ISO 51192023 弹性密封件的低温密封性能试验方法标准立项发展报告

弹性密封件的低温密封性能试验方法标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:LowTemperatureSealingCapabilityofElastomericSeals—TestMethods摘要随着航空航天、深海探测、极地科考、液化天然气储运及氢能装备等尖端技术的迅猛发展，弹性密封件在极端低温环境下的密封可靠性已成为制约重大装备安全运行的关键技术瓶颈。国际标准化组织（ISO）于2023年11月24日正式发布ISO5119:2023《弹性密封件的低温密封性能试验方法》，该标准为全球首个针对弹性密封件低温密封性能评价的统一国际试验方法标准，填补了该领域的标准空白，具有里程碑式的意义。本标准系统规定了弹性密封件在低温条件下密封能力的试验原理、试验装置、试验条件、试验程序及结果评定方法，适用于O形圈、垫片、油封及异形密封件等多种类型弹性密封制品的低温性能评价。本报告全面梳理了该标准的立项背景、编制历程、核心技术内容、主要参与单位及其行业影响，深入分析了标准在推动密封技术发展、保障极端环境装备安全运行以及促进国际贸易便利化方面的重要价值。报告指出，ISO5119:2023的发布将对我国密封行业的标准化建设和技术创新产生深远影响，为我国相关国家标准和行业标准的制修订提供重要技术参考。关键词：弹性密封件；低温密封性能；试验方法；国际标准；ISO5119；密封可靠性；极端环境AbstractWiththerapidadvancementofaerospace,deep-seaexploration,polarscientificresearch,liquefiednaturalgasstorageandtransportation,andhydrogenenergyequipment,thesealingreliabilityofelastomericsealsunderextremelow-temperatureenvironmentshasbecomeacriticaltechnicalbottleneckconstrainingthesafeoperationofmajorequipment.TheInternationalOrganizationforStandardization(ISO)officiallyreleasedISO5119:2023"Lowtemperaturesealingcapabilityofelastomericseals—Testmethods"onNovember24,2023,markingthefirstunifiedinternationalstandardforevaluatingthelow-temperaturesealingperformanceofelastomericseals,fillingthegapinthisfieldandrepresentingamilestoneachievement.Thisstandardsystematicallyspecifiesthetestprinciples,testapparatus,testconditions,testprocedures,andresultevaluationmethodsforthelow-temperaturesealingcapabilityofelastomericseals,applicabletovarioustypesofelastomericsealingproductsincludingO-rings,gaskets,oilseals,andspecial-shapedseals.Thisreportcomprehensivelyreviewstheprojectbackground,developmentprocess,coretechnicalcontent,mainparticipatingorganizations,andindustryimpactofthestandard,andprovidesin-depthanalysisofitssignificantvalueinpromotingsealingtechnologydevelopment,ensuringsafeoperationofequipmentinextremeenvironments,andfacilitatinginternationaltrade.ThereportpointsoutthatthereleaseofISO5119:2023willhaveprofoundimplicationsforthestandardizationdevelopmentandtechnologicalinnovationofChina'ssealingindustry,providingimportanttechnicalreferencesfortherevisionofrelevantnationalandindustrystandardsinChina.Keywords:Elastomericseals;Low-temperaturesealingcapability;Testmethods;Internationalstandards;ISO5119;Sealingreliability;Extremeenvironments一、引言1.1立项背景弹性密封件（ElastomericSeals）作为防止流体或气体泄漏的关键基础元件，广泛应用于航空航天、汽车制造、石油化工、机械装备、医疗器械及日用消费品等国民经济各个领域。据统计，全球弹性密封件市场规模已超过千亿美元，且随着高端装备制造业的快速发展，市场对密封件综合性能的要求持续提升。在众多影响密封性能的环境因素中，低温环境对弹性密封件性能的影响尤为显著。当温度降低时，弹性体材料会发生玻璃化转变，导致材料硬度增大、弹性降低、压缩永久变形增大，密封接触应力松弛加剧，从而引发密封失效。在典型的低温应用场景中——如航空液压系统在万米高空遭遇的−55℃工作环境、液化天然气储运装备的−162℃极端低温、极地科考设备的−70℃户外工况，以及航天运载火箭液氧/液氢推进剂系统的−253℃超低温环境——密封失效将直接导致灾难性安全事故。然而，在此标准发布之前，国际范围内缺乏统一的弹性密封件低温密封性能试验方法标准。各国和各行业仍依赖各自的内部试验方法和评价指标，导致不同实验室、不同制造商的测试结果缺乏可比性，严重制约了密封产品的国际贸易和技术交流。例如，美国汽车工程师学会（SAE）标准、德国工业标准（DIN）及中国国家标准（GB/T）中虽涉及低温试验，但在试验原理、试样形态、温度区间定义和性能判定准则上存在显著差异。因此，制定一项全球统一的弹性密封件低温密封性能试验方法国际标准，成为国际密封行业和标准化领域的迫切需求。1.2标准基本信息ISO5119:2023《弹性密封件的低温密封性能试验方法》由国际标准化组织（ISO）正式发布，发布日期为2023年11月24日。该标准采用电子版加密PDF格式发行，适用于各类弹性密封制品的低温密封性能评价。标准的技术归口单位为ISO/TC131（流体传动系统技术委员会），具体由SC7（密封装置分技术委员会）牵头组织制定。从国际标准分类法（ICS）的角度来看，该标准涉及23.040.80（管道和装置用密封件）和23.100.60（过滤、密封垫和流体杂质）两个分类领域。标准的发布标志着弹性密封件低温密封性能评价正式进入国际标准化轨道，为各国建立统一的低温密封性能测试方法和评价体系奠定了坚实基础。二、标准编制历程与技术路线2.1标准制定背景分析ISO5119:2023的制定工作于2020年前后正式启动，由ISO/TC131/SC7密封装置分技术委员会负责推进。该分技术委员会的秘书处由美国国家标准学会（ANSI）承担，中国、德国、日本、法国、英国等主要工业国家均派出了资深专家参与标准制定工作。在标准制定前期，工作组系统收集和分析了各主要工业国家在弹性密封件低温性能评价方面的既有标准和研究成果，包括：-SAEJ2338《弹性密封件低温脆化试验方法》-ASTMD746《塑料和弹性体冲击脆化温度试验方法》-DIN53546《弹性体低温回缩性能测试》（TR试验）-GB/T1682《硫化橡胶低温脆性的测定单试样法》-ISO812《硫化橡胶或热塑性橡胶低温脆性的测定》-ISO1431-2《硫化橡胶或热塑性橡胶耐臭氧龟裂的测定》通过系统对比分析发现，上述标准多侧重于材料本身低温脆化或低温柔软性的评价，而ISO5119:2023首次将评价重点从材料层面提升至密封系统层面，直接针对密封件在实际应用工况下的低温密封能力进行试验评价，这是该标准最核心的技术创新点。2.2核心技术路线ISO5119:2023的技术路线确立遵循了"实际工况模拟—失效模式分析—试验方法建立—验证与确认"的科学路径。标准制定过程主要包括以下关键技术环节：1.