橡胶兼容性测试

橡胶兼容性测试要求

1、耐油及耐化学品性能

许多合成橡胶遇油会发生膨胀，或因工作油液中所含的添加剂作用而加速恶化。结果材料在某种

介质中膨胀太大，或性能明显劣化，则说明这两种物质不相容。所以液压气动用密封材料选用时，首先要考虑材料与密封介质是否相容。液压用密封要考虑对工作介质的适应性；气动用密封也要

考虑对润滑剂的耐受性能。

膨胀是指材料遇油后体积发生变化的现象。橡胶的膨胀性能用膨胀率表示，膨胀率是橡胶浸泡前

后的体积变化率。材料膨胀后，密封尺寸关系发生较大的变化，加剧摩擦、磨损，并且强度明显

降低。

除膨胀之外，油液对橡胶的硬度、抗张力、伸长率和残余变形的物理、力学性能均有显著的影响，使橡胶软化、收缩和分解，橡胶性能劣化。这是因为，为了改善橡胶性能，一般都在橡胶中加入

增塑剂，橡胶与油液会吸收橡胶中的增塑剂，随着橡胶中的增塑剂逐渐被溶解，液体侵入，结果

橡胶体积、重量改变，硬度、弹性降低

测定膨胀是考察相容性的一项基本实验。如果不考虑劣化，对材料的膨胀，用作动密封不能超过15%~20%，静密封不超过50%，垫片可接受100%的材料膨胀率。密封件使用中的实际体积变化比

膨胀值要小的多，因为要被压缩变形抵消一部分。

橡胶的膨胀是各种化学品分子进入橡胶聚合物分子之间，产生无规则的分散作用力，使构成橡胶

弹性的网状分子结构发生变化的结果。如果橡胶中的可溶性分子在介质中杂乱无章运动，则橡胶

可能发生收缩，也会对密封造成不利的影响。一般来说，性质相似的物质，这种相互混合的现象

容易发生。例如天然橡胶是碳氢化合物，很容易溶解到同是碳氢化合物的矿物油中去。引用溶解

度参数SP值，可以衡量这种溶解程度。SP值定义为，物质每一摩尔的蒸发热对其体积比值的平

方根，即：

SP值=（每摩尔蒸发热/每一摩尔体积）1/2

2、机械、力学性质

液压气动用密封材料要求弹性好、能拉伸、耐高压、耐磨、摩擦系数底，这些都可用材料的力学

性质反映，都与材料的机械强度有关。机械强度的测定比较容易，也是其他材料性能实验的基础。所以被作为最基本的材料性能指标。合成橡胶和塑料的力学性能，一般要考虑硬度、抗张强度、

耐磨性、弹性、伸长量等指标。

1）硬度

硬度指材料表面抵抗塑性变形或破裂的能力；同时硬度与强度有某种近似关系，硬度底的材料表

现出受力变形的柔顺性。硬度是密封材料的重要指标，橡胶材料的硬度通常以绍氏硬度（HS）表示。

液压用密封材料，必须承受油压力，高压力可使材料过度变形，甚至从密封间隙中挤出而破坏密

封性能。因此材料需要有一定的硬度，以抵抗这一破坏。硬度越高耐压能力越强。

橡胶材料用作密封材料是因为它比金属“软”，因此具有柔顺性，在粗糙密封面上变形，顺应表

面形状，达到密封目的。因此硬度低对提高密封性具有有利的影响。

在动密封中，材料硬度对运动性能也有直接的影响，并且较为复杂，不同的密封型式，硬度以不

同方式影响运动性能。一般来说，硬度低动摩擦却有相反的作用。耐磨性与硬度有关，硬度高耐

磨性强。

2）扩张强度与伸长率

强度和拉伸强度反映材料抵抗变形的能力，密封件的密封性与此有密切关系。而且拉伸强度与伸

长率直接影响密封件的安装性能。

扩张强度以断裂时的拉应力表示，橡胶材料的拉应力值，通常取伸长100%时的应力值，这是因为橡胶材料的应力—应变曲线不服从虎克定律，所以用100%伸长时的值代替弹性率。聚四氟乙烯的塑料材料存在屈服点，所以拉伸强度用屈服点以内的拉应力测定。拉伸强度和伸长率与耐压性没

