密封圈測試：保障可靠密封的關鍵環節

引言：小部件，大責任
密封圈，看似不起眼的環形部件，卻在現代工業與日常生活中扮演著至關重要的角色。從汽車引擎的平穩運轉到液壓系統的精準控制，從家用電器的高效工作到航天設備的極端環境適應，其密封性能的優劣直接關系到設備的安全、效率與壽命。因此，建立一套科學、全面、嚴格的密封圈測試體系，是確保密封可靠性的核心保障。

一、 物理性能測試：基礎屬性的基石

物理性能是密封圈最基本、最直接的評估維度，為后續的化學和功能測試奠定基礎。

1. 尺寸與外觀檢查：

   • 目的： 確保密封圈符合設計圖紙的精確要求，避免因尺寸偏差導致安裝困難或密封失效。
   • 內容： 精確測量內徑、外徑、截面直徑（線徑）、高度、同心度等關鍵尺寸；檢查表面是否有毛刺、飛邊、裂紋、氣泡、雜質、凹痕、劃傷等缺陷。
   • 方法： 使用精密卡尺、投影儀、光學測量儀等工具進行測量；通過目視或借助放大鏡進行外觀檢查。

2. 硬度測試：

   • 目的： 硬度影響密封圈的壓縮變形能力、回彈性和耐磨性。不同應用場景對硬度要求不同。
   • 方法： 通常采用邵氏硬度計（A型或D型，取決于材料軟硬程度）測量。將壓針垂直壓入密封圈平整表面，讀取瞬時或規定時間后的硬度值。

3. 拉伸性能測試：

   • 目的： 評估材料的強度、彈性和韌性。拉伸強度、斷裂伸長率和定伸應力是關鍵指標。
   • 內容：
     • 拉伸強度： 試樣拉伸至斷裂時承受的最大應力。
     • 斷裂伸長率： 試樣斷裂時的伸長量與原長的百分比，反映材料的延展性。
     • 定伸應力： 材料達到規定伸長率（如100%、200%）時所需的應力。
   • 方法： 使用萬能材料試驗機，將啞鈴狀或環狀試樣進行拉伸直至斷裂。

4. 壓縮永久變形測試：

   • 目的： 模擬密封圈長期處于壓縮狀態后的回彈恢復能力。這是預測密封圈使用壽命和密封持久性的關鍵指標。
   • 方法： 將密封圈試樣在特定溫度下壓縮至規定高度（通常為原始高度的75%或80%），保持規定時間（如24小時、70小時等）。卸載后，在規定時間內（如30分鐘）測量其厚度的恢復情況，計算永久變形百分比。值越低，表明材料彈性保持能力越好。

二、 化學相容性與老化測試：對抗環境的挑戰

密封圈在使用過程中不可避免地會接觸各種介質（油、水、化學試劑等）和處于特定環境（高溫、低溫、臭氧、光照），其耐受能力至關重要。

1. 耐液體性能測試（體積變化與硬度變化）：

   • 目的： 評估密封圈在特定介質中浸泡后的溶脹、收縮或硬化程度，以及物理性能的變化。
   • 內容： 測量浸泡前后試樣的體積變化百分比和硬度變化值。
   • 方法： 將試樣完全浸入規定溫度的液體介質中，保持規定時間（如24小時、70小時等）。取出后擦干，測量體積變化（通常通過排水法）和硬度變化。體積變化率過大（過度溶脹或收縮）和硬度顯著變化（變軟或變硬）都可能導致密封失效。

2. 熱空氣老化測試：

   • 目的： 評估密封圈在高溫空氣環境中長期使用后的性能保持能力（主要是物理性能）。
   • 內容： 測量老化前后試樣的硬度變化、拉伸強度變化率和斷裂伸長率變化率。
   • 方法： 將試樣放入規定溫度（如70°C, 100°C, 125°C等）的熱老化箱中，保持規定時間（如24小時、72小時、168小時等）。取出后在標準環境下調節，再測試其物理性能。

