Бензостойкая резина: какие марки держат топливо и как проверить

Набухание в бензине для резины МБС нормально в пределах

Бензостойкую резину выбирают не за то, что она не меняется в топливе. Нитрильный каучук NBR, на котором делают почти все листы и кольца МБС, впитывает часть бензина, прибавляет в объёме и немного мягчеет. Обычная резина на натуральном каучуке или ТМКЩ в той же среде разбухает в разы и теряет прочность, поэтому разница между ними видна только при сравнении с пределом.

Пример из открытого листа данных нитрильной резины N70 (Global O-Ring and Seal): после 70 часов в эталонном топливе Fuel B при 23 °C объём вырос на 18,9 % при допустимом от 0 до +40 %, твёрдость упала на 12 единиц при допустимых до −30, прочность снизилась на 31 % при допустимых до −60 %. Эта резина прошла испытание и считается бензостойкой, хотя по любой таблице для масел 19 % набухания выглядели бы браком.

Отсюда первое правило приёмки. Цифру набухания сравнивают с пределом для того же топлива, той же температуры и того же времени выдержки. Результат в масле, в дизеле и в эталонной смеси с толуолом относится к трём разным испытаниям, и переносить предел из одного в другое нельзя.

Набухает ли бензостойкая резина в бензине?

Бензостойкая резина на основе NBR в бензине набухает всегда, и это свойство материала, а не дефект партии. В листах данных нитрильных резин прирост объёма в эталонном топливе Fuel B после 70 часов при 23 °C лежит примерно от 14 до 30 %, а допустимый предел записывают до +40 %. Брак начинается там, где набухание выходит за предел марки или резина становится липкой и рвётся.

Что гарантирует буква МБС в обозначении листа

По таблице 1 ГОСТ 7338-90 пластина МБС предназначена для воздуха, инертных газов, азота, масел и топлив на нефтяной основе и бензина, для жидкостей при давлении от 0,05 до 10 МПа у пластин 1-го класса. Рабочая температура у всех степеней твёрдости ограничена +80 °C, нижняя граница −30 °C, у степеней с индексом 1 −40 °C. Твёрдость МБС по стандарту выше, чем у ТМКЩ: М 40–55, С 55–70, Т 70–90 единиц. Есть в стандарте и прямой критерий бензостойкости: по таблице 6 масса пластины МБС 1-го класса после 24 часов в смеси изооктана и толуола 7 : 3 при 23 °C растёт не больше чем на 20 %.

Чего в этой строке нет, так же важно. Стандарт 1990 года не называет бензин с этанолом, биодизель, метанол и ароматические растворители, и марка МБС не обещает стойкость к ним. Не обещает она и работу топливной прокладки выше +80 °C, например у двигателя или в подогреваемом топливном фильтре. Сам лист по классу и степени твёрдости под фланец выбирают по правилам подбора резины для прокладок.

Состав топлива меняет выбор сильнее марки резины

В бензине сильнее всего на нитрил действуют ароматические углеводороды, например толуол. Поэтому эталонные топлива для испытаний резин составляют из изооктана и толуола: Fuel B, по описанию поставщика эталонных жидкостей (ChemPoint), содержит 70 % изооктана и 30 % толуола по объёму. То же соотношение 7 : 3 задают ГОСТ 7338-90 для пластин МБС и ГОСТ 18829-2017 для проверки изменения массы колец, так что отечественная и зарубежная проба сопоставимы.

Этанол работает иначе. В исследовании BAM (Weltschev, 2019) уплотнительные материалы выдерживали в бензине E10 с этанолом до 10 % при 20, 40 и 70 °C: 84 суток для замеров массы и прочности, 42 суток для твёрдости. При пороге потери свойств 15 % резина NBR признана стойкой к E10 при 20 °C и уже нестойкой при 40 °C, а при 70 °C стойким не оказался ни один из десяти материалов; твёрдость NBR при 70 °C упала полностью.

Биодизель и смеси с ним оказались для нитрила тяжелее всего: в том же исследовании CR, CSM, EPDM, IIR и NBR признаны нестойкими к биодизелю и печному топливу B10 вне зависимости от возраста топлива. Самыми стойкими во всех испытанных топливах до 70 °C названы FKM и фторсиликон FVMQ.

Подходит ли маслобензостойкая резина МБС для биодизеля?

Маслобензостойкая резина МБС на нитриле для биодизеля и смесей с ним не подходит: в испытаниях BAM 2019 года NBR признан нестойким к биодизелю и топливу B10 при любой испытанной температуре. ГОСТ 7338-90 тоже не называет биотопливо среди сред для МБС. Для узлов, где топливо содержит метиловые эфиры жирных кислот, выбирают FKM, а стойкость конкретной марки подтверждают пробой в том же топливе.

Акрилонитрил решает спор топлива и мороза

Нитрильный каучук состоит из бутадиена и акрилонитрила, и доля второго у разных марок бывает от 18 до 50 %. По описанию в листе данных N70, чем больше акрилонитрила, тем лучше резина держит топливо и полярные смазки и тем хуже работает на холоде; стандартный NBR содержит около 34 %. Поэтому бензостойкость и морозостойкость в одном нитрильном листе тянут в разные стороны.

На практике это видно у уличных топливных узлов: прокладка горловины резервуара или фланца на наружной топливной линии зимой. Марка с высоким акрилонитрилом держит бензин, но на морозе дубеет, и уплотнение теряет прижим. Для узлов, где нужны одновременно топливо и мороз ниже −40 °C, переходят на фторсиликон, про который есть отдельный разбор фторсиликона FVMQ.

Матрица марок бензостойкой резины по топливу

Данные для МБС взяты из ГОСТ 7338-90, для E10 и биодизеля из исследования BAM 2019 года, остальное ориентир для марок общего назначения; совместимость с конкретным топливом и ресурс фиксируются после пробы.

