手表行業(yè)用密封橡膠圈的基本性能研究

郭新剛，宋鵬濤

(珠海羅西尼表業(yè)有限公司，廣東珠海 519085)

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手表行業(yè)用密封橡膠圈的基本性能研究

郭新剛，宋鵬濤

(珠海羅西尼表業(yè)有限公司，廣東珠海 519085)

摘要：對手表行業(yè)現(xiàn)用的密封圈進行性能對比研究，研究內(nèi)容包括人工汗腐蝕試驗、耐冷凍試驗、耐濕熱試驗、耐熱老化試驗，并比較試驗前后的拉斷伸長率，確定密封圈的性能。結(jié)果表明：密封圈的橫截面積根據(jù)實際的防水需要，越大越好；密封圈經(jīng)人工汗腐蝕試驗、極限冷凍試驗和濕熱老化試驗后，表面沒有出現(xiàn)硬化、變色、龜裂、腐蝕和長霉等現(xiàn)象，其拉斷伸長率較試驗前沒有太大的變化，老化系數(shù)E≈1；以密封圈作為密封材料的手表，不建議高溫作業(yè)人員在高溫環(huán)境下使用。

關(guān)鍵詞：手表行業(yè)，密封圈，基本性能

近些年來，隨著人們生活品質(zhì)的提高，鐘表行業(yè)，尤其是腕表，被賦予了很多新的概念[1]。腕表在堅持鐘表的基本計時功能的同時，也逐漸對其他的功能提出了更高的要求[2]。目前，消費者對手表的防水性能提出了更高的要求，普通的防水性能手表，已經(jīng)逐漸不能滿足消費者的要求了。在手表行業(yè)，手表防水性能的實現(xiàn)，是通過密封圈的變形擠壓，填充空隙部位，進而實現(xiàn)手表連接部件之間的防水。手表作為一種奢侈品，密封圈性能的好壞，直接影響著手表防水性能的好壞。因此，對手表用密封圈的性能研究勢在必行。

本試驗對手表行業(yè)現(xiàn)用的密封圈進行性能對比研究，研究內(nèi)容包括人工汗腐蝕試驗、耐冷凍試驗、耐濕熱試驗、耐熱老化試驗，并比較試驗前后的拉斷伸長率，確定密封圈的性能。

1試驗方法及過程

試驗對象：手表行業(yè)目前使用密封圈，以下簡稱O-Ring，尺寸為D25d0.6、D25d0.5、D25d0.4，其中D為O-Ring的外徑，d為O-Ring的橫截面直徑。

試驗過程如下：(1)測試3組O-Ring試驗室條件下的拉斷伸長率；(2)將每種尺寸的O-Ring進行人工汗腐蝕試驗48h，觀察試驗后O-Ring有無腐蝕、變色和長霉現(xiàn)象，并測試腐蝕試驗后的拉斷伸長率，求出O-Ring人工汗腐蝕試驗后的老化系數(shù)；(3)將每種尺寸的O-Ring進行-30℃×24h的極限冷凍試驗，試驗結(jié)束后，將O-Ring取出后放置2h，待其恢復(fù)至室溫后，測試其極限冷凍試驗后的拉斷伸長率，記錄數(shù)據(jù)，并求出O-Ring冷凍后的冷凍老化系數(shù)；(4)將O-Ring進行70℃、濕度95%的濕熱老化試驗120h，試驗結(jié)束后，將O-Ring取出后放置2h，測試其濕熱老化試驗后的拉斷伸長率，記錄數(shù)據(jù)，并求出O-Ring的濕熱老化系數(shù)；(5)將O-Ring進行熱老化試驗140℃×48h，試驗結(jié)束后，將O-Ring取出后放置2h，待其恢復(fù)至室溫后，測試其熱老化試驗后的拉斷伸長率，記錄數(shù)據(jù)，并求出O-Ring的熱老化系數(shù)。

所用儀器：HK-80可程式恒溫恒濕箱試驗箱；WF-50S推力-拉力測試儀。

2試驗結(jié)果及分析

2.1概念解釋

拉斷伸長率用百分比的形式a來表示：

式中：a—O-Ring拉斷伸長率(%)；A—O-Ring實驗室條件下的拉斷伸長長度(mm)；B—O-Ring的自然長度(mm)。

老化系數(shù)使用E表示：

式中：E—O-Ring老化系數(shù)；C—O-Ring老化試驗或冷凍試驗后的性能數(shù)據(jù)(mm)；D—O-Ring老化試驗或冷凍試驗前的性能數(shù)據(jù)(mm)。

2.2實驗室條件下O-Ring的拉斷伸長率

將每種尺寸的O-Ring抽取5個試樣，共3組，15個試樣，利用WF-50S推力-拉力測試儀，測試3組O-Ring的拉斷伸長率。表1為O-Ring在實驗室條件下(溫度為23℃，相對濕度60%)，O-Ring的拉斷伸長率。從表1可以看出，D25d0.6的O-Ring拉斷伸長率為333%，D25d0.5的O-Ring拉斷伸長率為300%，D25d0.4的O-Ring拉斷伸長率為240%。

隨著O-Ring橫截面直徑的降低，O-Ring的拉斷伸長率降低。在實際的防水測試中，O-Ring的密封壓縮量越大，防水性能越好。因此，在實際轉(zhuǎn)配手表的過程中，根據(jù)實際需要，應(yīng)選擇彈性好，橫截面積大的O-Ring。

表1　O-Ring實驗室條件下的拉斷伸長率數(shù)據(jù)

2.3O-Ring的人工汗腐蝕試驗

暴露于自然環(huán)境中使用的橡膠材料，會受到空氣中水分或其他條件的影響，如在鹽污地區(qū)，極易受到鹽霧的影響，因而進行老化研究，分析此種條件下的老化性能成為必須[3]。將O-Ring進行了人工汗腐蝕試驗48h，O-Ring表面沒有變色、腐蝕和長霉現(xiàn)象。

表2為O-Ring人工汗腐蝕試驗后的拉斷伸長率和老化系數(shù)數(shù)據(jù)。從表2可以看出，人工汗腐蝕試驗48h后，排除實驗誤差(數(shù)據(jù)誤差不超過10%)，O-Ring的拉斷伸長率變化不大，E≈1。由此可見，此O-Ring的耐人工汗腐蝕性能較好，可長期使用而不喪失性能。

表2　O-Ring人工汗腐蝕試驗后的老化系數(shù)數(shù)據(jù)

2.4O-Ring的極限冷凍試驗

在中國的北部地區(qū)，冬季的氣溫會低至零下30℃～40℃左右[4]，而O-Ring做為手表的密封圈，必須具備在此溫度甚至更加惡劣的環(huán)境下，不喪失其性能的性能，因此，極限冷凍試驗在檢測中是必須的。

本試驗試樣彼此之間的距離≥10mm，距離恒溫箱壁距離≥100mm，在-30℃的條件下冷凍24h后，迅速取出試樣，O-Ring并沒有出現(xiàn)硬化、變色和龜裂現(xiàn)象。

表3為O-Ring極限冷凍試驗后的拉斷伸長率和冷凍老化系數(shù)的試驗數(shù)據(jù)。從表中可以看出，冷凍試驗前后的拉斷伸長率變化不大，E≈1。由此可見，此O-Ring具有較好的抗冷凍性能，可在低溫條件下使用，而不喪失其性能。

表3　O-Ring極限冷凍試驗后的老化系數(shù)數(shù)據(jù)

2.5O-Ring的濕熱老化試驗

在中國的南部地區(qū)，高溫高濕使材料腐蝕老化，是一切材料的天敵，O-Ring應(yīng)具備在此環(huán)境甚至更加惡劣的環(huán)境下，可正常使用的性能。本試驗參考國家標準GB/T 15905-1995《硫化橡膠濕熱老化試驗方法》[5]，在(70±2)℃、相對濕度為(95±2)%的條件下進行加速老化試驗。

