(交叉污染)、膠料混煉不均勻、硫化條件(溫度、時間、壓力等)不妥、密封件產品保存不當、模具使用不當等。這些問題往往涉及到生產過程中的質量控制。定貨方在選擇密封件生產廠時，應該經過多次考察、調研并進行產品測試。在供貨的過程中，還可要求密封件的生產企業提供真實、準確的檢驗報告。

二、橡膠密封件失效分析

1. 實地考察

   比如經實驗室分析，密封件物料可能有污染。為了確認這種猜測，分析人員實地到生產廠家考察，看看有什么操作漏洞，并在各個可能的生產環節取樣。如果實地樣品驗證了分析結果，那么就可以確診了。其結果可幫助生產廠家改善生產流程，以避免將來發生類似的問題。失效分析的一個重要部分是實地考察密封件生產過程或者使用方的安裝、使用過程。因為有時僅憑實驗室的分析還不能夠得出結論。再如，我們曾有一個產品在使用中沒有達到預期的壽命就失效了。經過實驗室分析和對密封件生產廠的考察，我們仍然無法找出原因。我們的技術人員去參觀了客戶的安裝流水線後發現，裝配過程中所使用的一個元件上有毛刺，裝配中橡膠件表面被劃傷，從而造成橡膠密封件在使用中過早失效。在客戶更換了這種元件後，橡膠密封件就完全達到使用要求了

2. 初步分析

    如果是由密封件供應商進行失效分析，在得到樣品後，還是先做一些簡單的材料分析(比如硬度、拉伸強度、永久壓縮變形、比重等物性測試和尺寸檢查)，以再次確認該產品的確是自己的產品。因為很多橡膠件看起來都一樣(比如O圈)。

     有時候還可以在失效密封件上找到一些特征。有經驗的技術人員憑這些特征就可以初步斷定失效原因。另外，在失效特征的附近，還要注意觀察是否有異物、氣泡、流痕或者毛邊等異常情況。這些特征常常和密封件生產質量有關。可通過肉眼、放大鏡、顯微鏡和電子掃描顯微鏡(SEM)等進行觀察。

   根據以上這些線索，可以初步辨別造成失效的大致原因，如果需要，可進一步安排其他分析測試。

3. 選擇合適的機構來進行密封件失效分析

現實中，客戶常常首選該橡膠密封件的供應商來做失效分析，或者找裝備精良的大學實驗室(或專業測試公司)來做。但是，橡膠密封件失效分析不但要求技術人員具有全面的材料知識，還必須具有豐富的工程設計經驗，并且要善於使用一些專業的分析儀器和設備。而只有資深的橡塑元件生產商才有這樣的技術力量。另外，分析中可能會涉及到一些客戶的技術機密，因此，找一個有信譽的公司來進行分析。

4. 搜集背景資料

密封件失效是怎么被發現的？密封件使用的條件是什么(溫度、壓力、介質、使用頻率等)？ 如果結構特殊，可能還需要圖紙或者組合件的照片。

失效產品占多少比例(%)。遇到密封故障時，首先應該搜集如下背景資料，用來初步判斷失效是否和材料有關：密封件的生產廠家是誰；膠料名稱是什么(客戶有可能會搞錯供應商)。如有可能，請客戶送回部分樣品：失效的密封件、沒有失效的密封件、以及同批號中沒有使用過的密封件。這樣便於以後做比較測試。值得注意的是，有些樣品可能殘留有毒物質，一定要提醒客戶和相關人員做好防護措施，并且妥善送交樣品。

得到這些信息後，分析員能夠建立相應的檔案。一來便於今後追蹤跟進調查情況；二來可以為將來的類似案例提供線索。

失效產品中所用的密封件批號或者訂單號，這樣可以方便以後查詢。如果密封件失效僅與某批次相關，那么很有可能是由密封件生產中的某些變化造成的。

5. 深度分析

這些技術曾僅用於大學和科研院所的基礎科學研究。而今，在橡膠工業中，尤其是歐美一些高端技術企業中，這些技術成功地用在密封件失效分析上。對於這些技術，很多文獻都有更詳細的論述和使用實例，在此不再贅述。熱重分析儀(TGA)常用來研究材料的組分，借此可以快速間接地看出某些成分是否有問題。除了憑借經驗和上述的各種測試外，有限元分析(FEA)也常常被用來輔助密封件的失效分析。上文在“機械設計錯誤”中所舉的就是一個很好的例子。

    如果初步分析無法解決材料方面的疑問，那么就需要采用一些更精密的化學分析方法。常見的有示差掃描量熱儀(DSC)，熱重分析儀(TGA)，動態力學分析儀(DMA)和熱 機械分析儀(TMA)等熱分析技術和傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR)等光譜方法。這些分析儀器大都很貴，但是一般在幾天內就可獲得分析結果。示差掃描量熱儀(DSC)常用來測試橡膠材料的玻璃化溫度，在失效分析中可以用來檢查橡膠材料的耐低溫性能。動態力學分析儀(DMA)常用來測試在一定條件下材料的剛度與阻尼，借此可以判斷在實際使用環境中該密封件是否合適(比如抗沖擊性能)。傅里葉變換紅外光譜(FTIR)常用來測定分子組成和結構，在失效分析中可以用來確定橡膠本身和某些成分是什么、密封件上的異物成分、在使用中密封件發生了什么化學變化等信息。