手表行业用密封橡胶圈的基本性能研究

郭新刚，宋鹏涛

(珠海罗西尼表业有限公司，广东珠海 519085)



手表行业用密封橡胶圈的基本性能研究

郭新刚，宋鹏涛

(珠海罗西尼表业有限公司，广东珠海 519085)

摘要：对手表行业现用的密封圈进行性能对比研究，研究内容包括人工汗腐蚀试验、耐冷冻试验、耐湿热试验、耐热老化试验，并比较试验前后的拉断伸长率，确定密封圈的性能。结果表明：密封圈的横截面积根据实际的防水需要，越大越好；密封圈经人工汗腐蚀试验、极限冷冻试验和湿热老化试验后，表面没有出现硬化、变色、龟裂、腐蚀和长霉等现象，其拉断伸长率较试验前没有太大的变化，老化系数E≈1；以密封圈作为密封材料的手表，不建议高温作业人员在高温环境下使用。

关键词：手表行业，密封圈，基本性能

近些年来，随着人们生活品质的提高，钟表行业，尤其是腕表，被赋予了很多新的概念[1]。腕表在坚持钟表的基本计时功能的同时，也逐渐对其他的功能提出了更高的要求[2]。目前，消费者对手表的防水性能提出了更高的要求，普通的防水性能手表，已经逐渐不能满足消费者的要求了。在手表行业，手表防水性能的实现，是通过密封圈的变形挤压，填充空隙部位，进而实现手表连接部件之间的防水。手表作为一种奢侈品，密封圈性能的好坏，直接影响着手表防水性能的好坏。因此，对手表用密封圈的性能研究势在必行。

本试验对手表行业现用的密封圈进行性能对比研究，研究内容包括人工汗腐蚀试验、耐冷冻试验、耐湿热试验、耐热老化试验，并比较试验前后的拉断伸长率，确定密封圈的性能。

1试验方法及过程

试验对象：手表行业目前使用密封圈，以下简称O-Ring，尺寸为D25d0.6、D25d0.5、D25d0.4，其中D为O-Ring的外径，d为O-Ring的横截面直径。

试验过程如下：(1)测试3组O-Ring试验室条件下的拉断伸长率；(2)将每种尺寸的O-Ring进行人工汗腐蚀试验48h，观察试验后O-Ring有无腐蚀、变色和长霉现象，并测试腐蚀试验后的拉断伸长率，求出O-Ring人工汗腐蚀试验后的老化系数；(3)将每种尺寸的O-Ring进行-30℃×24h的极限冷冻试验，试验结束后，将O-Ring取出后放置2h，待其恢复至室温后，测试其极限冷冻试验后的拉断伸长率，记录数据，并求出O-Ring冷冻后的冷冻老化系数；(4)将O-Ring进行70℃、湿度95%的湿热老化试验120h，试验结束后，将O-Ring取出后放置2h，测试其湿热老化试验后的拉断伸长率，记录数据，并求出O-Ring的湿热老化系数；(5)将O-Ring进行热老化试验140℃×48h，试验结束后，将O-Ring取出后放置2h，待其恢复至室温后，测试其热老化试验后的拉断伸长率，记录数据，并求出O-Ring的热老化系数。

所用仪器：HK-80可程式恒温恒湿箱试验箱；WF-50S推力-拉力测试仪。

2试验结果及分析

2.1概念解释

拉断伸长率用百分比的形式a来表示：

式中：a—O-Ring拉断伸长率(%)；A—O-Ring实验室条件下的拉断伸长长度(mm)；B—O-Ring的自然长度(mm)。

老化系数使用E表示：

式中：E—O-Ring老化系数；C—O-Ring老化试验或冷冻试验后的性能数据(mm)；D—O-Ring老化试验或冷冻试验前的性能数据(mm)。

2.2实验室条件下O-Ring的拉断伸长率

将每种尺寸的O-Ring抽取5个试样，共3组，15个试样，利用WF-50S推力-拉力测试仪，测试3组O-Ring的拉断伸长率。表1为O-Ring在实验室条件下(温度为23℃，相对湿度60%)，O-Ring的拉断伸长率。从表1可以看出，D25d0.6的O-Ring拉断伸长率为333%，D25d0.5的O-Ring拉断伸长率为300%，D25d0.4的O-Ring拉断伸长率为240%。

随着O-Ring横截面直径的降低，O-Ring的拉断伸长率降低。在实际的防水测试中，O-Ring的密封压缩量越大，防水性能越好。因此，在实际转配手表的过程中，根据实际需要，应选择弹性好，横截面积大的O-Ring。

表1　O-Ring实验室条件下的拉断伸长率数据

2.3O-Ring的人工汗腐蚀试验

暴露于自然环境中使用的橡胶材料，会受到空气中水分或其他条件的影响，如在盐污地区，极易受到盐雾的影响，因而进行老化研究，分析此种条件下的老化性能成为必须[3]。将O-Ring进行了人工汗腐蚀试验48h，O-Ring表面没有变色、腐蚀和长霉现象。

表2为O-Ring人工汗腐蚀试验后的拉断伸长率和老化系数数据。从表2可以看出，人工汗腐蚀试验48h后，排除实验误差(数据误差不超过10%)，O-Ring的拉断伸长率变化不大，E≈1。由此可见，此O-Ring的耐人工汗腐蚀性能较好，可长期使用而不丧失性能。

