作者简介：肖彬（1973-），男，工程师，主要从事橡胶密封制品和模具的设计及制造工艺研究。 快速厌氧胶
收稿日期：2019-03-27
密封性是评价机械产品质量的一个重要指标，密封失效是造成非计划停车的主要原因，据统计60%的非计划停车都与密封失效有关。统计显示机械设备质量事故的1/3以上是由密封件失效引起的 [1]
。橡胶密
封件虽然其本身价值不高，但因为安装简便、密封可靠，在机械设备的液压气动系统上普遍使用，起着关键的作用，一旦失效，就会出现泄漏，引起系统压力下降，导致设备无法工作，外漏还会导致环境污染，甚至出现安全事故。所以对橡胶密封件常见失效形式的失效原因及对策进行分析讨论，对于机械设备的防漏、治漏，提高设备利用率和生产效率都有重要的意义。雷晓娟 [2]
从材料、设计、装配等方面总结了O 形
数控冲孔加工橡胶圈的失效原因。李珍莲等[3]
从材料、结构、转速、
磨损等方面分析并确定了航空发动机上高速PTFE 唇形密封圈的失效原因。高翔等对某飞机蓄压器进气端的O 形橡胶密封圈的失效问题进行了宏观、微观和工作过程分析，出了失效原因[4]
。可见，橡胶密封圈
使用的范围广泛，其失效问题受到了使用者和研究者
的关注
[5]
，但它的失效形成原因复杂，需要综合材料、
设计、使用等多方面因素来考虑。本文总结了橡胶密封件在使用中常见的失效形式，分析了失效形成的原因，给出了相应的解决办法。
1 间隙挤出
间隙挤出是橡胶密封件最常见的失效形式
[6~7]
。
机械设备的液压气动系统由于运动及工艺、装配等方面的原因必然有间隙，橡胶密封件在系统压力的作用下，被推向无压力或低压力的一侧和沟槽边接触，产
橡胶密封件常见失效形式分析
肖彬模板支撑体系
(中国民航飞行学院，四川 广汉 618300)
摘要：密封失效是造成非计划停车的主要原因，分析橡胶密封件的失效问题对于机械设备的防漏、治漏，提高设备利用率和生产效率有重要的意义。本文总结了橡胶密封件在使用中常见的失效形式，分析了失效形成的原因，给出了相应的解决办法，为橡胶密封件的可靠使用提供了有益的参考。mp3制作
关键词：橡胶密封件；失效；失效形式中图分类号：TQ336.42
文章编号：1009-797X(2019)23-0005-04
文献标识码：B DOI:10.13520/jki.rpte.2019.23.002
生变形，一部分被挤入密封间隙。无论是以O 形橡胶密封圈为代表的挤压型密封，还是以Y 形橡胶密封圈为代表的唇形密封都容易出现这种失效。
O 形橡胶密封圈的间隙挤出如图1（a ）所示，其特征为被间隙咬伤的部位大致在和截面中心线成45°角的位置，单向受压的如图1（b ）所示，双向受压的如图1（c ）所示。Y 形橡胶密封圈的间隙挤出如图2所示。间隙挤出的原因是设计选型时未协调好橡胶密封件胶料硬度、工作压力、密封间隙三者之间的关系，我国标准推荐的O 形橡胶密封圈和Y 形橡胶密封圈胶料硬度、工作压力、密封间隙取值如表1、表2
所示。
图1 O
形圈的挤出方式
图2 Y 形密封圈间隙挤出
第45卷 第23期
·6·
表1 O 形橡胶密封圈工作压力、硬度、密封间隙的关系
工作压力/MPa
橡胶硬度/HSA
70
8090
密封间隙/（半径，mm ）
0~50.15~0.100.20~0.150.25~0.155~100.10~0.060.15~0.080.15~0.1010~150.06~0.030.08~0.060.10~0.0815~20
0.03~0.020.06~0.040.08~0.06
表2 Y 形橡胶密封圈工作压力、硬度、密封间隙的关系
工作压力/MPa
橡胶硬度/HSA
70~8080~90
Y 形橡胶密封圈断面宽度
3~68~123~68~12
密封间隙/（半径，mm ）
0~2.50.09~0.240.24~0.450.1~0.280.28~0.522.5~8.00.05~0.120.12~0.200.0~0.180.18~0.318.0~160.02~0.090.08~0.150.0~0.120.09~0.18
16~32
--0.0~0.080.08~0.12
通常消除间隙挤出有以下办法：（1）采用更高硬度的胶料。
（2）降低工作压力，尤其是要减少高压冲击和压力波动，考虑缓冲装置。
（3）提高配合间隙的配合精度，以及配合件的几何精度和刚性，尽量减小配合间隙。
（4）使用挡圈，对于O 形橡胶密封圈，在压力≥10 MPa 时，单向受压如图3(a )所示，在无压力或低压力的一侧加一个挡圈，双向受压如图3(b )所示，加两个挡圈。对于Y 形橡胶密封圈，在压力≥16 MPa 时，如图4所示，在无压力或低压力的一侧加一个挡圈。使用挡圈的实质也是减小密封间隙，挡圈的材料多为尼龙或填充PTFE ，硬度比橡胶密封件高，和配合件的间隙很小，但在较高压力作用下又能产生变形，几乎可以封闭密封间隙。无论采取哪种方式，需要综
