橡胶制品广泛地应用于各行各业。制品一旦失效,轻则使设备不能正常工作、造成经济损失;重则会造成人身伤亡事故。橡胶制品的失效分析不仅可以帮助找出问题所在,便于以后采取相应的预防措施,还可帮助客户和制品生产商改进现有技术,取得双赢。
橡胶制品常见的失效原因主要有4种:设计错误、选材错误、制品质量问题和使用不当。
一、选材错误
常用的橡胶密封材料有三元乙丙橡胶(EPDM)、丁腈橡胶(NBR)、硅橡胶(VMQ)、氟橡胶(FKM或者FPM)和氯丁橡胶(CR)等。这些橡胶的特性各不相同,应用也不同。选择材料要从多方面考虑,比如使用温度、材料是否耐受介质、材料的硬度、压缩永久变形和耐磨性等各种因素。
选材错误常常是因为设计人员对各种材料的性能不熟悉。一个经验丰富的橡胶制品供应商能一开始就指出选材的问题。
二、
橡胶制品使用不当
一个好橡胶制品,如果使用不当,也会造成整个产品失效,比如润滑油使用错误。
另外一类常见的问题为安装错误。比如在O圈装配过程中产生了扭曲;由於安装不当而造成制品受压不均匀;制品的润滑不够等失误。如果这些失误是由制品的生产厂家造成的,那么这属於生产质量所控制的范围之内。如果由定货方或者第三方造成,那么就属於使用不当了。合理的设计是确保制品有效使用的重要因素之一。
橡胶制品具有宝贵的弹性的高分子材料,较宽的温度范围,在不同介质中给予较小的应力就会产生较大的变形,这种变形可以提供接触压力,补偿泄漏间隙,达到密封的目的。如果贮存不好则会影响密封的效果。
三、设计错误
设计错误通常是由于设计人员对产品认识不足造成的。比如对制品承受的压力估计不足、对密封面上接触应力分布的认识有误、安放制品的沟槽设计不合理等。
有限元分析(FEA)常常被用来辅助制品的设计和失效分析。我们曾为某美国客户做过一个制品,该制品以塑料为主体,局部包上橡胶。客户在检测零件的过程中发现,塑料部分在测试时容易破裂,从而得出结论是:塑料件在二次成型时(即将橡胶包覆在塑料件上)被损坏了。经我们分析後发现,塑料件都是在一个地方破裂的。通过有限元分析,我们发现,塑料件的破损部位实际上是制品受到最大应力的地方,此处应力已经远远超过塑料所能承受的。
如果在设计的时候客户就用有限元方法分析过该产品,不但可以避免类似的错误,还可以节省其时间和金钱。当然,想要成功的分析预测橡胶制品的性能,不但要有合适的有限元分析软件,还要有丰富的材料经验、建模经验和长期的数据积累。
四、橡胶制品质量
橡胶制品的生产质量与最终产品的可靠性密切相关。常见的问题有:原材料质量不稳定、橡胶混炼时投错原料、原料或者混炼胶储存不当(交叉污染)、胶料混炼不均匀、硫化条件(温度、时间、压力等)不妥、制品产品保存不当、模具使用不当等。这些问题往往涉及到生产过程中的质量控制。定货方在选择制品生产厂时,应该经过多次考察、调研并进行产品测试。在供货的过程中,还可要求制品的生产企业提供真实、准确的检验报告。