温度影响
工作温度越高，压缩永久变形和应力松弛发展越快，超温运行是密封件提前失效的常见原因。
橡胶失效的特点
橡胶是由交联网络构成的高弹性材料，能承受很大的可逆变形。这种弹性依赖于分子链的柔顺性和适当的交联密度：交联过少，材料软、永久变形大；交联过多或老化后交联增加，材料变硬变脆；分子链断裂，则材料软化发粘、强度下降。几乎所有的橡胶老化失效，都可以归结为交联网络的这几种变化。
橡胶制品的配方通常包含十几种组分，包括生胶、硫化剂、促进剂、补强填料、增塑剂、防老剂和加工助剂。同一胶种不同配方的性能差异可能比不同胶种之间还大，因此失效分析不能只确认胶种，还要关注填料和增塑剂含量、硫化程度以及防护体系是否充足。
橡胶对环境的敏感性体现在：热和氧引起老化，臭氧在拉伸状态下引起开裂，油和溶剂引起溶胀或抽出，低温使橡胶失去弹性，高压气体在快速泄压时撑裂橡胶内部。动态使用的橡胶件还会因滞后生热而在内部升温，加速老化。
常用胶种的耐受性与弱点
胶种选错是橡胶件失效最直接的原因。下表对比常用胶种的主要优势、弱点和典型失效，选材和分析时都应首先核对胶种与介质、温度的匹配情况。
| 胶种 | 主要优势 | 主要弱点 | 典型失效 |
|---|---|---|---|
| 天然橡胶 | 弹性高、生热低、耐疲劳和抗撕裂好 | 不耐矿物油，耐热氧和耐臭氧较差 | 臭氧龟裂、热氧老化后软化发粘、油中溶胀 |
| 丁苯橡胶 | 耐磨，加工性好 | 不耐油，耐臭氧较差 | 老化硬化、龟裂 |
| 丁腈橡胶 | 耐矿物油和燃油 | 耐臭氧和耐候较差，丙烯腈含量高时低温性能下降 | 臭氧开裂、高温老化硬化、低温密封失效 |
| 氢化丁腈橡胶 | 耐油且耐热、耐臭氧明显优于丁腈 | 成本较高，部分介质中仍需验证 | 超温后硬化、压缩永久变形增大 |
| 三元乙丙橡胶 | 耐臭氧、耐候、耐热水和水蒸气、耐乙二醇类介质 | 在矿物油和烃类燃料中严重溶胀 | 误用于含油系统时溶胀失效 |
| 氯丁橡胶 | 耐候、阻燃，耐油性中等 | 低温下长期放置会结晶变硬 | 低温硬化、热老化硬化 |
| 氟橡胶 | 耐高温、耐油和燃油 | 低温弹性差，部分品种不耐胺类、酮类和热水蒸气 | 低温泄漏，含胺添加剂油品中硬化开裂 |
| 硅橡胶 | 耐高低温范围宽，耐候 | 强度、撕裂和耐磨性低，高压蒸汽中长期使用会降解 | 机械撕裂、磨损，蒸汽中软化 |
| 丁基橡胶 | 气密性好、阻尼高 | 不耐矿物油 | 油中溶胀、压缩永久变形 |
| 聚氨酯弹性体 | 强度高、耐磨性突出 | 聚酯型在湿热环境中易水解，动态生热大 | 水解后发粘碎裂、内部生热损坏 |
老化：硬化、软化与龟裂
热氧老化时，不同胶种的表现不同：天然橡胶以分子链断裂为主，老化后变软、发粘；丁苯、丁腈等以进一步交联为主，老化后变硬、失去弹性，表面出现无规则的网状龟裂。防老剂在长期使用中逐渐消耗或迁移流失，耗尽后老化明显加快。铜、锰等金属离子对天然橡胶的氧化有催化作用，与铜件接触的天然橡胶件老化往往更快。
臭氧开裂只发生在承受拉伸变形的不饱和橡胶表面，裂纹方向垂直于拉伸方向，呈多条平行的刀割状细纹，变形越大裂纹越密。完全没有拉伸变形的部位不会出现臭氧裂纹，这是区分臭氧开裂和热氧老化的关键。静态使用时，配方中的蜡迁移到表面形成保护膜；动态使用时蜡膜容易破裂，需要依靠化学抗臭氧剂。电机、高压电器和某些空气净化设备附近臭氧浓度较高，橡胶件开裂更快。
| 观察到的现象 | 可能原因 | 判断要点 |
|---|---|---|
| 垂直于拉伸方向的平行细裂纹 | 臭氧开裂 | 只出现在受拉表面，裂纹方向与变形方向对应，胶种为不饱和橡胶 |
| 无方向性的网状龟裂并伴随硬化 | 热氧老化或光老化 | 硬度升高、扯断伸长率下降，受热或受光面更严重 |
