【经验】什么是橡胶屏蔽O形密封圈压缩量？如何设计以实现更佳效果？

时间： 2019-05-24 来源：派克固美丽

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橡胶屏蔽O形密封圈，简称O形圈，是应用极为广泛的一种密封垫圈产品。很多电子产品设计工程师都会遇到在结构中设计适合的O形圈任务，如何设计理想的O形密封圈，这并不是一个简单的任务，需要考量的点有很多，包括导电橡胶材料、屏蔽效能、材料硬度、压缩应力、压缩量等等。本文讨论的就是关于O形圈在密封结构中的压缩量，这是设计过程中必须考虑的关键属性之一。

图1 各种橡胶屏蔽O形密封圈

先说一下，什么是压缩量？压缩量，也可称为压缩率、变形率，是指弹性密封垫圈在安装后产生的变形量比率，数值表现为自由状态下的垫圈横截面厚度的百分比。这种弹性压缩变形量能够产生相应的压缩应力，能够与配合法兰保持紧密接触状态，以阻碍各种流体和粉尘的通过，达到环境密封的效果。理论上，压缩量越大，产生的压缩应力也就越大，密封效果会更好。但这也需要有一个度，或者说有一个最大压缩量的设定值，为了确定最大压缩量，需要考虑的因素有很多。

首先，要考虑的是密封性和配套法兰的应力承受能力。这是要综合在一起考虑的两个因素，前面说过压缩量越大，应力就越大，密封效果也会更好，但是这要同时考虑配合法兰材料的硬度和强度。要以不损坏法兰结构为前提，来考虑最大压缩量的设计。

其次，如果是动态应用，那就要考虑到压缩应力带来的摩擦力影响。过高的摩擦力会造成密封结构的快速磨损，也有可能影响电子设备的正常使用。例如，手动调节的精密医疗设备中，产生过大摩擦力的O形圈，可能会影响医生对于设备的掌控感觉。

第三，O形圈挤压损伤，压缩量越大的应用中，产生挤压损伤的风险就越大，这是极有可能造成密封失效的一种潜在风险。派克固美丽根据大量的实验和使用数据分析，得出的结论是，压缩量超过40%的应用中，挤压损伤几乎不可避免；而在25%压缩量以下的应用中，几乎不存在挤压损伤的现象。由此，派克固美丽公司对于其生产的塑模O形圈产品的压缩量推荐值为10%~25%，既可以保证有一定的封闭应力，又不容易产生挤压损伤的现象。

第四，永久变形量，当O形圈完成安装，实现密封效果后，其弹性势能会随着时间缓慢衰减，当弹性势能完全消失时，O圈将会永远保持一定的压缩状态，这就是永久变形量，数值用百分比表示。理论上永久变形量达到80%时，大部分O形圈都将失去密封能力，而且这种变形现象是不可逆且不可阻挡的。也就是说，无论什么样的橡胶材料，经过长时间压缩后，都会产生永久变形的失效现象，区别在于失效前经历的时间过程有多长，换句话说就是橡胶O圈的有效寿命有多长。这个寿命很难用一个时间长度进行定义，因为影响的因素太多，但是我们可以通过橡胶材料的一个参数进行侧面的关联判断，那就是相同条件下的永久变形量。派克固美丽对导电橡胶材料CHO-SEAL系列的测试标准为，100℃环境下70小时（25%压缩量），所有型号的永久压缩量都在25%~60%之间，从材料角度可以保证较长时间的有效寿命。当然，如果有使用寿命上的特殊要求，可以尽量选择永久压缩量数据小的几款材料，例如CHO-SEAL 6330（镀镍石墨硅橡胶）和CHO-SEAL L6303（镀镍石墨氟硅橡胶），这两款的永久压缩量测试值都只有25%，理论上是使用寿命最长的两款导电橡胶。

最后总结一下，综合的考虑上述各项因素，是设计橡胶O形密封圈压缩量的关键。正确的设计，能够保证在最长的使用寿命周期内，获得最佳的O形圈密封效果，对于O形圈以及配套法兰的损伤也会更小。