Бутилкаучук IIR: газонепроницаемые уплотнения и мембраны

Пневмоподушка на прессе за неделю простоя теряет треть давления, мыльный раствор пузырей не даёт, обратный клапан исправен. Газ уходит сквозь стенку: резина тоже проницаема, и у разных каучуков эта проницаемость отличается в разы. Для таких узлов и существует бутилкаучук.

Бутилкаучук держит газ лучше других массовых резин

Бутилкаучук получают сополимеризацией изобутилена с небольшой добавкой изопрена, по данным статьи о бутилкаучуке в Википедии изопрена в нём 1–5 % по массе. Изопрен нужен только для того, чтобы смесь можно было вулканизовать серой: в цепи остаётся мало двойных связей. Отсюда два главных свойства материала. Цепи плотно уложены и малоподвижны, поэтому молекулам газа трудно пробираться сквозь резину. Двойных связей мало, поэтому озон, солнце и горячий воздух старят бутил медленнее, чем натуральный каучук и NBR.

Тот же источник указывает, что по газонепроницаемости бутилкаучук превосходит все известные каучуки, кроме тиокола. На практике это значит, что из массовых резин, которые можно заказать формовой деталью, бутил первым приходит в голову для камер, мембран, пробок и подушек. Силикон находится на противоположном краю шкалы: при той же толщине он пропускает газ во много раз быстрее, и в газовой мембране его обычно не ставят даже при хорошей термостойкости.

У этого свойства есть обратная сторона. Малоподвижные цепи плохо возвращают энергию: бутил медленно отпружинивает и почти не отскакивает. Для мембраны и пробки это не мешает, для демпфера даже полезно, а для быстро работающего клапана или манжеты становится недостатком.

Состав IIR и галогенированные марки CIIR и BIIR

В обозначениях встречаются три близкие буквенные группы. IIR означает обычный бутилкаучук. CIIR (хлорбутил) и BIIR (бромбутил) получают введением галогена в цепь, и такие смеси вулканизуются быстрее, лучше совмещаются с другими каучуками и крепче сцепляются с металлом и тканью. Из галобутилов делают внутренний гермослой бескамерных шин и пробки для флаконов с лекарствами.

Для заказчика буквы в чертеже важны по другой причине. Если в спецификации стоит BIIR, а изготовитель предлагает IIR, это замена материала, которую согласуют письменно, даже если твёрдость и цвет совпадают. Фармацевтические и медицинские пробки к тому же работают по требованиям фармакопеи и регистрационных документов на препарат, поэтому такие заявки попадают в красную зону светофора, описанного ниже.

Утечку сквозь мембрану считают по площади, толщине и перепаду

Проникновение газа сквозь резиновую стенку подчиняется простой зависимости: поток растёт пропорционально коэффициенту проницаемости материала, площади стенки и перепаду давлений и падает обратно пропорционально толщине. Коэффициент зависит от газа и температуры, с нагревом он растёт у всех резин. Отсюда несколько выводов, которые легко проверить на своём узле.

Пример: мембрана Ø200 мм толщиной 2 мм теряет газ определённым темпом. Если при той же резине и том же перепаде взять толщину 3 мм, поток упадёт в 1,5 раза. Если вместо мембраны поставить подушку с вдвое большей площадью стенки, поток вдвое вырастет. Если сменить резину на материал с проницаемостью в несколько раз выше, подкачка понадобится во столько же раз чаще. Цифры здесь условные, но пропорции показывают, какие рычаги есть у конструктора кроме марки резины.

Толщину нельзя наращивать бесконечно: мембрана теряет гибкость, растёт усилие хода, возникает риск складок. Поэтому в газовых мембранах сначала выбирают материал с низкой проницаемостью, а толщину держат такой, какой её задал разработчик узла. Для азотных полостей гидроаккумуляторов это особенно заметно, и про выбор давления предзаряда и самой мембраны собран отдельный разбор мембраны гидроаккумулятора.

