Свойства синтетического каучука: сравнение стойкости к маслу, теплу, погодным условиям и истиранию

Два листа черной резины могут иметь одинаковую твердость, толщину и цвет, но при этом разрушаться по-разному. Лист СБР общего назначения, оставленный на крышке наружного конвейера, мелеет и трескается под воздействием озона в течение сезона или двух, тогда как лист ЭПДМ такой же твердости прослужит на том же месте десять лет. Погрузитесь в гидравлическое масло, и порядок полностью изменится. Разница никогда не лежит на поверхности; он заложен в структуру полимера и рецептуру соединения. Вот почему сравнение свойств синтетического каучука, а не цены или внешнего вида, является единственным надежным способом выбора материала перед совершением покупки.

Свойства, определяющие, выживет ли соединение

Каждое техническое описание рассказывает свою историю посредством краткого списка измеренных значений. Твердость, выраженная в единицах Шора А от примерно 40 для мягких уплотнительных компаундов до 90 для износостойких поверхностей, говорит о жесткости, но не о прочности. Прочность на разрыв и удлинение при разрыве, испытанные в соответствии с ASTM D412, показывают, какую нагрузку выдерживает соединение перед разрывом и насколько далеко оно растягивается в первую очередь. Остаточная компрессия, измеренная по стандарту ASTM D395, — это число, которое покупатели пропускают чаще всего: прокладка, которая сохраняет более 25 процентов сжатия после 22 часов при рабочей температуре, протечет задолго до окончания гарантии на оборудование.

Экологические ценности имеют не меньшее значение. Температура непрерывной эксплуатации определяет потолок, при котором компаунд сохраняет свою эластичность в течение многих лет, а не часов. Набухание масла, определяемое методом погружения ASTM D471, позволяет предсказать, станет ли уплотнение мягким и нестабильным по размерам в топливе или смазке. Устойчивость к озону и ультрафиолетовому излучению определяет срок службы на открытом воздухе, а гибкость при низких температурах определяет, выдержит ли деталь зимний запуск без растрескивания.

Для краткости приведем следующие свойства, которые чаще всего определяют успех или неудачу в этой области:

• Твердость (по Шору А): жесткость под нагрузкой; неправильные значения приводят к выдавливанию через фланцевые зазоры или недостаточному усилию уплотнения.
• Прочность на разрыв и удлинение (ASTM D412): устойчивость к разрыву во время установки и изгибу при эксплуатации.
• Остаточная компрессия (ASTM D395): восстанавливается ли уплотнение после нескольких месяцев сжатия; Высокий уровень означает постоянные пути утечки.
• Набухание в масле и жидкости (ASTM D471): стабильность размеров при контакте с маслами, топливом и технологическими химикатами.
• Тепловое старение и стойкость к озону (ASTM D573 и D1149): растрескивание поверхности и охрупчивание на открытом воздухе или рядом с горячим оборудованием.
• Газопроницаемость и диэлектрические свойства: удержание воздуха в пневматических деталях и изоляционные характеристики для электрических устройств.

Ни одна цифра не характеризует накладку как лучшую; каждое свойство противоречит другому, и химический состав каждого семейства полимеров определяет, где эти компромиссы терпят неудачу.

Сравнение основных семейств синтетического каучука

Все приведенные выше значения относятся к химии полимеров. Материалы с ненасыщенными основными цепями, такие как SBR и НБР, легко отверждаются и хорошо армируются, но те же двойные связи, которые способствуют вулканизации, также вызывают воздействие озона. Насыщенные основные цепи, такие как EPDM и бутил, устойчивы к атмосферным воздействиям, но плохо набухают в нефтяных маслах. Полярность добавляет третий слой: звенья акрилонитрила в NBR и фтор в ФКМ придают полимеру сродство к неполярным маслам, а это именно то, что нужно уплотнению, когда оно должно находиться в масле, не растворяясь. В таблице кратко представлены полученные компромиссы.

Относитесь к таблице как к первому фильтру, а не как к вердикту. Когда одна деталь подвергается воздействию как масла, так и солнечного света, ни NBR, ни EPDM не выигрывают по отдельности, поэтому проектировщики либо используют FKM, либо добавляют защитный слой, либо разделяют нагрузку между двумя материалами. Шланг с покрытием из EPDM и внутренней трубкой из NBR является частым результатом именно таких рассуждений.

Почему две партии одного и того же полимера ведут себя по-разному

Название полимера гарантирует меньше, чем ожидают покупатели. Два состава NBR могут быть изготовлены из одного и того же необработанного полимера и при этом резко различаться по разбуханию в масле, стойкости к истиранию и тепловому старению, поскольку рецептура этого соединения определяет конечную сетку. Тип и нагрузка технического углерода многократно повышают прочность на разрыв и стойкость к истиранию; выбор пластификатора влияет как на разбухание масла, так и на гибкость при низких температурах; а отверждение серой по сравнению с отверждением перекисью изменяет термостойкость и остаточную деформацию при сжатии. Базовый полимер устанавливает потолок, но состав определяет, насколько близко будет расположена деталь.

Качество процесса затем решает, сохранится ли рецепт в готовой детали. Масла и пластификаторы должны равномерно распределяться по партии, иначе лист выйдет из линии с мягкими пятнами и непостоянным набуханием; путь Машина для замеса резины включает в партию масла и пластификаторы непосредственно формирует это распределение собственности. Состояние отверждения имеет не меньшее значение: недоотвержденные детали остаются липкими и плохо схватываются при сжатии, в то время как переотвержденные детали затвердевают, теряют удлинение и трескаются на ранних этапах эксплуатации.