表4為O-Ring濕熱老化試驗后的老化系數(shù)數(shù)據(jù)。從表4 可以看出，經(jīng)過(70±2)℃、相對濕度為(95±2)%的條件下老化120h后，O-Ring的拉斷伸長率較試驗前變化不大，E≈1，其性能并未喪失，仍保持正常。可見O-Ring具有較好的耐濕熱性能，可在潮濕高溫的條件下使用，而不喪失其性能。

表4　O-Ring濕熱老化試驗后的老化系數(shù)數(shù)據(jù)

2.6O-Ring的熱老化試驗

熱老化性能較差是橡膠的通病，本試驗根據(jù)國家標準GB 3512-83《橡膠熱空氣老化試驗方法》[6]，將O-Ring置于140℃的環(huán)境中48h，試驗結(jié)束后，發(fā)現(xiàn)三種尺寸的O-Ring均出現(xiàn)較為嚴重的硬化現(xiàn)象，其拉斷伸長率較試驗前大幅下降，E均在0.1左右，見表5。說明在此條件下，O-Ring完全喪失了彈性和密封性，因此，作為橡膠材料，并不能擺脫其耐熱性差的缺點，在高溫下迅速老化，并喪失其性能。

因此，O-Ring作為橡膠材料，不能在高溫下使用，不建議高溫作業(yè)人員使用以O(shè)-Ring作為密封材料的手表，長期在大于60℃的條件下使用，會使O-Ring的性能喪失，失去其原有的密封性能。

表5　O-Ring熱老化試驗后的老化系數(shù)數(shù)據(jù)

3結(jié)論

(1)手表行業(yè)目前使用的D25d0.6的O-Ring拉斷伸長率為333%，D25d0.5的O-Ring拉斷伸長率為300%，D25d0.4的O-Ring拉斷伸長率為240%，有較好的彈性伸長率，并且隨著O-Ring橫截面直徑的降低，O-Ring的拉斷伸長率降低。

(2)手表行業(yè)目前使用的O-Ring經(jīng)過人工汗腐蝕試驗48h，極限冷凍試驗-30℃×24h，以及濕熱老化試驗(70℃，相對濕度95%)120h后，其表面均沒有變色、腐蝕和長霉現(xiàn)象，拉斷伸長率較試驗前變化不大，E≈1，有較好的耐人工汗腐蝕、耐冷凍及耐濕熱性能。

(3)手表行業(yè)目前使用的O-Ring經(jīng)過熱老化試驗140℃×48h后，O-Ring均出現(xiàn)較為嚴重的硬化現(xiàn)象，拉斷伸長率大幅降低，其密封性能喪失。

(4)以此O-Ring作為密封材料的手表，不建議高溫作業(yè)人員在高溫環(huán)境下使用，長期在大于60℃的條件下使用，會使O-Ring的性能喪失，失去其原有的密封性能。

目前，國內(nèi)外知名的手表生產(chǎn)廠家，均在生產(chǎn)高度防水的手表，30m防水，100m防水，甚至有國外廠家的某些產(chǎn)品的防水性能更高。人們的生活離不開水，而密封圈(O-Ring)作為手表防水性能好壞的重要配件，其性能的優(yōu)劣，直接關(guān)系到手表的使用價值及品位。因此，新型的高度防水密封圈材料的開發(fā)和研究，必將成為未來的重要研究對象。

參考文獻

[1] 梁璐.兩展合一合力提升中國鐘表產(chǎn)業(yè)[J].鐘表，2010，41(4)：68-72.

[2] 王東祥.創(chuàng)造鐘表的藝術(shù)之美[J].鐘表，2011(1)：15.

[3] 王思靜，熊金平，左禹.橡膠老化機理與研究方法進展[J].合成材料老化與應(yīng)用，2009，38(2)：23-33.

[4] 王菱，謝賢群，蘇文，等.中國北方地區(qū)50年來最高和最低氣溫變化及其影響[J].自然資源學(xué)報，2004，19(3)：337-342.

[5] GB/T 15905-1995 硫化橡膠濕熱老化試驗方法[S].

[6] GB 3512-83 橡膠熱空氣老化試驗方法[S].

中圖分類號：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