3. 耐臭氧老化測試：

   • 目的： 評估密封圈（尤其是含不飽和鍵的橡膠如NBR）抵抗臭氧侵蝕的能力，臭氧會導致橡膠表面產生龜裂。
   • 方法： 將試樣在拉伸狀態下（通常拉伸20%）置于含有一定濃度臭氧的環境（如50pphm）中，在規定溫度下保持規定時間。觀察試樣表面是否出現裂紋及其嚴重程度。

三、 功能性能測試：模擬實際工況的表現

功能測試更直接地模擬密封圈在真實工作環境中的行為，驗證其密封效能。

1. 密封性能測試：

   • 目的： 最核心的測試，直接驗證密封圈在規定工況下防止介質泄漏的能力。
   • 方法：
     • 靜態密封測試： 將密封圈安裝在測試工裝上，施加規定壓力（預緊力），向密封腔內注入測試介質（氣態或液態），加壓至規定值，保壓規定時間，監測壓力降或泄漏量（如氣泡法、壓降法、流量計法）。
     • 動態密封測試： 模擬密封圈在運動狀態下的密封性能（如旋轉密封、往復密封）。測試臺架模擬實際運動（轉速、行程、頻率），同時施加介質壓力，監測泄漏量。測試通常在規定溫度和介質下進行。

2. 摩擦與磨損測試：

   • 目的： 對于動態密封（如活塞桿密封、旋轉軸密封），摩擦系數影響能耗和發熱，磨損量影響密封壽命。
   • 方法： 使用摩擦磨損試驗機，讓密封圈試樣與對磨材料在特定載荷、速度、介質和溫度下進行往復或旋轉運動，測量摩擦力矩或摩擦系數，并評估磨損量（如質量損失、尺寸變化）。

3. 低溫性能測試：

   • 目的： 評估密封圈在低溫下的柔韌性和密封能力，防止低溫脆化導致密封失效。
   • 方法：
     • 低溫壓縮永久變形： 在低溫下進行壓縮永久變形測試。
     • 低溫回縮測試（TR測試）： 將試樣在低溫下壓縮或拉伸，觀察其回縮速度和程度（如GB/T 7758）。
     • 低溫密封性測試： 在低溫環境中進行靜態或動態密封測試。

4. 高壓擠出測試（抗擠出測試）：

   • 目的： 評估密封圈在高壓下抵抗被擠入配合間隙的能力，防止密封失效。
   • 方法： 將密封圈安裝在具有特定間隙的測試工裝中，施加極高壓力（遠高于工作壓力）的介質，保持規定時間，觀察密封圈是否發生擠出變形或破壞。

四、 壽命評估與加速試驗：預測使用時長

密封圈的實際使用壽命可能長達數年甚至十幾年，直接測試耗時耗力。加速試驗是關鍵手段。

1. 加速老化壽命試驗：

   • 原理： 利用高溫下材料老化反應速率加快的原理（遵循阿倫尼烏斯方程），在高于實際使用溫度的環境下進行老化測試，通過性能衰減數據推算出在正常工作溫度下的使用壽命。
   • 方法： 選擇多個更高的老化溫度點，在每個溫度點下測試不同老化時間后的關鍵性能（如壓縮永久變形、拉伸強度保持率等），建立性能-時間-溫度關系模型，外推至工作溫度下的壽命。

2. 加速介質壽命試驗：

   • 原理： 提高介質溫度、壓力或濃度，加速介質對密封材料的侵蝕作用。
   • 方法： 在強化介質條件下進行耐液體測試或密封性能測試，監測性能衰減速率，用以預測在正常工況下的使用壽命。

：構建完善的測試體系是可靠密封的基石

密封圈雖小，其性能的優劣卻牽一發而動全身。一套涵蓋物理性能、化學相容性、功能表現及壽命預測的完整測試體系，是確保密封圈在復雜多變的應用環境中長期可靠工作的根本保障。通過嚴謹的測試篩選合格材料、驗證設計合理性、監控生產質量，并科學預測產品壽命，能夠有效規避泄漏風險，提升設備運行的安全性與經濟性，為現代工業的穩定高效運轉提供不可或缺的支撐。持續的測試技術發展與標準完善，也將不斷推動密封技術向更可靠、更耐久、更適應苛刻環境的方向邁進。