Вот почему дисциплинированные покупатели спрашивают об управлении процессом, а не только о цене: окна вязкости по Муни на партию, кривые реометра отверждения для каждой смеси и документально подтвержденная температурная дисциплина во время смешивания и отверждения всей поверхности, которая позже проявляется в соответствии свойств поставляемой детали.

Соответствие свойств полимера работе

Три сценария охватывают большую часть закупок промышленных листов, прокладок и уплотнений, и каждый из них предусматривает свой компромисс.

Контакт с маслом и топливом: NBR и его акрилонитриловый циферблат.

NBR используется по умолчанию везде, где детали находятся в масле, а содержание акрилонитрила позволяет его настроить. Классы ACN варьируются примерно от 18 до 50 процентов: более высокий ACN улучшает устойчивость к маслу и топливу, но делает смесь более жесткой в ​​холодную погоду, поэтому для уплотнения наружной гидравлической системы в холодном регионе обычно используется средний класс, а не самый маслостойкий. Для прокладок для цехов, заводов и трубопроводов этот баланс маслостойкости и стоимости объясняет, почему листы NBR доминируют в общей промышленности.

Неопреновый (CR) резиновый лист для сбалансированной устойчивости к маслу, огню и погодным условиям. Лист хлоропренового каучука обладает умеренной маслостойкостью, самозатухающим огнестойкостью и сильной устойчивостью к ультрафиолетовому излучению и озону. Практическая золотая середина, когда требуется некоторое воздействие масла, а также долговечность на открытом воздухе без затрат на нитрил. Посмотреть продукт →

Солнечный свет, озон и пар: EPDM

EPDM имеет полностью насыщенную основу, поэтому озон и ультрафиолет почти не касаются его, а материал выдерживает пар и горячую воду при температуре примерно до 150 °C. Эта комбинация объясняет его сцепление с кровельными мембранами, наружной электроизоляцией и прокладками, подверженными воздействию погодных условий. Его слабость – нефтяное масло: прокладка из EPDM рядом со смазываемым подшипником набухает и разрушается. Там, где преобладает атмосферное воздействие и отсутствует масло, компаунды EPDM обеспечивают самый длительный срок службы на единицу стоимости.

Резиновая пластина EPDM для наружного применения и воздействия пара Лист EPDM выдерживает озон, ультрафиолет и температуру около 150 °C, что делает его идеальным для кровли, наружных прокладок и паропроводов. Его насыщенная основа устойчива к атмосферным воздействиям, но набухает в нефтяных маслах, поэтому подходит для безмасляных сред. Посмотреть продукт →

Устойчивое тепло и агрессивные среды: FKM

Когда постоянная температура превышает 150 °C или жидкости атакуют все, что дешевле, FKM оправдывает свою цену. Стандартные марки непрерывно работают при температуре около 200 °C, устойчивы к маслам, топливу и широкому спектру химикатов, а специальные марки расширяют холодный конец диапазона, где низкие температуры начинают иметь значение. Заводы по химической переработке, топливные системы и аэрокосмические линии поддерживают FKM в рабочем состоянии, несмотря на надбавку, поскольку замена вышедшего из строя уплотнения обычно стоит гораздо дороже, чем сам материал.

Резиновые листы FKM для высокотемпературных и химических работ Лист фторэластомера выдерживает постоянное нагревание при температуре около 200 °C, устойчив к маслам, топливу и агрессивным химикатам. Когда более дешевые эластомеры выходят из строя на химических заводах или в топливных системах, долговечность FKM оправдывает их премиальную цену. Посмотреть продукт →

Что проверить перед покупкой

Таблицы данных легко раздуть, поэтому проверка имеет такое же значение, как и напечатанные цифры. Дисциплинированная покупка проходит через этот контрольный список:

1. Запросите полную таблицу данных с описанием методов и условий испытаний, а не основных значений: прочность на растяжение по ASTM D412, твердость по ASTM D2240, остаточная деформация при сжатии по ASTM D395 при фактической рабочей температуре и воздействие жидкости по ASTM D471 в вашей фактической жидкости.
2. Запросите обозначение линии ASTM D2000 или эквивалентную письменную спецификацию, чтобы каждую будущую партию можно было сравнить с теми же требованиями.
3. Для статических прокладок расценивайте остаточную компрессию как удовлетворительную или неудовлетворительную; значения выше примерно 25 процентов через 22 часа обычно предсказывают раннюю утечку.
4. Перед выпуском объемных заказов протестируйте образец материала в реальных условиях, включая полные температурные циклы и механическую нагрузку.
5. Обсудите с поставщиком согласованность партии: окна вязкости по Муни, кривые отверждения каждой смеси и документированный контроль температуры во время смешивания и отверждения.

Поставщики, которые используют собственное оборудование для смешивания, каландрирования и вулканизации, обычно могут ответить на эти вопросы, используя данные процесса, а не заверения. Наш Решения для промышленности по производству резиновых изделий На странице описано, как этапы смешивания, формования и отверждения связаны со свойствами, обсуждаемыми здесь, и это разумная отправная точка для этого разговора.

Свойства синтетического каучука действуют как система, а не как одно число. Температурные ограничения, разбухание масла, стойкость к озону и остаточная деформация при сжатии взаимно противоречат друг другу, и правильный состав — это тот, компромиссные решения которого соответствуют доминирующим нагрузкам в вашем приложении. Сравнивайте материалы по измеренным значениям, покупайте по письменным спецификациям и помните, что свойства, указанные на бумаге, становятся реальными только тогда, когда соединение смешивается, формируется и отверждается под контролем. Именно сочетание химии и технологической дисциплины отличает деталь, которая прослужит полный срок службы, от той, которая рано выходит из строя.