有太大的关系，只是抗拉强度低于7MPa的材料，不适用于动密封。作为寿命的一个测定指标，

抗张强度低，容易产生应力松弛和永久变形，造成密封失效。

伸长率是材料刚性的倒数指标，用材料的拉伸量与自然状态下长度之比的百分数表示。材料的允

许伸长率，是指在不发生永久性损坏或永久变形的前提下，可以施加的最大伸长率。允许伸长率

影响密封件的安装性能。

3）弹性

密封材料的弹性对于密封件的密封性极为重要。由于弹性使材料受压后产生一个回弹力，挤压型

密封如O形圈就是靠密封材料的回弹力获得初始密封压紧力；唇形密封件如Y形圈，虽然有利于

流体压力的自密封性，理论上压缩变形即使为零，在油压力下也能密封。但如果密封偶件有偏心，低压时就有可能产生泄漏，这时依靠材料的弹性可以补偿这一偏心造成的密封接触应力不足。

弹性可以用回弹力来度量，在同样的变形率下，弹性大回弹力就大。弹性随温度就较大变化，同

一材料在不同的温度下的弹性不同。许多橡胶在温度为-20~20℃时弹性出现最小值，而某些橡胶

在很宽的温度范围内弹性变化不大。

合成橡胶材料的弹性在国外有标准测试方法，如日本的JISK6255标准的反弹法弹性测试。这一实

验是从一定距离处让一可作振荡运动的铁棒自由落下，打击一圆柱形固定试件。以被试件反弹高

度反映弹性。然而由于这一实验未反映合成橡胶材料的粘性的影响，所以难以与密封件密封性建

立直接关系。

日本JISK6394标准中的正弦波振动动态特性实验方法是，给试件施以正弦波振动，测定振动时其

扰度波形的延迟量，用相位角δ，作为弹性指标，tanδ值实际是损失弹性率与贮存率的比值。

tanδ值在0~1之间，该值越小，弹性指标越大。

4）永久变形

密封件是因其在密封槽中有一定的压缩变形，靠变形回复力而获得密封能力的。由于密封用的合

成橡胶是粘弹性材料，长时间受压会有不可回复的永久变形。初期设定的回弹压紧力经长时间的

使用后，会因其产生永久变形而逐渐丧失，最终出现泄漏，所以材料的耐压缩永久变形性能，是

衡量密封寿命的指标。橡胶、塑料类高分子材料的永久变形不仅与受压力大小有关，还与变形量、变形时间有关。长时间的变形难以回复，并且变形后的回复是缓慢完成的。

无论什么材料，其永久变形都或多或少与温度有关，一般在室温附近压缩永久变形最小，低温和

高温部永久变形增加。与以下要介绍的橡胶冷、热硬化现象一样，压缩永久变形在低温下增加和

高温下增加的机理不同。低温压缩永久变形增加，是因为在低温下压缩时，因分子冻结，运动缓慢，短时间内变形残存。一旦恢复室温，将恢复室温时变形值。所以低温下的残存变形是一种可

逆变形。与此相反，室温至高温温度段的压缩永久变形是在压缩状态下伴有化学变化的结果，所

以即使在室温下长时间放置，也几乎不会有变形回复，是一种不可逆变形。使用中的材料的压缩

量一般不超过30%；安装后的拉伸量一般不超过5%。负责产生永久变形，密封失效。

测量压缩永久变形比较简单，可取标准厚度如12.5mm的圆柱作为试件，实用中也可用与实际制

品厚度相近的O形圈作为试件。考虑压缩永久变形的时间效应，测试低温压缩永久变形，在测试

温度下压缩一定时间，在原温度下释压，放置30min后，在实验温度下测定试件厚度。测试高温

下压缩永久变形，在压缩状态下和实验温度中保持一定时间，试压后在室温下放置30min，在空

温下测量试件厚度。

5）耐磨性

对于动密封而言，耐磨性也是材料寿命的指标。材料的耐磨性一般用磨损实验来考察，即用一定

时间的磨损量来衡量。实际的磨损是一个复杂的过程，受润滑状态、密封表面的粗糙度、介质工

作压力、载荷、滑动距离、运动速度以及温度等使用条件的影响很大。而从材料本身的因素看，

材料的耐磨性与硬度关系密切，材料越硬，越耐磨，此外还与抗张强度有关，可表示为以下关系式：

V=k(μwL)(HSTBEB)

其中式中 V——磨损量；