不同材质的O型圈优缺点及其使用范围
一、O型圈概述
1、O型圈定义
O型圈(O-rings)是一种截面为圆形的橡胶密封圈，因其截面为O型，故称其为O型密封圈，也叫O型圈。开始出现在19世纪中叶，当时用它作蒸汽机汽缸的密封元件。
2、O型圈适用范围
O型密封圈适用于装在各种机械设备上，在规定的温度、压力、以及不同的液体和气体介质中，于静止或运动状态下起密封作用。在机床、船舶、汽车、航空航天设备、冶金机械、化工机械、工程机械、建筑机械、矿山机械、石油机械、塑料机械、农业机械、以及各类仪器仪表上，大量应用着各种类型的密封元件。
O型密封圈主要用于静密封和往复运动密封。用于旋转运动密封时，仅限于低速回转密封装置。O型密封圈一般安装在外圆或内圆上截面为矩形的沟槽内起密封作用。
O型密封圈在耐油、酸碱、磨、化学侵蚀等环境依然起到良好密封、减震作用。
因此，O型密封圈是液压与气压传动系统中使用最广泛的一种密封件。
3、O型圈的优势
O型密封圈与其他型式密封圈比较，具有以下优点：
（1）适合多种密封形式：静态密封、动态密封。
（2）适合各种用途材料，尺寸和沟槽都已标准化，互换性强。
（3）适合多种运动方式：旋转运动、轴向往复运动或组合运动(例如旋转往复组合运动)。
（4）适合多种不同的密封介质：油、水、气、化学介质或其它混合介质。
（5）通过选用合适的橡胶材料和适当的配方设计，实现对油、水、空气、煤气及各种化学介质有效的密封作用。温度使用范围广(-60℃～+220℃)，固定使用时压力可达1500Kg/cm2(与补强环并用 )。
（6）设计简单，结构小巧，装拆方便
4、O形圈断面结构极其简单，且有自密封作用，密封性能可靠。
由于O形圈本身及安装部位结构都极其简单，且已形成标准化，因此安装更换都非常容易。
（1）材料品种多
可以根据不同的流体进行选择：有丁腈橡胶(NBR)、氟橡胶(FKM)、硅橡胶(VMQ)、乙丙橡胶(EPDM)、氯丁橡胶(CR)、丁基橡胶(BU)、聚四氟乙烯(PTFE)、天然橡胶(NR)等
（2）成本低廉
（3）动摩擦阻力比较小
二、O型圈的表示方法
1、GB/T342.1的表示方法
内径d1×线径d2 。
执行国标 GB3452.1
比如：O形圈 20*2.4，Ⅱ-2 GB1235-XX中，20代表大圈内径为20毫米，2.4代表胶圈的截面直径是2.4毫米，Ⅱ-2代表使用的橡胶种类，GB1235代表的是标准号，XX代表的是标准公布年代。
2、GB/T3452.1-2005的表示方法。
比如：O形圈 7.5×1.8-G-N ，
7.5——内径
1.8——断面直径
G——系列
N——等级
3、材料采用HG/T2579-2008的方法。
4、JB/T7757.2-2006机械密封用O形圈的表示方法。
比如：O形圈 7.5×1.8-G-N，
7.5——内径
1.8——断面直径
G——系列
N——等级
材料：P——丁腈橡胶，
E——三元乙丙橡胶等。
三、O型圈材质分类对照及优缺点：
1、天然橡胶 NR
(Natural Rubber) 由橡胶树采集胶乳制成，是异戊二烯的聚合物。具有很好的耐磨性、很高的弹性、扯断强度及伸长率。在空气中易老化，遇热变黏，在矿物油或汽油中易膨胀和溶解，耐碱但不耐强酸。是制作胶带、胶管、胶鞋的原料，并适用于制作减震零件、在汽车刹车油、乙醇等带氢氧根的液体中使用的制品。
2、丁苯胶 SBR
(Styrene Butadiene Copolyme) 丁二烯与苯乙烯之共聚合物，与天然胶比较，质量均匀，异物少，但机械强度则较弱，可与天然胶掺合使用。
（1）优点：
· 低成本的非抗油性材质。
· 良好的抗水性，硬度 70 以下具良好弹力。
· 高硬度时具较差的压缩歪。
· 可使用大部份中性的化学物质及干性、滋性的有机酮。
（2）缺点：
· 不建议使用强酸、臭氧、油类、油酯和脂肪及大部份的碳氢化合物之中。
