氯丁橡胶滚动密封圈密封不严及其解决措施

易学平，戴 乐

（1.中国船舶重工集团公司 第七一〇研究所，湖北 宜昌 443003；2.海军驻洛阳四〇七厂军事代表室，河南 洛阳 471039）

0 引言

滚动密封圈是某水下振源体的密封配件，其主要作用是在振源体工作时该密封圈将壳体内与周围环境分开，既起到静密封作用，又具有动密封的效果。该密封圈胶料需耐油、耐海水腐蚀、耐紫外线，同时为了保证密封圈做高频率的振动，胶料材料必须具有高的灵敏度和柔性，密封圈橡胶选择的胶料是氯丁橡胶CR232，但是在实际使用过程中，密封圈在低温时还是出现了密封不严现象。本文针对滚动密封圈的结构特点，对其密封不严原因及其解决措施进行论述。

1 滚动密封圈的结构

滚动密封圈外形呈圆环状，截面为半圆形，主要由内圈（氯丁橡胶CR232）和动压板（钛板TA2）组成，内圈与动压板硫化成形，硫化间隙均匀。滚动密封圈通过压紧动压板使橡胶在膜板处产生变形从而密封，橡胶硬度在标准条件下要求为55°±5°（邵尔A）。滚动密封圈结构示意图如图1所示。

图1 滚动密封圈结构示意图

2 氯丁橡胶材料性能

氯丁橡胶是一种具有优异的机械强度、耐腐蚀性、粘结性和耐侯性以及耐油性的合成橡胶，以氯丁二烯为主要原料，通过均聚或共聚制得的一种弹性体。由于氯丁橡胶分子结构的规整性，无论是生胶或硫化胶在较低温度下都具有明显的结晶倾向，导致橡胶变硬，但温度升到60℃～70℃时，其结晶现象消失；氯丁橡胶分子中含有极性氯原子，分子间内聚能较高，具有规整的分子排列和可逆的结晶性能，使得其力学性能优异。

3 滚动密封圈密封不严的原因

水下振源体工作一段时间后，滚动密封圈出现了漏水现象，对振源体进行气密性试验时发现动压板两个螺栓之间漏气，初步分析密封不严的原因有两个方面：①动压板强度不足；②环境温度过低，滚动密封圈硬度过高。动压板强度不足，安装后两个螺栓之间的动压板凸起，导致密封不严。变更动压板材料，由TA2材料变为TA5材料，提高钛板刚度。试验前密封圈硬度检测结果为80°（邵尔A）左右，经密封试验检测证明漏水现象尽管有所改善，但是仍有部分存在密封不严的现象，不符合要求。可见滚动密封圈漏水的原因是环境温度过低，氯丁橡胶发生结晶，从而使滚动密封圈硬度过高，动压板压不紧，导致密封不严。

高分子物质的结晶是指随着温度的降低，分子链之间的范德华力加大，分子链的柔性降低，导致出现分子链聚集及材料变硬的过程。分子量越大，链的结构越简单，对称性越高，链的规整性越好，取代基的空间位阻越小，链的柔顺性越大，则越易结晶，反之，则不易结晶。氯丁橡胶CR232是由氯丁二烯聚合而成，由于其分子链结构特征简单而且比较规整，随着温度的降低，氯丁橡胶更容易结晶，表现为胶料在低温下易变硬。

4 解决方法及措施

由上述可知，滚动密封圈密封不严的主要原因是环境温度过低，胶料出现结晶，产品硬度较大，动压板压紧力不够导致密封不严，选择高抗结晶性能的氯丁橡胶为产品胶料的配方。

氯丁橡胶DCR114和DCR213的主体基本原材料与氯丁橡胶CR232一样，均为氯丁二烯，但由于其分子链结构不同，致使其抗结晶能力有所差异。氯丁橡胶DCR114和DCR213通过引入2，3—二氯丁二烯为第二单体与氯丁二烯共聚，改变了氯丁橡胶分子链的规整性，分子链结构特征复杂，取代基的空间位阻加大，使得合成的氯丁橡胶具有优良的抗结晶性，胶料在低温的环境下不易变硬，同时也保持了氯丁橡胶固有的优良综合性能。3种氯丁橡胶的主要性能见表1。

表1 3种氯丁胶的基本性能

经讨论分析认为，胶料配方采用氯丁橡胶DCR114与DCR213并用（75／25）为产品胶料的主体材料后，可以提高胶料的抗结晶性能。改进胶料与原胶料抗结晶性硬度变化情况见表2。

表2的对比结果表明：①改进胶料的抗结晶性能大大提高，在-20℃～60℃之间，硬度变化为15°（邵尔A），硬度最高65°（邵尔A），原胶料在-20℃～60℃之间，硬度变化为44°（邵尔A），硬度最高95°（邵尔A），改进胶料配方比原胶料的抗结晶性能有较大改善，产品硬度下降明显，可以满足使用要求。

5 结束语

针对水下振源体在工作过程中出现漏水问题，采用氯丁橡胶DCR114与DCR213并用（75／25）代替原氯丁橡胶CR232，改进胶料材料比原胶料的抗结晶性能有较大改善，产品硬度明显下降，该方法可以应用于氯丁橡胶密封圈的设计中，更好地提高了氯丁橡胶密封件的环境适应性。

表2 改进胶料与原胶料抗结晶性硬度变化

［1］江畹兰.改善氯丁橡胶低温性能的配方之优化［J］.世界橡胶工业，2001（4）：14-17.

［2］李吉刚.铁道车辆空气弹簧及胶料自然气候老化试验研究［J］.试验研究，2010（2）：13-17.

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