| 表面发粘、软化 | 天然橡胶热氧降解或介质引起的降解 | 交联密度下降，检查温度和接触介质 |
| 从弯曲根部起裂并沿屈挠方向扩展 | 屈挠疲劳 | 动态使用件，裂纹集中在变形最大处 |
| 内部鼓泡、心部变色或烧焦 | 动态滞后生热 | 厚截面减振件和传动件，心部比表面老化更严重 |
| 整体体积增大、变软 | 溶胀 | 与介质的相容性不良，浸泡试验可复现 |
| 内部多处鼓泡或裂口 | 高压气体快速泄压 | 高压气体工况，泄压速度快 |
| 表面析出白色或灰色粉霜 | 硫黄、蜡或防老剂喷出 | 判断是正常的蜡防护还是配合剂过量、硫化不足 |
溶胀、抽出与快速泄压
橡胶与介质的极性越接近，越容易被介质溶胀。适度溶胀有时有利于密封，但溶胀过大会使橡胶变软、强度下降，在动密封中挤出和磨损，在密封槽中因体积增大而被挤坏。另一种相反的情况是介质把橡胶中的增塑剂抽出，橡胶在介质中看似正常，干燥后收缩变硬，系统停用或排空后重新启动时出现泄漏。燃料成分改变、油品添加剂种类变化，都可能使原本相容的胶种出现问题。
在高压气体或含溶解气体的介质中，气体会溶入橡胶。系统快速泄压时，橡胶内部的气体来不及扩散出去而迅速膨胀，在内部形成鼓泡和裂口，严重时密封件碎裂。这种损伤往往从截面上才能看到，表面可能只有少量鼓包。硬度较高、配方专门设计的耐快速泄压材料，以及降低泄压速度，是主要的预防手段。
低温同样会使密封失效：温度接近玻璃化转变温度时橡胶失去弹性，回弹跟不上，密封力不足而泄漏，这种变化回温后可以恢复；氯丁橡胶等在低温长期放置时还会结晶硬化。
- 介质相容性试验应使用实际介质，在实际工作温度下浸泡，测定体积、质量、硬度和拉伸性能的变化。
- 浸泡后还应在干燥状态下复测，以发现增塑剂抽出导致的收缩和硬化。
- 工作介质成分发生变化时，例如更换油品、燃料或清洗剂，应重新确认相容性。
- 多相介质，例如油水混合或含气液体，需要分别考虑各相的影响。
压缩永久变形与应力松弛
密封件靠压缩后的回弹力保持接触应力。在长期压缩和受热作用下，橡胶的交联网络发生重排和化学老化，卸载后不能完全恢复原来的厚度，这就是压缩永久变形。压缩永久变形越大，密封件对法兰间隙变化、温度波动和振动的补偿能力越差，最终接触应力不足而泄漏。拆下的旧密封圈截面变成扁平的“D”形或方形，就是压缩永久变形严重的直观表现。
压缩永久变形与胶种、硫化体系、硫化程度、工作温度和压缩量都有关系。例如三元乙丙橡胶采用过氧化物硫化时，高温下的压缩永久变形通常优于硫黄硫化；硫化不足的橡胶压缩永久变形会明显偏大。应力松弛试验可以直接测量压缩状态下密封力随时间的衰减，更接近实际密封的工作状态。
压缩量与沟槽设计
压缩量过大会加速永久变形并可能导致开裂，过小则初始密封力不足；沟槽填充过满时溶胀会把密封件挤坏。
与老化同时发生
长期使用的密封件往往同时存在硬化和压缩永久变形，需要结合硬度和截面形状变化综合判断。
低温下的假象
低温测量的压缩永久变形中有一部分属于可逆的低温硬化，回温后会部分恢复，评价时应注意测试条件。
硫化程度、配方与制造缺陷
硫化程度是橡胶件质量的核心。硫化不足时，交联密度低，硬度和定伸应力偏低，压缩永久变形大，在介质中溶胀更严重，表面可能发粘或喷霜；硫化过度时材料变硬变脆，天然橡胶在过度硫化时还会发生返原，交联密度反而下降。成品的硫化程度可以通过溶胀法测定交联密度，并与合格件对比来判断。
配方偏差同样会导致失效。补强填料不足或分散不良，强度和耐磨性下降，未分散的填料团块成为裂纹起点；增塑剂过多会降低耐热性和强度，并增加被介质抽出的风险；防老剂和抗臭氧剂不足会缩短使用寿命。
焦烧与流动不良
