某型精密设备包装箱橡胶密封条的改进研究

2021-02-26贺漫

橡塑资源利用 2021年6期

关键词：气密包装箱密封条

贺漫

某型精密设备包装箱橡胶密封条的改进研究

贺漫

（山东省青岛市,266000）

橡胶密封条是包装箱密封的关键，本文针对已有包装箱密封胶条寿命短、密封性能不佳的问题，对已有的密封胶条材料和结构进行了改进，研究一种新型结构橡胶密封条，满足包装箱长期贮运时的气密要求。

包装箱；橡胶密封条；改进

0 引言

精密设备贮存时要求环境温湿度保持在合理范围内，其日常贮存普遍使用专用包装箱。包装箱内储存精密设备时，箱内一般充入干燥的氮气或空气。包装箱气密指标不合格，会导致贮存期内包装箱漏气，致使环境中湿气或霉菌等不利因素进入箱体，导致内装精密设备寿命下降或性能降低。

包装箱主要有上、下开盖和端开盖两种结构形式，与端开盖结构的包装箱相比，上、下开盖结构的包装箱，产品进、出包装箱操作方便，占用场地小，但是，由于箱口密封面大，包装箱密封比较困难。本文主要研究橡胶密封条在上、下开盖包装箱箱口平面密封的改进。

1 包装箱箱口常见密封胶条结构

包装箱箱口密封橡胶密封条主要有“P”型橡胶密封条、“O”型橡胶密封条、复合橡胶密封条等形式，见图1。“O”型橡胶密封条与箱口固定采用粘接剂粘接，后两种橡胶密封条与箱口固定采用机械连接方式。

“P”型橡胶密封条结构简单，一些包装箱箱口采用此种密封结构，如俄罗斯的施基利包装箱。包装箱合箱后，上、下箱口均为平面，不能限制“P”型橡胶密封条的变形方向，胶条上下部位受力相等，但接触面积不同，胶条上下变形量不同，容易导致气体从胶条底部泄漏。

“O”型橡胶密封条为常见密封形式。在下箱口加工密封凹槽，“O”型橡胶密封条镶嵌或粘接在密封凹槽内。此种形式密封可靠，但对密封凹槽的加工精度要求高，在大型的箱口面加工密封凹槽较为困难，很难达到气密要求的尺寸精度及表面粗糙度。实际使用过程中，“O”型橡胶密封条的气密效果不理想。

复合橡胶密封条由密封体、密封环两部分组成。密封体顶部为燕尾槽结构，底部有3处R2突起，密封环截面为圆柱形，镶嵌在密封体燕尾槽內，包装箱密封时，密封体的燕尾槽抑制密封环的变形，从而对上箱口面起到密封作用，密封体底部R2突起对下箱口面起到密封作用。密封体采用耐老化性、耐臭氧性、耐候性、耐热性好的三元乙丙橡胶制作，密封环采用回弹性好，永久变形量小的天然橡胶制作。

复合橡胶密封条使用初期密封效果较好，随着使用时间延长，密封性能下降。主要存在两方面问题：1）由于密封环采用天然橡胶，天然橡胶的贮存期一般为2～3年，使用过程中密封环弹性下降，压缩变形率大，不能满足包装箱橡胶密封条5～6年更换一次的要求；2）使用过程中密封环发粘，开箱时密封环局部与上箱口平面粘接，导致密封环与密封体分离，密封环发生塑性变形，影响密封效果。

图1 包装箱箱口常见密封结构

2 橡胶密封条改型设计

2.1 橡胶密封条材料的选用

随着精密设备可靠性不断提高，贮存寿命越来越长，其寿命周期内免维护管理也越来越重要，为此对包装箱密封寿命提出了更高的要求。现有包装箱橡胶密封条一般要求贮存寿命为5～6年，随着包装箱要求的不断提高，要求密封条寿命达到10年甚至更长，原复合橡胶密封条密封体材料为三元乙丙橡胶，贮存寿命能够达到6年以上，橡胶密封条长期处在压缩状态，乙丙橡胶压缩永久变形较大，无法保证其长期密封；密封环材料为改性天然橡胶，易老化，使用寿命较低[1]。

硅橡胶具有高强度、寿命长、低压变、耐老化等优良性能[2]，已广泛应用于社会生产生活中的各个领域，尤其在国防建设、尖端科技发展等领域发挥着不可替代的作用。郑有婧根据国家标准GB/T 20028-2005《硫化橡胶或热塑性橡胶应用阿累尼乌斯图推算寿命和最高使用温度》[3]中寿命的方法用试验预测硅橡胶寿命为15至16年[4]。基于硅橡胶优良性能，将密封条材料更换为硅橡胶。

硬度选择：橡胶密封条使用过程中长时间受挤压，易出现裂纹、变形及回弹力下降，因此须提高材料拉伸强度、降低永久变形。硅橡胶硬度可在20°～90°范围内调整，但通常在40°～60°综合物性的平衡最好。因此，选择硅橡胶密封条硬度为50°±5。

根据硫化硅橡胶的典型性能，确定硅橡胶的物理机械性能，见表1。

表1 胶料理化性能指标

2.2 橡胶密封条结构设计

由原先复合密封条分体式结构更改为一体结构，确保包装箱在开箱过程中不会使密封环与密封体分离。密封条下密封面沿用原密封条结构，但将3道密封线改为4道，提高气密效果，上密封面设计2道密封，包装箱关闭时形成2道密封，确保其气密性。为减小密封条压缩力，提高密封条的自适应性，密封条为中空结构。原复合密封条及改型后的密封条分别见图2、图3。

图2 原复合密封条截面图

图3 改型后橡胶密封条截面图

2.3 改型后工作原理

密封条受压时，上，下密封面先开始压缩，形成多道密封面确保其气密性，设计上密封面齿高2.5mm，下密封面齿高2mm，锯齿形密封面通常压缩量为齿高度的一半，压缩量在2.25mm左右。

当包装箱关闭后压缩量大于产品密封齿的压缩量，开始压缩产品内部压缩孔，由于中空结构，孔容易产生变形，使其满足压缩量要求，产品结构改变，增加其密封性能。产品结构变形可以减小材料本身承受压力，确保长时间受压时密封可靠。密封条工作状态示意图见图4。

图4 密封条工作状态示意图

3 橡胶密封条性能测试

3.1 胶料理化性能试验

橡胶密封条胶料按照相关标准制作试样，进行各项理化性能试验，检测结果见表2，满足技术要求。

3.2 橡胶密封条试样压缩永久变形试验

压缩永久变形是衡量密封材料贮存老化性能的考核指标[5]。试验截取一段橡胶密封条试样，采用专用工装，将橡胶密封条按照在包装箱上的安装方式进行固定，沿高度方向压缩25%，在70℃烘箱保温48h，冷却后测量橡胶密封条永久变形量。橡胶密封条气密状态下，压缩量一般为15%～25%，实测橡胶密封条的最大变形量为6%，满足气密要求。