Где бутил выигрывает у EPDM и NBR

EPDM тоже стоек к воде, пару и погоде, поэтому его чаще всего сравнивают с бутилом. EPDM обычно дешевле, держит температуру выше и лучше отпружинивает. Бутил выигрывает в одном: удержании газа. Если газ в узле только омывает уплотнение и постоянно подпитывается из сети, разница почти не видна. Если же объём газа замкнут и подкачивается раз в месяц или год, разница в проницаемости превращается в разницу в интервале обслуживания.

NBR в газовой мембране держит газ лучше EPDM, но стареет от озона и плохо переносит полярные среды. Для смеси газ плюс минеральное масло NBR остаётся первым кандидатом, бутил в масле набухает. Между этими резинами по среде выбирают по общему подходу, как и для EPDM; здесь важна только газовая сторона.

Таблица дана как ориентир для марок общего назначения; материал фиксируется в КП.

Масло и углеводороды выводят бутил из игры

Бутил неполярен, как и нефтепродукты, поэтому минеральные масла, бензин, дизельное топливо, смазки на углеводородной основе, ароматические и хлорированные растворители впитываются в него и раздувают деталь. Мембрана набухает, становится мягкой и рвётся по краю зажима, кольцо выдавливается из канавки. Поэтому первым вопросом по бутиловой детали всегда служит наличие масла в любой форме, включая смазку, нанесённую при сборке.

По синтетическим гидрожидкостям на фосфатных эфирах источники расходятся: одни справочники изготовителей колец отмечают бутил как стойкий к таким жидкостям, другие ставят оценку «плохо» для отдельных групп эфиров. Значит, решение принимают только по таблице стойкости для конкретной жидкости и конкретной смеси, а при отсутствии данных проверяют образец в этой жидкости. Сводная таблица химической стойкости резин годится для первого отбора, но не заменяет паспорт смеси.

Кислоты и щёлочи умеренных концентраций, спирты, кетоны, вода и пар для бутила безопасны в пределах его температуры. Окисляющие кислоты высокой концентрации разрушают и его, как большинство резин.

Температурное окно бутила уже, чем у EPDM

Ориентир для марок общего назначения от −40…−50 до +120 °C. Паспорт кольца Parker B0318-70 из бутила 70 Shore A указывает диапазон от −75 до +250 °F, что соответствует примерно −59…+121 °C (страница компаунда). Название приведено как обозначение материала, товарный знак принадлежит правообладателю. Конкретная смесь может работать уже, поэтому пределы берут из документа на неё.

Выше +120 °C бутил быстро теряет упругость, а газопроницаемость любой резины с нагревом растёт, так что преимущество бутила на горячем газе тает. На горячем паре и воде выше этой границы обычно переходят на пероксидный EPDM с проверкой по газу. Если в горячей воде есть ещё и масло, материал выбирает технолог: обычный FKM к горячей воде и пару нестоек, нужна специальная марка с подтверждённой стойкостью к этой среде. Внизу шкалы бутил дубеет раньше силикона, и для мембраны, которая зимой работает на улице, морозостойкость конкретной марки проверяют отдельно.

Твёрдость бутиловых деталей у изготовителей колец встречается в диапазоне 40–90 Shore A. Для мембран обычно берут мягкие смеси, для колец и пробок средние, около 60–70 Shore A.

Дерево выбора: бутил или другая резина

Порядок вопросов при выборе материала для газового узла удобно свести в дерево. Оно показывает, на каком шаге бутил отсеивается.

Первый вопрос: нужно ли резине удерживать замкнутый объём газа или вакуум. Если нет, обычно дешевле и прочнее EPDM. Если да, второй вопрос: есть ли в узле масло, топливо или смазка на углеводородах. При наличии масла выбирают NBR или FKM, бутил набухнет. Без масла остаётся третий вопрос: поднимается ли температура выше +120 °C. Если поднимается, берут пероксидный EPDM или FKM и проверяют потери газа. Если нет, бутил IIR подходит, марку подтверждают по паспорту.

Светофор заявки на бутиловую деталь

Перед расчётом заявку на изделие из бутила полезно разложить по трём цветам риска. Зелёный: материал IIR и твёрдость заданы в чертеже, среда воздух, азот или вода, температура комнатная. Такую деталь делают по спецификации заказчика, вопрос только в оснастке и сроке.