· 广用于轮胎业、鞋业、布业及输送带行业等。
3、丁基橡胶 IIR
(Butyl Rubber) 为异丁烯与少量 isoprenes 聚合而成，保有少量不饱合基供加硫用，因甲基的立体障碍分子的运动比其它聚合物少，故气体透过性较少，对热、日光、臭氧之抵抗性大，电器绝缘性佳;对极性溶剂如醇、酮、酯等抵抗大，一般使用温度范围为-54~110℃。
（1）优点：
· 对大部份一般气体具不渗透性。
· 对阳光及臭氧具良好的抵抗性。
· 可暴露于动物或植物油或是可氧化的化学物中。
（2）缺点：
· 不建议与石油溶剂，胶煤油和芳氢同时使用。
· 用于制作耐化学药品、真空设备的橡胶零件。
4、氢化丁睛胶 HNBR
(Hydrogenate Nitrile) 氢化丁睛胶为丁睛胶中经由氢化后去除部份双链，经氢化后其耐温性、耐候性比一般丁睛橡胶提高很多，耐油性与一般丁睛胶相近。一般使用温度范围为 -25~150℃。
（1）优点：
· 较丁睛胶拥有较佳的抗磨性。
· 具极佳的抗蚀、抗张、抗撕和压缩歪的特性。
· 在臭氧、阳光及其它的大气状况下具良好的抵抗性。
· 一般来说适用于洗衣或洗碗的清洗剂中。
（2）缺点：
· 不建议使用于醇类，酯类或是芳香族的溶液之中。
· 空调制冷业，广泛用于环保冷媒 R134a 系统中的密封件。
· 汽车发动机系统密封件。
5、乙丙胶 EPDM
(Ethylene propylene Rubber) 由乙烯及丙烯共聚合而成主链不合双链，因此耐热性、耐老化性、耐臭氧性、安定性均非常优秀，但无法硫磺加硫。为解决此问题，在EP主链上导入少量有双链之第三成份而可硫磺加硫即成EPDM ，一般使用温度范围为-50~150℃。对极性溶剂如醇、酮、乙二醇及磷酸脂类液压油抵抗性极佳。
（1）优点：
· 具良好抗候性及抗臭氧性。
· 具极佳的抗水性及抗化学物。
· 可使用醇类及酮类。
· 耐高温蒸气，对气体具良好的不渗透性。
（2）缺点：
· 不建议用于食品用途或是暴露于芳香氢之中。
· 高温水蒸汽环境之密封件。
· 卫浴设备密封件或零件。
· 制动 ( 刹车 ) 系统中的橡胶零件。
· 散热器 ( 汽车水箱 ) 中的密封件。
6、丁睛胶 NBR
(Nitrile Rubber) 由丙烯睛与丁二烯共聚合而成，丙烯睛含量由18%~50% ，丙烯睛含量愈高，对石化油品碳氢燃料油之抵抗性愈好，但低温性能则变差，一般使用温度范围为 -25~100 ℃。丁睛胶为目前油封及O型圈最常用之橡胶之一。
（1）优点：
· 具良好的抗油、抗水、抗溶剂及抗高压油的特性。
· 具良好的压缩歪，抗磨及伸长力。
（2）缺点：
· 不适合用于极性溶剂之中，例如酮类、臭氧、硝基烃， MEK和氯仿。
· 用于制作燃油箱、润滑油箱以及在石油系液压油、汽油、水、硅润滑脂、硅油、二酯系润滑油、甘醇系液压油等流体介质中使用的橡胶零件，特别是密封零件。可说是目前用途最广、成本最低的橡胶密封件。
7、氯丁胶 CR
(Neoprene 、 Polychloroprene) 由氯丁烯单体聚合而成。硫化后的橡胶弹性耐磨性好，不怕阳光的直接照射，有特别好的耐大气老化性能，不怕激烈的扭曲，不怕二氯二氟甲烷和氨等制冷剂，耐稀酸、耐硅酯系润滑油，但不耐磷酸酯系液压油。在低温时易结晶、硬化，贮存稳定性差，在苯胺点低的矿物油中膨胀量大。一般使用温度范围为-50~150℃
（1）优点：
· 弹性良好及具良好的压缩变形。
· 配方内不含硫磺因此非常容易来制作。
· 具抗动物及植物油的特性。
· 不会因中性化学物，酯肪、油脂、多种油品，溶剂而影响物性。
· 具防燃特性。
（2）缺点：
· 不建议使用强酸、硝基烃、酯类、氯仿及酮类的化学物之中。
· 耐 R12 制冷剂的密封件。
· 家电用品上的橡胶零件或密封件。
· 适合用来制作各种直接接触大气、阳光、臭氧的零件。