明确低温密封失效机制：研究团队深入分析弹性密封件在低温条件下的失效模式和失效机理，明确密封失效通常源于弹性体材料在低温下模量增大、回弹能力下降以及接触应力松弛，该标准以泄漏量或密封维持能力为核心评价指标表征低温密封性能。2.确定评价指标体系：建立以低温下密封件维持预定密封能力为核心的评价指标体系，涵盖初始密封性能、持续密封保持能力和温度循环后密封性能恢复三类评价维度。3.制定试验方法框架：依据密封件类型和应用工况差异，构建涵盖静态密封和动态密封的完整试验方法框架，分别针对不同工况提出相应的试验程序和装置要求。4.开展实验室间验证：组织多个国际实验室进行了循环比对试验，验证试验方法的重复性和再现性，确保标准的科学性和可操作性。三、标准主要内容分析3.1标准适用范围ISO5119:2023规定了弹性密封件在低温条件下的密封性能试验方法，适用于评价各类弹性密封制品在规定的低温环境下维持密封能力的能力。标准涵盖的密封件类型包括但不限于：-O形橡胶密封圈（O-Rings）-液压往复密封件（HydraulicReciprocatingSeals）-旋转轴唇形密封圈（RotaryShaftLipSeals）-静密封垫片（StaticGaskets）-异形截面密封件（Special-shapedSectionSeals）同时，该标准涵盖了广泛的工程弹性体材料体系，包括丁腈橡胶、氟橡胶、硅橡胶、乙丙橡胶、氢化丁腈橡胶等通用和特种弹性体材料。3.2标准的规范性引用文件ISO5119:2023在制定过程中引用了多项相关ISO标准作为规范性引用文件，主要包括：-ISO23529《橡胶——物理试验方法用试样制备和调节程序》-ISO3601-1《流体传动系统O形圈第1部分：内径、截面尺寸和公差》-ISO5598《流体传动系统和组件——词汇》-ISO8139《液压传动——往复运动缸——活塞杆用带弹性体的密封圈——尺寸和公差》3.3低温试验装置的总体要求标准对低温密封性能试验装置提出了明确的技术要求，主要包括：试验腔体：应具备精确的温度控制能力，能够在规定的低温范围内保持温度稳定，温度波动度应控制在±2℃以内。试验腔体应具有足够的空间容纳试验夹具和密封件试样，并配备观察窗口或数据采集接口。温度测量系统：应配备经校准的温度传感器，测温精度应达到±0.5℃，温度传感器应尽可能靠近密封件试样安装，确保所测温度能够真实反映密封件所处的实际环境温度。加压系统：应能够对密封腔内的试验介质施加并维持规定的试验压力，压力控制精度应达到设定值的±2%以内。泄漏检测系统：应具备高灵敏度的泄漏检测能力，能够实时监测和记录密封件在低温条件下的泄漏量或泄漏速率。常用的泄漏检测方法包括压降法、流量法和气泡法等。3.4试验方法与程序在试验方法方面，ISO5119:2023规定了基本的试验程序，主要包括以下步骤：1.试样制备与预处理：密封件试样应按照ISO23529的要求进行制备和调节。对于标准试验，试样应在(23±2)℃、相对湿度(50±10)%的标准实验室条件下至少调节24小时后方可进行试验。2.初始状态检测：在安装密封件之前，应对试验装置和密封件试样进行初始检查，包括尺寸测量、外观目视检查以及必要的材料硬度测试，确保试样无制造缺陷和表面损伤。3.密封件安装：密封件应按照设计要求和制造商提供的安装指南正确安装到试验夹具中。安装过程中应避免拉伸过度、扭曲和刮伤，确保密封件处于正确的初始压缩状态。4.低温环境建立：将装有密封件的试验装置置于低温腔中，以不超过10℃/min的速率降温至规定的试验温度，并保温足够时间使密封件材料达到温度平衡。5.加压与泄漏检测：在规定的试验温度下，向密封腔内缓慢施加规定的试验压力（通常为系统额定工作压力的1.1倍），稳定后开始记录泄漏量，试验持续时间根据密封类型和应用领域一般为30分钟至数小时不等。6.数据记录与结果评定：详细记录试验过程中的温度变化、压力变化和泄漏量数据，并根据标准规定的评判准则评定密封件的低温密封性能等级。四、主要参与单位介绍ISO5119:2023的制定汇集了来自全球多个国家和地区的标准化组织、研究机构及龙头企业的专家智慧，是国际密封行业产学研用协同创新的典范。作为该标准的重要贡献方之一，ParkerHannifinCorporation（美国派克汉尼汾公司）在其中发挥了关键作用。派克汉尼汾公司创立于1918年，总部位于美国俄亥俄州克利夫兰市，是全球运动与控制技术的领导者，其密封技术集团（SealingTechnologiesGroup）是国际密封件设计、制造和应用领域的权威机构。该集团下属的O-RingDivision专注于弹性密封件的研发与制造，在航空航天密封、石油天然气密封和半导体设备密封等高端应用领域拥有全球领先的技术积累。