Жёлтый: в заявке написано «газонепроницаемая резина» без марки, среда неизвестна или содержит синтетическую гидрожидкость, температура близка к +120 °C. Здесь сначала нужна техническая оценка, а в КП материал подписывается как предложение изготовителя с основанием выбора.

Красный: горючий газ в регуляторе или клапане, кислород, контакт с лекарственным препаратом или пищей, давление выше обычного для пневматики. Газ и медицину мы берём только после отдельной технической оценки. Обещаний по ресурсу и совместимости до решения технолога нет, а иногда ответом становится рекомендация заказать деталь у разработчика узла.

Короткие ответы про бутилкаучук

Какая рабочая температура у бутилкаучука?

Бутилкаучук IIR общего назначения работает ориентировочно от −40…−50 до +120 °C. Паспорта отдельных марок колец указывают нижний предел до −59 °C. Выше +120 °C смесь быстро теряет упругость, а газопроницаемость растёт, поэтому для горячего газа бутил заменяют пероксидным EPDM или FKM, а для пара пероксидным EPDM: обычный FKM к пару нестоек. Точные пределы берут из документа на конкретную смесь.

Почему бутилкаучук не пропускает газ?

Бутилкаучук плохо пропускает газ из-за плотной упаковки малоподвижных цепей полиизобутилена, в которых всего 1–5 % изопреновых звеньев. Молекулам газа трудно протиснуться между цепями, поэтому при одинаковой толщине стенки поток азота или воздуха сквозь бутил в разы меньше, чем сквозь EPDM или натуральный каучук, и во много раз меньше, чем сквозь силикон.

Можно ли ставить бутиловое уплотнение в масло?

Бутиловое уплотнение в минеральное масло, бензин, дизельное топливо и углеводородные смазки не ставят: материал неполярен, впитывает их и набухает. Для газа с масляным туманом выбирают NBR, а при нагреве выше +100 °C FKM. Стойкость бутила к синтетическим жидкостям на фосфатных эфирах в справочниках оценивают по-разному, её проверяют по таблице на конкретную жидкость.

Формы и твёрдость бутиловых деталей

Бутил перерабатывают в основном формованием: мембраны, пробки, кольца, клапанные тарелки, демпферы делают в пресс-форме. Листовой бутил на складах встречается реже техпластины и EPDM, поэтому плоская прокладка из него часто требует отдельной закупки листа или формования пластины под размер. Новая пресс-форма нужна, если детали такого контура раньше не было, и тогда срок назовём в КП. Про технологию и порядок запуска таких деталей рассказано на странице формовых РТИ по чертежу.

Плоская мембрана из бутила обычно армирована тканью или имеет утолщённый борт под зажим. Для неё в чертеже указывают рабочий ход, перепад давлений и сторону, обращённую к газу, иначе изготовитель не сможет правильно уложить ткань. Готовые решения по таким изделиям собраны в разделе мембраны и диафрагмы.

Для вакуумной камеры бутил годится на низком и среднем вакууме при комнатной температуре. Для прогреваемых камер и высокого вакуума чаще берут FKM, а сравнение резин по газовыделению и прогреву вынесено в материал о вакуумной резине. Если же задача в морозе и топливе одновременно, бутил не подходит совсем, и разговор идёт уже о фторсиликоне.

Строка материала в КП на бутиловую деталь

Чтобы через год повторить ту же мембрану или пробку, строка материала в КП должна быть однозначной. В ней стоят буквенное обозначение каучука (IIR, CIIR или BIIR), твёрдость по Шору A с допуском, наличие и тип ткани для мембран, ссылка на документ на смесь. Отдельно указывают, что взято из чертежа заказчика, а что предложено изготовителем: например, «твёрдость 60±5 Shore A по чертежу, марка смеси предложена изготовителем по условиям: азот, вода, до +80 °C».

Для расчёта нам нужны чертёж или образец, среда с обеих сторон детали, температура с пиками, перепад давлений и количество в год. Если в узле есть хоть капля масла или смазки, это лучше написать сразу: такой факт меняет материал раньше, чем дело дойдёт до размеров.

Нормы приведены по состоянию на октябрь 2026 года. Данные о материалах — ориентир для марок общего назначения; материал, размеры и допуски для вашего узла фиксируются в КП после технической оценки.