彈性體壓縮永久變形

彈性體的壓縮永久變形是墊片、密封和橡膠零件的關鍵性能指標。它是彈性體（橡膠狀材料）、泡沫材料和軟聚合物最重要的性能特徵之一。它衡量的是材料在長時間壓縮後釋放時剩餘的永久變形。簡而言之，它表明材料在壓縮後恢復到原始形狀的能力強弱。

此特性在 O 型環、墊片、密封元件、緩衝泡棉以及任何需要在持續壓縮下保持密封強度或柔韌性的零件等應用中尤其重要。

當彈性體受到壓縮時（例如，O形圈被壓縮在兩個表面之間），其聚合物鍊和交聯點會發生重排。隨著時間的推移（尤其是在高溫、長時間暴露或化學作用下），其中一些變化會變成永久性的。當壓縮力移除後，材料無法完全恢復到原始狀態。

壓縮永久變形

• 零壓縮永久變形代表著極佳的恢復性能。材料能夠完全恢復到其原始厚度（理想情況下，但在實際長期使用中很少見）。
• 100%壓縮後，材料無法從永久變形中恢復。材料將保持壓縮後的厚度（完全不適用於密封）。

良好的密封材料在標準測試條件下表現出 10-30% 的永久變形；數值越高，表示其長期性能越差。

最常用的公式見於「ASTM D395 橡膠性能－永久壓縮變形標準試驗方法」標準中的B方法。百分比越低，彈性恢復效能越好。

壓縮永久變形是物理和化學過程共同作用的結果：

• 物理鬆弛：聚合物鍊與結在張力作用下的重新排列。
• 化學變化：在高溫下，拉伸狀態下可能會形成額外的交聯（鎖定變形），或現有的交聯可能會斷裂（鏈斷裂）。
• 應力鬆弛與蠕變：相關但不同：應力鬆弛是指在恆定變形下力的損失，蠕變是指在恆定力下變形的增加。壓縮永久變形反映了卸載後產生的淨永久效應。

加劇壓縮性永久變形的因素包括：

• 高溫（加速化學變化）
• 長時間壓縮
• 過度壓縮（超過建議的壓縮量，例如，許多 O 型環的建議壓縮量至少為 30%）
• 材料選擇不當或固化不充分
• 接觸液體、臭氧或氧氣。

測定彈性體壓縮永久變形的主要標準是 ASTM D395。該標準描述了兩種方法：

• 方法A 恆力
• 方法 B 恆定偏差（較適用於彈性體）

通常將樣品壓縮至 25% 的壓力，並在特定溫度（例如 70 度、100 度或 150 度）下保持 22-70 小時，然後在恢復期後釋放並進行測量。

其他標準包括「ISO 815-1 硫化橡膠或熱塑性橡膠 - 壓縮下永久變形的測定」以及類似的泡沫材料方法。

材料的性能差異很大：

• 優良（低固含量）：氟橡膠、某些矽橡膠、高性能全氟橡膠。
• 優質材料：EPDM、丁腈橡膠 (NBR)、氫化丁腈橡膠 (HNBR)、一些優質矽膠。
• 中高硬度：天然橡膠、基本矽膠、一些熱塑性彈性體。
• 較弱：交聯密度低的材料或硫化不充分的化合物。

例如，在高溫密封中，氟橡膠在 150 度下放置 70 小時後，其固化度通常不到 20%，而天然橡膠的固化度可超過 50-80%。

同時，高壓縮永久變形會使O型圈或墊片變扁，降低接觸力，並在部件移動或振動時發生洩漏。泡棉墊片會失去厚度並形成空隙。對於長期靜態使用的墊片，應選擇壓縮永久變形低的材料，避免過高的壓縮百分比，並考慮溫度下降的影響。

壓縮永久變形是評估彈性體（例如橡膠、矽橡膠和氟橡膠）在實際應用中性能時最關鍵的特性之一。它直接決定了諸如O型圈、墊片、密封元件或緩衝墊之類的部件能否在持續壓縮下可靠運行數月甚至數年，還是會過早失效。

這項功能如此重要的主要原因如下：

• 它控制長期密封性能：彈性體密封件依靠彈性恢復來維持與配合面之間的恆定接觸壓力（密封力）。當壓縮永久變形較小時，材料會恢復到接近其原始形狀，從而長時間保持對液體、氣體、粉塵或壓力的有效密封。
• 它能預測材料在高溫長時間環境下的實際耐久性：大多數壓縮永久變形測試都是在高溫下持續數小時進行的。高溫會加速變形：
• 在拉伸（壓縮）狀態下增加交叉支撐（鎖定變形）
• 鏈斷裂或張力鬆弛（永久性彈性喪失）
• 對安全性、可靠性和成本的直接影響：高壓縮永久變形會導致以下失效模式：
• 液體/氣體洩漏（液壓系統、燃料管路、化學加工、生物製藥、食品和飲料）
• 污染物侵入（電子產品外殼、汽車、醫療設備）
• 壓力損失（氣動系統、閥門）
• 減少振動阻尼或緩衝（泡棉密封件、緊固件）

總之，壓縮永久變形至關重要，因為它表明彈性體在長時間壓縮後是否會失去彈性。在密封應用中，彈性的喪失往往意味著密封失效。壓迫永久變形是指彈性體在持續載重作用下失去彈性記憶。為了確保墊片和柔性部件的可靠性和持久性能，選擇壓縮永久變形低的材料至關重要。

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