· 适用于各种耐燃、耐化学腐蚀的橡胶制品。
8、氯磺化聚乙烯胶 CSM
(Hypalon 、 Polyethylene) 氯磺化聚乙烯为杜邦公司专利的合成橡胶。耐热性、耐候性、耐臭氧性均佳;耐酸性也佳，常用于耐氧化性药品(硝酸、硫酸)之处，一般使用温度范围为 -45~120℃。
（1）优点：
· 对臭氧、氧化及火焰都有不错的抵抗性。
· 物性和氯丁胶相似且拥有较佳的抗酸性。
· 极佳的抗磨蚀性。
· 拥有和丁睛胶相同的低磨擦表面。
· 对于油剂及溶剂的抵抗性介于丁睛胶及氯丁胶之间。
· 建议使用水中来防渗漏。
（2）缺点：
· 不建议暴露于浓缩的氧化酸、硝基烃、酯类、酮类及芬香氢。
9、硅橡胶 SI
(Silicone Rubber) 硅胶主链由硅 (-si-o-si) 结合而成。具有极佳的耐热、耐寒、耐臭氧、耐大气老化。有很好的电绝缘性能。抗拉力强度较一般橡胶差且不具耐油性。
（1）优点：
· 经调制配方后抗张强度可达1500PSI及抗撕裂性可达88LBS
· 弹性良好及具有良好的压缩歪
· 对中性溶剂具有良好的抵抗性
· 具极佳的抗热性
· 具极佳的抗寒性
· 对于臭氧及氧化物的侵蚀具极佳的抵抗性
· 极佳的电绝缘性能
· 隔热、散热性佳
（2）缺点：
· 不建议使用于大部份浓缩的溶剂、油品、浓缩酸及经稀释后的氢氧化钠之中。
· 家用电器行业所使用的密封件或橡胶零件，如电热壶、电烫斗、微波炉内的橡胶零件。
· 电子行业的密封件或橡胶零件，如手机按键、DVD 内的减震垫、电缆线接头内的密封件等。
· 与人体有接触的各式用品上的密封件，如水壶、饮水机等。
10、硅氟橡胶 FLS
(Fluorinated Silicone Rubber) 硅氟橡胶为硅橡胶经氟化处理，其一般性能兼具有氟橡胶及硅橡胶的优点;其耐油、耐溶剂、耐燃料油及耐高低温性均佳，一般使用温度为 -50~200℃。
（1）优点：
· 适用于特别用途，如要求能抗含氧的化学物、含芳香氢的溶剂及含氯的溶剂的侵蚀。
（2）缺点：
· 不建议暴露于煞车油，酮类及胼的溶液中。
· 太空机件上。
11、氟橡胶 FPM
(Fluoro Carbon Rubber) 分子内含氟之橡胶，依氟含量 ( 即单体构造 ) 而有各种类型。目前广用的六氟化系氟橡胶最早由杜邦公司以“Viton”商品名上市。耐高温性优于硅橡胶，有极佳的耐化学性、耐大部分油及溶剂(酮、酯类除外 )、耐候性及耐臭氧性;耐寒性则较不良，一般使用温度范围为 -20~250℃。特殊配方可耐低温至 -40℃。
（1）优点：
· 可抗热至 250 ℃
· 对于大部份油品及溶剂都具有抵抗的能力，尤其是所有的酸类、脂族烃、芳香烃及动植物油
（2）缺点：
· 不建议使用于酮类，低分子量的酯类及含硝的混合物。
· 汽车、机车、柴油发动机及燃料系统。
· 化工厂的密封件。
12、全氟橡胶FFPM
(Perfluoroelastomer)
（1）优点：
· 最佳耐热特性
· 优异的抗化学特性
· 低Outgassing 特性
· 优异之抗Plasma特性
（2）缺点：
· 耐低温特性较差
· 原料价格较高
· 生产难度较高
· 全氟系列产品广泛地运用于半导体产业及信息相关产业所运用,运用范围包含薄膜制程中之PVC,CVD及蚀刻制程及各种高真空密封制程。
13、丙烯酸酯橡胶ACM
(Polyacrylate Rubber)由Alkyl Ester Acrylate 为主成份聚合而成之弹性体，耐石化油、耐高温、耐候性均佳，在机械强度、压缩变形率及耐水性方面则较弱，比一般耐油胶稍差。一般使用温度范围为 -25~170℃。
（1）优点：
· 适用于汽车传动油之中
· 具良好的抗氧化及抗候性
· 具抗弯曲变型的功能
· 对油品有极佳的抵抗性
· 适用于汽车传动系统及动力方向盘之中
（2）缺点：
· 不适用于热水之中