近年来，该公司开发了多款可在−196℃至+315℃宽温域工作的全氟醚橡胶和特种氟硅橡胶密封产品，其针对弹性体材料在低温环境中的微观结构演变行为的基础研究成果，为ISO5119:2023中温度平衡时间确定和低温密封性能评价指标体系的建立提供了重要理论支撑。同时，FreudenbergSealingTechnologies（德国弗罗伊登伯格密封技术公司）作为全球最大的密封技术专业公司之一，同样深度参与了本标准的制定工作。该公司在低温密封技术领域拥有五十余年的工程实践经验，其专有的低温密封模拟仿真平台和超低温动态密封试验能力，为标准中动态密封试验方法和试验工况设计提供了重要的工程实践依据。此外，来自日本NOKCorporation、英国JamesWalker等国际知名密封企业的专家也为标准的制定贡献了丰富的应用经验和试验数据。值得特别指出的是，中国作为ISO常任理事国和全球最大的密封件生产国与消费国之一，亦深度参与了本标准的制定工作。中国航空工业集团基础技术研究院、西北橡胶塑料研究设计院有限公司以及广州机械科学研究院有限公司等国内机构的专家参与了多项关键技术指标的讨论和验证工作，中国专家提出的关于低温循环试验后密封性能恢复能力评价的建议已被标准采纳。五、标准意义与行业影响5.1填补国际标准空白ISO5119:2023是全球首个专门针对弹性密封件低温密封性能评价的ISO标准，填补了国际标准化体系中该领域的空白。在此之前，弹性密封件的低温性能评价主要参考材料级标准或分散于各行业的专用试验规范中，缺乏系统、统一、可比的试验方法依据。该标准的发布完善了国际密封件标准体系，为后续低温密封相关标准的制定提供了基准和参考框架。5.2促进技术创新与质量提升ISO5119:2023的发布为密封件制造商提供了科学、统一的低温性能评价工具，有助于企业在新产品研发阶段更准确地评估密封件在低温环境下的适用性，加速高性能低温密封材料的开发进程。同时，该标准的实施将有力推动密封件行业质量管理水平的提升，为企业产品质量控制和产品认证提供权威依据。5.3促进国际贸易与技术交流统一的标准是消除技术性贸易壁垒的重要工具。ISO5119:2023作为国际社会广泛认可的标准，有助于各国密封件制造商和用户在统一的平台上进行技术交流和产品比较，降低了跨国贸易中的验证成本和沟通成本，促进了密封件全球贸易的便利化和规范化发展。5.4保障重大装备的低温安全运行随着全球能源转型和深空深海探测的推进，极端低温工况下的装备安全运行需求日益迫切。ISO5119:2023为设计人员和工程人员提供了评价和选择低温密封件的科学依据，有助于提升LNG储运装备、氢能燃料电池系统、航空航天飞行器和极地装备的运行安全性。5.5对我国的启示与建议ISO5119:2023的发布对我国密封行业和标准化工作具有重要的参考和指导意义。建议我国相关标准化技术机构积极跟踪该标准的实施进展，及时开展该国际标准的转化工作，结合我国密封行业的技术现状和产业需求，适时制定相应的国家标准或行业标准。同时，鼓励国内密封件制造企业和检测机构积极采用该国际标准，提升我国密封产品的国际竞争力和市场认可度。此外，我国应进一步深度参与国际密封标准制修订工作，在国际标准化舞台上贡献中国智慧和中国方案。六、结论与展望ISO5119:2023《弹性密封件的低温密封性能试验方法》的发布，是国际密封标准化事业的一项重要里程碑。该标准系统地解决了弹性密封件低温密封性能评价方法不统一、结果不可比的长期技术难题，为全球密封行业提供了科学、统一、可操作的试验方法规范和评价依据。标准的发布不仅填补了国际标准空白，更有力地推动了密封技术的进步，为保障极端低温环境下各类装备的安全可靠运行提供了重要技术支撑。展望未来，随着全球能源结构调整、航空航天事业不断发展和极地资源开发的深入推进，密封件低温性能评价的需求将持续增长。ISO5119:2023作为该领域的基础性方法标准，必将得到广泛的应用和持续的完善。同时，密封技术标准化工作仍面临诸多新课题——如超低温（−100℃以下）密封性能评价、低温动态密封寿命预测、低温密封失效在线监测等——值得标准化工作者持续关注和深入研究。可以预见，在ISO/TC131/SC7的组织协调下，密封件标准化工作将继续向更深层次、更广领域发展，为全球装备制造业的高端化发展贡献更大的力量。参考文献[1]ISO5119:2023,Lowtemperaturesealingcapabilityofelastomericseals—Testmethods[S].Geneva:InternationalOrgan