胶料在充模前提前硫化，流动变差，形成流痕、缺胶和接合不良，接合线处强度低。
气泡与杂质
混炼或成型中卷入的气体、水分以及外来杂质，在受力时成为裂纹源。
飞边与修边损伤
去飞边时留下的切口和撕裂位于分型线上，动态使用时常从这里起裂。
橡胶与金属粘接失效
需要区分破坏发生在胶料内部、胶料与胶粘剂之间、胶粘剂层内还是底涂与金属之间，后几种多指向表面处理、污染或粘接工艺问题。
减振件与动态橡胶件的疲劳
减振垫、减振器、弹性联轴器的弹性元件和橡胶衬套长期承受交变变形，最常见的失效是疲劳开裂。裂纹多起源于变形最大和应力集中的位置，例如橡胶与金属粘接面的边缘、截面突变处和分型线。橡胶阻尼大，交变变形时的滞后损耗转化为热量，厚截面件心部温度可能明显高于表面，导致内部老化、鼓泡甚至烧焦，外表看起来却变化不大。
减振件的失效与振动状态密切相关。设备转速接近隔振系统固有频率时，振幅放大，橡胶件变形和生热急剧增加；安装偏斜、预压缩过大或承受了设计外的剪切和扭转，会使局部变形远超设计值。减振件老化变硬后，隔振系统的固有频率随之升高，可能逐渐接近设备的激励频率，使振动问题越来越严重。因此分析减振件失效时，结合现场振动测量和固有频率核算，往往比单纯检验材料更能找到根本原因。
常用检验项目与改进方向
- 按介质、温度上下限和动静态使用条件选择胶种，介质变化时重新验证相容性。
- 对承受拉伸变形的外露橡胶件选用耐臭氧胶种或加强抗臭氧防护。
- 规定硫化工艺和硫化程度的检验方法，批量来料检查硬度和交联密度。
- 合理设计沟槽压缩量和填充率，避免过度压缩和溶胀后挤出。
- 加强橡胶与金属粘接前的表面处理和清洁控制。
- 减振件选型时核算隔振频率，避开设备激励频率，并按老化后的刚度复核。
- 外观与裂纹方向记录裂纹位置、方向和分布，对照零件的受力和变形状态，测量截面形状变化。
- 硬度与物理性能测邵尔硬度，条件允许时从制品上取样测拉伸强度和扯断伸长率，与新件对比。
- 胶种与组成分析用红外光谱或热裂解方法确定胶种，用热重分析测定增塑剂、生胶、炭黑和灰分含量。
- 交联与硫化评价溶胀法测交联密度，必要时测压缩永久变形，判断硫化程度和老化程度。
- 介质与环境复现用实际介质和温度做浸泡试验，结合低温性能、臭氧试验等复现失效。
北京与杭州的分工
北京团队负责现场调查、振动相关测试和综合分析；需要实验室仪器分析的部分，可由集团杭州实验室承接。具体由哪个实验室完成哪些项目、报告是否带 CMA、CNAS 标志，在方案和报价中写明。
常见问题
橡胶件表面出现裂纹，怎么判断是臭氧开裂还是老化？
看裂纹方向和分布。臭氧裂纹只出现在受拉伸的表面，垂直于拉伸方向，呈多条平行细纹；热氧老化裂纹无方向性，呈网状，并伴随硬度升高。再结合胶种和使用环境，一般就能区分。
密封圈在油里泡大了，还能用吗？
体积明显增大说明胶种与油品相容性不好，溶胀后强度和耐磨性下降，在动密封中容易挤出和磨损，在密封槽中可能被挤坏。应通过浸泡试验确认胶种是否合适，必要时更换耐油胶种。
橡胶件用了不久就变硬，是材料问题吗？
可能是胶种耐热性不足或防老剂不够，也可能是介质抽出了增塑剂、工作温度超出预期或硫化过度。通过胶种和组分分析、交联密度测定以及与新件对比，可以判断是材料、配方还是使用条件的问题。
能否通过检测确定橡胶的配方？
可以确定胶种，测定增塑剂、生胶、炭黑和无机填料的大致含量，识别部分防老剂和硫化体系类型，但很难完整还原全部配方和工艺。判断是否符合约定，最好与合格件或配方说明对比。
减振橡胶件开裂和振动有什么关系？
减振件长期承受交变变形，会发生疲劳开裂和滞后生热。设备转速接近隔振系统固有频率时振幅放大，开裂会大大加快；橡胶老化变硬后固有频率升高，也可能逐渐接近激励频率。结合现场振动测量才能找到根本原因。