· 不适用于煞车油之中
· 不具耐低温的功能
· 不适用于磷酸酯之中
· 汽车传动系统及动力系统密封件。
14、聚氨酯橡胶 PU
(Urethane Rubber) 聚氨酯橡胶机械物性相当好，高硬度、高弹性、耐磨耗性均是其它橡胶类所难相比;耐老化性、耐臭氧性、耐油性也相当好。一般使用温度范围为 -45~90℃。
（1）优点：
· 耐磨、耐高压
（2）缺点：
· 不耐高温
· 工业上耐高压、耐磨密封件，如液压缸密封件。
· 高压高荷电系统。
四、材料名称化学描述英文缩写英文别名
|
材料名称 |
化学描述 |
英文缩写 |
英文别名 |
|
丁腈胶 |
丙烯腈－丁二烯橡胶 |
NBR |
Buna-N |
|
氢丁腈胶 |
氢化丙烯腈－丁二烯橡胶 |
HNBR |
HNBR |
|
三元乙丙胶 |
乙烯－丙烯－二烯橡胶 |
EPDM |
EP,EPT,EPR |
|
氯丁二烯 |
氯丁二烯橡胶 |
CR |
Neoprene |
|
硅胶 |
硅树脂橡胶 |
WMQ |
PVMQ |
|
氟硅氧烷 |
氟硅酮橡胶 |
FVMQ |
FVMQ |
|
丙烯酸酯 |
丙烯酸酯橡胶 |
ACM |
ACM |
|
乙烯丙烯酸 |
乙烯－丙烯酸橡胶 |
AEM |
Vamac |
|
苯乙烯-丁二烯 |
苯乙烯-丁二烯橡胶 |
SBR |
SBR |
|
聚亚安酯 |
聚酯/聚醚氨酯 |
AU/Eu |
AU/EU |
|
天然橡胶 |
天然橡胶 |
NR |
NR |
|
苯乙烯-丁二烯 |
苯乙烯-丁二烯橡胶 |
SBR |
SBR |
五、O形圈的使用温度表
|
基本性质 |
NBR |
HNBR |
EPDM |
FKM |
CR |
ACM |
AEM |
SBR |
AU/EU |
VMQ |
FVMQ |
NR |
|
高温（标准，ºF） |
212 |
300 |
300 |
390 |
250 |
350 |
300 |
212 |
212 |
390 |
400 |
220 |
|
高温（特殊，ºF） |
250 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
480 |
- |
- |
|
低温（标准，ºF） |
-22 |
-22 |
-60 |
5 |
-40 |
0 |
-40 |
-40 |
-40 |
-65 |
-75 |
-60 |
|
低温（特殊，ºF） |
-60 |
-40 |
- |
-30 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
六、材料性能对比
1、O型圈材料的选择
用作O形圈的材料有丁腈橡胶、羧酸腈、氟橡胶、乙丙橡胶、氢化丁腈橡胶、硅橡胶、氯丁橡胶、氟硅橡胶、聚氨酯、氯醇橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶、天然橡胶、乙烯/乙丙酸橡胶、聚丙烯酸酯橡胶、全氟橡胶等等。
同样一种橡胶由于配方的不同，性能指标也有较大的变化。所以在材料栏中简单地填写丁腈橡胶或丁腈-40是不准确的。用于O形圈的材料化工部有专门的标准，如：HG/T 2579、HG/T 2021、HG/T 2333、HG/T 3089、HB 5290等。HG/T 2579专门去掉了材料的具体类别，只给出了材料的一些性能指标。
2、O形圈硬度的选择是比较重要的。如某电站水泵水轮机硬度为70(Shore)密封圈，常常剥落，甚至横向切断，后采用85～90(Shore)的密封圈，效果理想。
3、硬度低、安装方便，但容易出现剥落、安装损伤、挤出甚至压力爆炸。硬度过高、安装不方便。
4、通常O形圈硬度40～90IRHD，但在使用中一般70IRHD是比较合适的，对于硅橡胶是例外，一般使用60 IRHD。