表2　O-Ring人工汗腐蚀试验后的老化系数数据

2.4O-Ring的极限冷冻试验

在中国的北部地区，冬季的气温会低至零下30℃～40℃左右[4]，而O-Ring做为手表的密封圈，必须具备在此温度甚至更加恶劣的环境下，不丧失其性能的性能，因此，极限冷冻试验在检测中是必须的。

本试验试样彼此之间的距离≥10mm，距离恒温箱壁距离≥100mm，在-30℃的条件下冷冻24h后，迅速取出试样，O-Ring并没有出现硬化、变色和龟裂现象。

表3为O-Ring极限冷冻试验后的拉断伸长率和冷冻老化系数的试验数据。从表中可以看出，冷冻试验前后的拉断伸长率变化不大，E≈1。由此可见，此O-Ring具有较好的抗冷冻性能，可在低温条件下使用，而不丧失其性能。

表3　O-Ring极限冷冻试验后的老化系数数据

2.5O-Ring的湿热老化试验

在中国的南部地区，高温高湿使材料腐蚀老化，是一切材料的天敌，O-Ring应具备在此环境甚至更加恶劣的环境下，可正常使用的性能。本试验参考国家标准GB/T 15905-1995《硫化橡胶湿热老化试验方法》[5]，在(70±2)℃、相对湿度为(95±2)%的条件下进行加速老化试验。

表4为O-Ring湿热老化试验后的老化系数数据。从表4 可以看出，经过(70±2)℃、相对湿度为(95±2)%的条件下老化120h后，O-Ring的拉断伸长率较试验前变化不大，E≈1，其性能并未丧失，仍保持正常。可见O-Ring具有较好的耐湿热性能，可在潮湿高温的条件下使用，而不丧失其性能。

表4　O-Ring湿热老化试验后的老化系数数据

2.6O-Ring的热老化试验

热老化性能较差是橡胶的通病，本试验根据国家标准GB 3512-83《橡胶热空气老化试验方法》[6]，将O-Ring置于140℃的环境中48h，试验结束后，发现三种尺寸的O-Ring均出现较为严重的硬化现象，其拉断伸长率较试验前大幅下降，E均在0.1左右，见表5。说明在此条件下，O-Ring完全丧失了弹性和密封性，因此，作为橡胶材料，并不能摆脱其耐热性差的缺点，在高温下迅速老化，并丧失其性能。

因此，O-Ring作为橡胶材料，不能在高温下使用，不建议高温作业人员使用以O-Ring作为密封材料的手表，长期在大于60℃的条件下使用，会使O-Ring的性能丧失，失去其原有的密封性能。

表5　O-Ring热老化试验后的老化系数数据

3结论

(1)手表行业目前使用的D25d0.6的O-Ring拉断伸长率为333%，D25d0.5的O-Ring拉断伸长率为300%，D25d0.4的O-Ring拉断伸长率为240%，有较好的弹性伸长率，并且随着O-Ring横截面直径的降低，O-Ring的拉断伸长率降低。

(2)手表行业目前使用的O-Ring经过人工汗腐蚀试验48h，极限冷冻试验-30℃×24h，以及湿热老化试验(70℃，相对湿度95%)120h后，其表面均没有变色、腐蚀和长霉现象，拉断伸长率较试验前变化不大，E≈1，有较好的耐人工汗腐蚀、耐冷冻及耐湿热性能。

(3)手表行业目前使用的O-Ring经过热老化试验140℃×48h后，O-Ring均出现较为严重的硬化现象，拉断伸长率大幅降低，其密封性能丧失。

(4)以此O-Ring作为密封材料的手表，不建议高温作业人员在高温环境下使用，长期在大于60℃的条件下使用，会使O-Ring的性能丧失，失去其原有的密封性能。

目前，国内外知名的手表生产厂家，均在生产高度防水的手表，30m防水，100m防水，甚至有国外厂家的某些产品的防水性能更高。人们的生活离不开水，而密封圈(O-Ring)作为手表防水性能好坏的重要配件，其性能的优劣，直接关系到手表的使用价值及品位。因此，新型的高度防水密封圈材料的开发和研究，必将成为未来的重要研究对象。

参考文献

[1] 梁璐.两展合一合力提升中国钟表产业[J].钟表，2010，41(4)：68-72.

[2] 王东祥.创造钟表的艺术之美[J].钟表，2011(1)：15.

[3] 王思静，熊金平，左禹.橡胶老化机理与研究方法进展[J].合成材料老化与应用，2009，38(2)：23-33.

[4] 王菱，谢贤群，苏文，等.中国北方地区50年来最高和最低气温变化及其影响[J].自然资源学报，2004，19(3)：337-342.

[5] GB/T 15905-1995 硫化橡胶湿热老化试验方法[S].

[6] GB 3512-83 橡胶热空气老化试验方法[S].

中图分类号：TQ 333.7

Research on the Basic Properties of the Rubber Seal Ring in Watch Industry

GUO Xin-gang，SONG Peng-tao

(Rossini Watch Industry LTD.，Zhuhai 519085，Guangdong，China)

Abstract：The performance comparison of the rubber seal was studied，including artificial sweat corrosion test，freeze-resistant test，heat resistance test and thermal aging test. And the elongation at break before and after the test was compared to determine the performance of seals . The results showed：the cross-section of the sealing ring according to the actual needs of water，the bigger the better；rubber seals should not be discoloration，cracking，corrosion and mildew and other phenomena after hardening artificial sweat corrosion test，ultimate freezing test and heat aging test；its elongation should not have changed much at break test；it is not recommended to use in high temperature environments if watch used the sealing material.

Key words：watch industry，rubber seal ring，basic performance