合考虑加工能力和经济成本。
图3 O
形橡胶密封圈使用挡圈
图4 Y 形圈配合挡圈使用
2 背压
背压多出现在油缸活塞密封背对背成对安装的单作用的唇形密封上，如图5
所示。
图5 Y 形圈成对安装使用示意图
背压的形成是由于有微量泄漏而在A 区域逐渐形成积油，当积油受密封唇口限制，不能及时回流型腔，而逐渐充满A 区域时，就形成了压力传递区，在压力的作用下就形成压力的传递：压力P 1→密封
件1→A 区域→密封件2（或压力P 2→密封件2→A 区域→密封件1），这时压力作用于密封件的背部，密封件被推向无压力或低压力的一侧，相对薄弱的唇部受压，这一过程反复进行，支承唇边（静唇边）首先折叠疲劳失效，进而密封唇边（动唇边）被反复挤入间隙，造成唇边整圈撕裂破坏。形成背压的原因是泄漏导致A 区域形成积油，泄漏的出现有3方面的原因：
（1）配合件的尺寸或几何精度不合要求，材料组织有缺陷等。
（2）使用中异常高压或压力波动，行程过长、速度过高或速度差过大，温度异常或介质中有杂质。
（3）密封件的材料或结构尺寸有问题，或在贮存、装配等过程被划伤。
消除背压危害的方法通常有：
（1）在沟槽上开泄压孔或使用带泄压孔金属支承环；
（2）在密封件的支承唇边（静唇边）端面加工泄压槽；
（3）改变密封形式，采用双向密封，如格来圈一类的密封形式等。
3 密封件老化
橡胶密封件的老化通常有3种情况：
（1）贮存过程中在氧或臭氧及光（紫外线辐射）、热等的作用下，发生进一步交联或降解（和橡胶类型有关），出现表面龟裂、弹性下降、硬度增大、伸长率
下降或发粘变软、强度下降等现象，应对办法是保存
要密闭在阴凉处，远离热源，保持合适的温度和湿度，注意先入先出，在保质期内使用。
（2）使用中出现的老化：a.由于高速、高压使温度升高，滑动面硬化，有光泽和破裂，一旦受力就出现裂纹，可采用具有自润滑性低摩擦系数的填充PTFE材料生产的斯特封或格来圈；b.工作介质和密封件材料不相容或工作介质变质导致整个密封件表面硬化，弯曲密封件可见裂纹，对策是更换密封件材料或更换工作介质；c.橡胶密封件唇口和谷部碳化甚至熔化，这是装配时残留空气，出现绝热压缩，造成温度急剧升高而产生，所以在设备使用前，尽量排净空气，缓慢启动，或在密封件谷部加入润滑脂，防止空气积聚。
4 磨损
唇形橡胶密封件有3种异常情况：
（1）滑动表面有光泽的镜面磨损，主要是因为滑动行程太短，润滑不足，可以在密封件的滑动面根部组合尼龙或填充聚四氟乙烯的矩形圈，以抵抗磨损。
（2）偏磨：a.在圆周上唇部接触宽度连续变化，最大最小位置大致对称，这是配合件偏心所致，可重新装配将偏心率调整至要求的范围之内；b.在唇口某一位置有异常磨损，并和设备使用时的侧向负荷方向一致，这是支承环或轴承侧向负荷过大产生变形不能有效保护橡胶密封件，可采用高强度的支承环或轴承，使之能承受较大的侧向负荷。
O形橡胶圈最常见的磨损是螺旋形磨损。这是由于安装沟槽和密封面不同心、表面粗糙度不均匀或O 形圈截面不均匀，造成压缩率不同，产生力矩，导致O形橡胶圈圆周一部分滑动一部分滚动，出现扭转。或是装配时不注意，O形橡胶圈直接滚动扭曲又没有复位。可采取的办法是提高配合件的精度、装配时注意O形圈的校正、改善润滑条件。
5 损伤
橡胶密封件装配试压，很快泄漏。拆卸检查，橡胶密封件有明显的损伤。
果蔬纤维代餐粉（1）装配过程中有不规范的操作，划伤橡胶密封件。所以装配前一定要仔细检查密封圈，尤其工作面，看有无缺陷，并涂抹润滑油脂。同时注意检查安装部件和工具有无毛刺尖锐等，导入端部要有15~
30°的导入斜角。当密封件需要通过螺纹或侧孔等可能损伤密封件的部位时，应使用导套等工装进行保护安装。装配时一定要注意现场的清洁，同时避免过度拉伸密封圈导致产生塑性变形。环境温度较低时，可以合适的方式预热密封件。
（2）橡胶密封件内部组织有不可见缺陷，如气孔等，受压时应力集中快速损坏。在硫化过程中注意适当增加压力，加强排气。
6 结束语
总而言之，橡胶密封件的失效形式是多种多样的，任何一种失效都不是单一因素造成的，分析时必须仔细观察密封件的失效情况，并结合密封件的材料和结构尺寸、配合件的材料和结构尺寸以及几何精度、液压气动系统的实际使用工况（压力、温度、介质、行程、运动形式和速度）。综合考虑，逐一分析排查，这样才能较为准确的到失效的原因，有利于采取有效的措施解决橡胶密封件失效引起的故障，进一步提高设备的利用率和生产效率，保证安全。
参考文献：
[1] 张洪雁，曹寿德，王景鹤．高性能橡胶密封材料[M]．北京，
化学工业出版社, 2007．
[2] 雷晓娟. Ｏ型橡胶密封圈的失效分析及预防[J].特种橡胶制
品，2015:60~62.
