油箱外胶垫断裂失效分析   

0 引言

某型飞机上安装于油箱外的牌号为5870的丁腈橡胶密封胶垫，在使用过程中胶垫突然发生断裂[1-6]，油箱内的胶垫未发现异常，胶垫使用时间约两年。

本文通过对故障胶垫表面进行了宏观检查，对胶垫断口进行了宏微观观察，对胶垫进行了厚度测量和红外光谱分析，在以上试验的基础上对胶垫断裂性质和原因进行了分析。

1 试验结果与分析

1.1 外观观察

故障密封胶垫存在一处断裂，位于两个安装孔之间的中间位置（远离安装孔的位置），胶垫没有明显扭转、偏斜等变形迹象，见图1。断裂位置的A面表面存在弧形摩擦损伤痕迹，断裂处于损伤区的中间位置，见图2。检查胶垫的其它区域则未见明显摩擦损伤痕迹。

1.2  表面形貌宏观和微观观察

从体视显微镜可以看出，密封垫断裂区的A面存在明显的摩擦损伤痕迹和大量长约2mm的相互平行的裂纹，为典型的应力老化裂纹，对应区的B面未见明显摩擦损伤，小裂纹的数量少，尺寸也明显较短 ，见图3和图4。胶垫的摩擦损伤区发生了应力老化。

没有摩擦损伤的区域未见明显应力老化裂纹，安装孔未见明显变形与撕裂，见图5和图6。

1.3  断口形貌观察

扫描电镜下对断口进行了观察，断口较为平齐，起源于右侧的老化裂纹，向左侧扩展，过载断裂，源区未见明显机械损伤痕迹，但表面可见析出的固体粉末形貌，进一步表明材料已发生老化，见图7。

1.4  红外光谱测试

对胶垫进行了红外光谱测试，见图8。从故障胶垫的红外光谱的特征吸收峰判断，胶料为丁腈橡胶，未见明显异常。

图8  胶垫的红外光谱

1.5  厚度测量

对故障胶垫断裂和没有断裂的区域进行进行了厚度对比测试，见表1。结果显示故障胶垫不同区域厚度均1.83 mm左右，没有明显差异。结合形貌分析胶垫应没有明显受力不均的现象。

2 分析与讨论

胶垫断裂起源于应力老化裂纹，断裂主要是由于胶垫老化后强度不足造成的。

胶垫的胶料成分和厚度检查未见明显异常，没有明显材料错用以及局部受力不均的现象存在。胶垫断裂区存在明显的摩擦损伤，存在摩擦损伤的区域存在大量的平行小裂纹，摩擦损伤的区域发生了应力老化。没有摩擦损伤的区域为见明显应力老化裂纹，分析摩擦损伤是导致应力老化的主要原因。

综上所述，密封胶垫局部存在摩擦损伤，促进了材料的老化，从而导致局部强度不足，进而发生了断裂。

3 结论与建议

（1）胶垫断裂为过载断裂；

（2）断裂起源于应力老化裂纹，断裂主要是由于胶垫老化后强度不足造成的；

（3）胶垫老化为局部区域的应力老化，发生应力老化的区域存在明显摩擦损伤，即摩擦损伤是导致应力老化的主要原因。

参考文献：

[1] 张杰，赵洲峰，周宇通等.电气设备橡胶密封圈失效分析.橡胶工业[J]，2024，（8），604-609.

[2] 袁朝俊.橡胶密封圈失效及裂纹形成原因分析.企业科技与发展[J]，2023，（6），94-96.

[3] 史亚卜（编译）.橡胶制品失效分析时需考虑的因素.橡胶参考资料[J]，2023，（2），35-42.

[4] 杨林，林万洲，胡吉等.浮动唇形橡胶密封圈失效分析.天然气与石油[J]，2021，（6），127-131.

[5] 毕忠华，孙黎，高梅.某型橡胶薄膜失效分析研究.特种橡胶制品[J]，2020，（4），37-40.

[6] 任欣.橡胶密封圈的失效分析及预防.数字化用户[J]，2019，（11）， 247.

作者简介

姓名：张鹏、出生年月：1991年02月19日、性别：男、民族：汉、单位：凌云科技集团有限责任公司、职称：理化检验工程师、学历：本科、研究方向：主要从事航空材料理化检测及故障件失效分析工作、