橡膠密封件失效分析如下:
1. 選擇合適的機構來進行密封件失效分析
現(xiàn)實中,客戶常常首選該橡膠密封件的供應商來做失效分析,或者找裝備精良的大學實驗室(或專業(yè)測試公司)來做。但是,橡膠密封件失效分析不但要求技術人員具有全面的材料知識,還必須具有豐富的工程設計經(jīng)驗,并且要善於使用一些專業(yè)的分析儀器和設備。而只有資深的橡塑元件生產(chǎn)商才有這樣的技術力量。另外,分析中可能會涉及到一些客戶的技術機密,因此,最好找一個有信譽的公司來進行分析。
2. 搜集背景資料
遇到密封故障時,首先應該搜集如下背景資料,用來初步判斷失效是否和材料有關:
密封件的生產(chǎn)廠家是誰;膠料名稱是什么(客戶有可能會搞錯供應商)。
失效產(chǎn)品中所用的密封件批號或者訂單號,這樣可以方便以後查詢。如果密封件失效僅與某批次相關,那么很有可能是由密封件生產(chǎn)中的某些變化造成的。
密封件失效是怎么被發(fā)現(xiàn)的?密封件使用的條件是什么(溫度、壓力、介質、使用頻率等)? 如果結構特殊,可能還需要圖紙或者組合件的照片。
失效產(chǎn)品占多少比例(%)。
如有可能,請客戶送回部分樣品:失效的密封件、沒有失效的密封件、以及同批號中沒有使用過的密封件。這樣便於以後做比較測試。值得注意的是,有些樣品可能殘留有毒物質,一定要提醒客戶和相關人員做好防護措施,并且妥善送交樣品。
得到這些信息後,分析員最好能夠建立相應的檔案。一來便於今後追蹤跟進調查情況;二來可以為將來的類似案例提供線索。
3. 初步分析
如果是由密封件供應商進行失效分析,在得到樣品後,最好還是先做一些簡單的材料分析(比如硬度、拉伸強度、永久壓縮變形、比重等物性測試和尺寸檢查),以再次確認該產(chǎn)品的確是自己的產(chǎn)品。因為很多橡膠件看起來都一樣(比如O圈)。
我們就有這樣的經(jīng)歷,客戶一再強調是我們的產(chǎn)品XYZ。但是經(jīng)過材料分析後,樣品的成分和性能與我們的XYZ產(chǎn)品大相徑庭。同時,也可以用這些測試結果來判斷材料是否有問題。
有時候還可以在失效密封件上找到一些特征。有經(jīng)驗的技術人員憑這些特征就可以初步斷定失效原因。另外,在失效特征的附近,還要注意觀察是否有異物、氣泡、流痕或者毛邊等異常情況。這些特征常常和密封件生產(chǎn)質量有關。可通過肉眼、放大鏡、顯微鏡和電子掃描顯微鏡(SEM)等進行觀察。
根據(jù)以上這些線索,可以初步辨別造成失效的大致原因,如果需要,可進一步安排其他分析測試。
4. 深度分析
如果初步分析無法解決材料方面的疑問,那么就需要采用一些更精密的化學分析方法。
常見的有示差掃描量熱儀(DSC),熱重分析儀(TGA),動態(tài)力學分析儀(DMA)和熱機械分析儀(TMA)等熱分析技術和傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR)等光譜方法。這些分析儀器大都很貴,但是一般在幾天內(nèi)就可獲得分析結果。
示差掃描量熱儀(DSC)常用來測試橡膠材料的玻璃化溫度,在失效分析中可以用來檢查橡膠材料的耐低溫性能。
熱重分析儀(TGA)常用來研究材料的組分,借此可以快速間接地看出某些成分是否有問題。
動態(tài)力學分析儀(DMA)常用來測試在一定條件下材料的剛度與阻尼,借此可以判斷在實際使用環(huán)境中該密封件是否合適(比如抗沖擊性能)。
傅里葉變換紅外光譜(FTIR)常用來測定分子組成和結構,在失效分析中可以用來確定橡膠本身和某些成分是什么、密封件上的異物成分、在使用中密封件發(fā)生了什么化學變化等信息。
這些技術曾僅用於大學和科研院所的基礎科學研究。而今,在橡膠工業(yè)中,尤其是歐美一些高端技術企業(yè)中,這些技術成功地用在密封件失效分析上。對於這些技術,很多文獻都有更詳細的論述和使用實例,在此不再贅述。
除了憑借經(jīng)驗和上述的各種測試外,有限元分析(FEA)也常常被用來輔助密封件的失效分析。上文在“機械設計錯誤”中所舉的就是一個很好的例子。
5. 實地考察
失效分析的一個重要部分是實地考察密封件生產(chǎn)過程或者使用方的安裝、使用過程。因為有時僅憑實驗室的分析還不能夠得出最終結論。
比如經(jīng)實驗室分析,密封件物料可能有污染。為了確認這種猜測,分析人員最好實地到生產(chǎn)廠家考察,看看有什么操作漏洞,并在各個可能的生產(chǎn)環(huán)節(jié)取樣。如果實地樣品驗證了分析結果,那么就可以確診了。其結果可幫助生產(chǎn)廠家改善生產(chǎn)流程,以避免將來發(fā)生類似的問題。
再如,我們曾有一個產(chǎn)品在使用中沒有達到預期的壽命就失效了。經(jīng)過實驗室分析和對密封件生產(chǎn)廠的考察,我們?nèi)匀粺o法找出原因。最後,我們的技術人員去參觀了客戶的安裝流水線後發(fā)現(xiàn),裝配過程中所使用的一個元件上有毛刺,裝配中橡膠件表面被劃傷,從而造成橡膠密封件在使用中過早失效。在客戶更換了這種元件後,橡膠密封件就完全達到使用要求了。
綜上所述,橡膠密封件的失效分析常常是一個復雜的工作。技術人員不僅需要有豐富的經(jīng)驗和知識,還要有認真仔細的態(tài)度、堅韌不拔的毅力和一定的邏輯推理能力。同時,失效分析對分析儀器和設備等硬件也有一定的要求。
即使這樣,失效分析也不是萬能的。有時由於各種原因,有些問題可能找不出答案。