[3] 李珍莲，张新瑞，许雪飞，等. 发动机用高速高温PTFE唇形
密封圈失效分析[J]. 润滑与密封，2016:119~121.
[4] 高翔，胡建冬，郭蕊娜等. 某型飞机蓄压器O型橡胶密封圈
失效分析[J]. 教练机，2014(4):50~56.
托玛琳水杯[5] 陈国强，谭建平，陈晖. 高压大流量水阀U形密封圈失效机
理[J].中南大学学报(自然科学版)，2013:942~947.
[6] 夏延栋.实用密封技术手册[M].北京：科学技术出版社，
1985.
[7] R H 沃林.密封件与密封手册[M].北京：国防工业出版社，
1990.
Analysis of common failure modes of rubber seal
Xiao Bin
(Cival Aviation Flight University of China, Guanghan 618300, Sichuan, China)
第45卷 第23期
·8·
Abstract: Seal failure is the main cause of unplanned downtime. It is important to analyze the failure of rubber seals for leakage prevention and treatment of mechanical equipment, which is of great significance for improving equipment utilization and production efficiency.This paper summarizes the common failure modes of rubber seals in use, analyzes the causes of failure formation, and gives corresponding solutions, which provides a useful reference for the reliable use of rubber seals.
Key words: rubber seal; failure; failure modes
（R-11）
万t 级促进剂微化工技术国际领先
10,000 t-level accelerator micro chemical technology leading the world
2019年10月23日，“万t 级橡胶促进剂MBT 、MBTS 微化工连续流生产技术开发”项目在北京通过了中国石油和化学工业联合会组织的科技成果鉴定。应用该技术建成了国际上首套2.2万t/年2-巯基苯并噻唑(MBT )和1.2万t/年2,2’-二硫代二苯并噻唑(MBTS )微化工连续流生产装置，引领了橡胶助剂产业转型升级和可持续发展。
该成果由蔚林新材料科技股份有限公司与清华大学共同完成。他们针对橡胶促进剂MBT 和MBTS 的关键生产环节，基于微混合、微萃取和微反应原理创制了微化工连续流工艺和生产装置。所生产的产品指标优于国家标准，用户使用效果良好，具有显著的经济和社会效益。
以中国石油和化学工业联合会原会长李勇武为鉴定委员会组长，中国化工学会橡塑绿制造专委会副主任委员、中国橡胶协会橡胶助剂专委会名誉理事长许春华为副组长的鉴定委员会认定，该技术创新性强，总体技术达到国际领先水平。建议进一步扩大该项技术成果的推广应用。
该技术的主要创新表现在：
MBT 方面，一是建成了国际上首套基于微混合强化的连续流生产MBT 万t 级工业化装置，提出了多段精确控温反应的新工艺，产能达2.2万t/年。与传统间歇反应相比，反应时间从8 h 降低至3.5 h ，设备体积减小67%，建设成本降低50%以上，MBT 综合收率从90%提高至95%，能耗降低60%。二是开发了国际上首套MBT 微分散萃取连续精制装置与工艺，通过甲苯萃取分离MBT 碱溶物中副产物苯并噻唑(BT )，解决了体系的乳化问题，BT 萃取率大于99%，设备体积减小到传统设备的10%。
MBTS 方面，开发了国际上首套万t 级MBTS 微反应连续合成装置与技术，提出了H2O2混酸多段氧化工艺，建成了1.2万t/年工业示范装置，MBTS 收率大于98%。与原工艺相比，装置体积缩小至1/25，废水排放量降低67%，废水COD 值降低60%。
据了解，橡胶助剂“三废”问题全球都没有很好的解决方法，且生产采用间歇反应，产品收率及质量仍有很大提升空间。为解决这一行业共性问题，蔚林新材料与清华大学联合，通过研究微时空尺度下的“三传一反”的特征与规律，用将产能和生产效率相结合的微化工连续流生产来改造传统产品的生产，一举实现了换道超车。
促进剂MBT (即促进剂M )微反应管道连续法工艺技术，也已列入了2017年工信部发布的《产业关键共性技术发展指南》。
摘编自“中化新网”
(R-03)
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