C-Set:密封材料选取中一定要看的参数

在电子产品设计当中,经常会遇到需要对机壳进行密封处理并选择密封材料的情况。笔者在工作中,发现不少的工程师在选择密封材料时,经常会关心这个材料硬度是多少,拉伸强度又是多少,弹性好不好,却忽视了最应该关心的一个参数:C-Set。可以说设计中绝大多数的密封失效都是因为C-Set参数的选择不当引起的。

C-Set是Compression Set的缩写,在所有密封材料的规格书上都有此参数,其中文意思为压缩形变,其值为一百分数。也有一些材料的规格书上将此参数写作Compression Set Resistance,即压缩形变抵抗。实际上,就材料的测试和使用方式来说, C-Set对应的应该是压缩永久变形,Compression Set Resistance对应的则是材料抵抗永久变形的能力。简单的说,当C-Set值为0时,材料在测试条件下,不会产生永久变形,意即材料在压缩测试前是什么形状,测试后就能恢复什么形状。而当C-Set值为100%时,材料在测试条件下产生变形后,将永久保持在变形后的形态。

C-Set的重要性

为什么我们说C-Set参数重要呢?这是因为密封材料在受压后,如果不能在密封材料和电子产品机壳之间产生一定的力,就不能达到密封的效果了。下面我们以一个简单的O型密封圈为例,来说明此参数的作用。

  • O型密封圈自然放置于底壳槽内
oring静置于密封槽中

 

  • 上盖装配好过后,压缩O型密封圈
密封圈被压缩

 

  • 移除上盖后,发现O型密封圈由圆形变为椭圆形,即不能完全恢复到压缩前的形状
移除上盖后的密封圈形状

 

  • O型密封圈压缩前和压缩后比较
O型密封圈压缩前和压缩后比较

在上面的例子当中,所选的O型密封圈材料的C-Set值越大,其永久变形高度就会越大,而永久变形高度越大,O型密封圈与机壳之间的用于密封的力就会越小,C-Set大到一定的程度,O型密封圈在装配后就不会产生任何的密封作用了。

C-Set测试方法

根据ASTM D395标准,C-Set参数有两种测试方法,分别是Compression set A和Compression set B.

Compression set A 测试方法

Compression set A的正式名称应该是Compression set under constant force in air,即在一定的温度条件下,在一定的时间范围内,给被测试试样施加一持续的力,然后移除此压力,在30分钟后测量此试样的厚度尺寸,如下图所示。

C-Set测试方法A

Compression set A 计算公式如下:

计算公式A

式中,to为压缩前的试样厚度,ti为移除压力30分钟后测试所得的试样厚度。

Compression set B测试方法

Compression set B的正式名称应该是compression set under constant deflection in air,即在一定的温度条件下,在一定的时间范围内,对试样施加一定的变形量,然后在移除对试样所施加的变形后,30分钟后测量此试样的厚度尺寸,如下图所示。通常,对试样施加的变形量为75%。

C-Set测试方法B

Compression set B 计算公式如下:

计算公式B


式中,tn为试样测试中的厚度。