На схеме те же материалы сведены по пяти условиям. Колонка «биодизель» отсекает весь нитрил, колонка «мороз» отсекает обычный FKM, и только фторсиликон закрывает обе. Он же и самый дорогой из перечисленных, поэтому его берут там, где обе колонки действительно сходятся в одном узле.

Строки листа данных, которые читают для топлива

Лист данных резины от поставщика обычно содержит несколько блоков испытаний в жидкостях. Для бензостойкости нужны строки с эталонным топливом: Fuel A (чистый изооктан), Fuel B (изооктан и толуол 70 : 30), иногда Fuel C с большей долей толуола. В каждой строке три цифры: изменение объёма, изменение твёрдости и изменение прочности или удлинения, а рядом пределы, которые изготовитель обещает для этой смеси.

Читать эти строки удобно в таком порядке. Сначала условия: время и температура выдержки, чаще всего 70 часов при 23 °C. Затем объём: близко ли значение к пределу или с запасом. Потом твёрдость: если она падает на 15–20 единиц, кромку тонкой прокладки под давлением начнёт выдавливать. Строка Fuel A показывает поведение в алифатическом бензине без ароматики, строка Fuel B добавляет действие толуола, который есть в товарном бензине.

Если поставщик даёт только строку с маслом IRM 903 или минеральным маслом, это лист для масляной резины. Бензостойкость по нему не подтверждена, и такой лист на топливный узел без пробы не применяют. Лабораторный метод выдержки по отечественному стандарту изложен в разборе испытаний по ГОСТ 9.030.

Проба образца в рабочем топливе на участке

Когда паспорта нет, а прокладка нужна на бак или фильтр, проверить лист можно пробой в том топливе, которое стоит в узле. Для пробы вырезают три полоски одинакового размера из проверяемого листа и одну из резины, которая в этом узле уже отработала без течи. Каждую взвешивают на весах с точностью 0,01 г, меряют толщину и, если есть твердомер, твёрдость по Шору A.

Полоски погружают в топливо в закрытой стеклянной банке при комнатной температуре, в проветриваемом месте вдали от огня, на 70 часов. Нагревать бензин для ускорения пробы на участке нельзя: испытание при температуре узла выше комнатной делает лаборатория. После выдержки полоски промокают и сразу взвешивают и меряют, затем сушат сутки на воздухе и меряют ещё раз.

Пример: полоска 2,00 г после выдержки весит 2,28 г, прирост 14 %; эталон из отработавшей резины прибавил 12 %. Разница в пределах двух-трёх процентов говорит о близкой резине. Если новая полоска прибавила 60 % и стала липкой, это не МБС. Если после суток сушки полоска стала легче исходной на 5 % и заметно твёрже, резина отдала пластификатор, и в узле с перерывами в заливке она будет садиться.

На схеме шесть шагов той же пробы: полоски с эталоном, первый замер, 70 часов в закрытой банке, замер сразу после выдержки, сутки сушки и сравнение. Решение принимают по разнице с эталоном на обоих замерах.

Как проверить резину на бензостойкость без лаборатории?

Резину на бензостойкость без лаборатории проверяют пробой в рабочем топливе: три полоски проверяемого листа и одна полоска из резины, которая уже работала в узле, 70 часов в закрытой банке при комнатной температуре. До и после выдержки их взвешивают, меряют толщину и твёрдость, а через сутки сушки меряют снова. Годной считают резину, у которой изменения близки к эталону и нет липкости или трещин.

Что изготовитель подтверждает, а что только после испытаний

По бензостойкой резине разумно делить обещания на два уровня. Первый: марка материала по документу. Если в заявке написано «МБС по ГОСТ 7338-90, 1-й класс, степень С», изготовитель отвечает за то, что прокладка сделана из такого листа, и подтверждает это паспортом партии листа. Второй уровень: стойкость в конкретном топливе при конкретной температуре в течение заданного срока. Его подтверждает только проба или испытание в этом топливе.

Поэтому для топливных узлов совместимость с биодизелем, тёплым E10, смесовым топливом неизвестного состава и ресурс прокладки в годах без подтверждения испытаниями не гарантирует ни таблица, ни изготовитель. В КП в таких случаях стоит видеть основание выбора материала: «по спецификации заказчика», «по ГОСТ 7338-90 для бензина на нефтяной основе до +80 °C» или «предложение, требует пробы в рабочем топливе». Для бензина, дизеля и керосина при обычной температуре хватает первого уровня, для остального нужен второй.

Для узлов с топливом на заправочных станциях, в авиационной технике и газовом оборудовании выбор резины проходит отдельную техническую оценку. Там решают проектная документация и отраслевые требования, и прокладку по описанию «бензостойкая» не делают.

Данные о топливном узле перед подбором резины

Для подбора бензостойкой резины на прокладку или кольцо нужны пять сведений: какое топливо (марка бензина, доля этанола, дизель летний или зимний, наличие биодобавок), наибольшая температура топлива и узла, бывает ли узел сухим между заливками, нижняя температура на улице и давление. Если резину заказывают на замену, полезен остаток старой прокладки: по её виду после работы часто понятно, набухала она или садилась.

По этим данным маслобензостойкие прокладки делают из листа МБС для бензина и дизеля при обычной температуре, а для биотоплива, нагрева и мороза предлагают FKM или фторсиликон с пометкой о пробе. Свойства нитрила различаются по маркам NBR и МБС, а по цене и нагреву выбор сводится к паре NBR или FKM. Если состав топлива неизвестен даже приблизительно, начинать стоит с паспорта топлива у поставщика, а не с выбора резины.