Морозостойкая резина для уплотнений

Почти любая смесь на морозе становится жёстче, а затем стеклуется, когда цепочки каучука теряют подвижность. Морозостойкой называют смесь, у которой это происходит ниже температуры узла. Вопрос только в том, какое из нескольких чисел в паспорте показывает эту границу для вашего уплотнения.

В паспортах встречаются три разных числа мороза

Первое число даёт испытание на хрупкость по ГОСТ 7912-74: образец охлаждают и бьют, и самая низкая температура, при которой он не разрушается, записывается как температурный предел хрупкости. Второе число получают по ГОСТ 13808-79: образец сжимают при 23 °C, выдерживают на холоде, снимают нагрузку и смотрят, какую долю высоты он восстановил. Отношение называют коэффициентом морозостойкости по эластическому восстановлению. Третье число приходит из импортных паспортов: TR10 по ISO 2921, температура, при которой растянутый и замороженный образец при медленном отогреве возвращает 10 % своего растяжения.

Для уплотнения эти числа значат разное. Хрупкость говорит, когда деталь треснет от удара. Коэффициент и TR10 говорят, когда она перестанет пружинить и прижиматься к поверхности. Прокладка, которая не треснула, но и не прижимается, уже течёт.

Предел хрупкости лежит ниже границы работы

Сам ГОСТ 7912-74 оговаривает, что температурный предел хрупкости может не совпадать с предельной температурой работоспособности изделий на холоде. На практике хрупкость почти всегда ниже. Условный пример: резина при −55 °C ещё не колется молотком, но кольцо из неё при −45 °C уже не успевает за движением штока.

Отсюда и частая ошибка с каталогами. Строка «морозостойкость до −60 °C» без названия метода может означать хрупкость, и тогда рабочая граница смеси выше на несколько градусов или десятков градусов. Прежде чем сравнивать цифру с климатом, спрашивают у поставщика смеси, каким методом она получена.

Коэффициент морозостойкости показывает возврат после сжатия

Метод ГОСТ 13808-79 ближе всего к работе прокладки: её тоже сжимают при монтаже в тепле, а потом охлаждают вместе с узлом. Коэффициент 1 означает полный возврат высоты, 0 означает, что образец остался сжатым. В ГОСТ 7338-90 для резиновых пластин коэффициент по эластическому восстановлению после сжатия должен быть не меньше 0,2 при температуре на 5 °C выше нижней границы марки (текст ГОСТ 7338-90).

Значение 0,2 означает, что при этой температуре лист возвращает лишь пятую часть сжатия. Для неподвижной прокладки фланца с хорошей затяжкой этого хватает. Для уплотнителя двери, который каждый раз сжимают заново, или для манжеты нужен коэффициент выше, и его задают в требованиях к смеси отдельной строкой.

TR10 задаёт запас для неподвижного и подвижного кольца

Производитель уплотнений Parker в справочнике по кольцам описывает связь TR10 с работой так: в динамике и в неподвижных узлах с пульсирующим давлением кольца уплотняют при температуре TR10 и выше, а в обычной статике держат примерно на 8 °C (15 °F) ниже TR10 (раздел о низких температурах справочника Parker). Других методов это правило не заменяет, но даёт понятный запас.

Пример: у смеси NBR в паспорте TR10 = −40 °C. Неподвижная прокладка крышки из неё по этому правилу держит примерно до −48 °C. Кольцо штока гидроцилиндра лучше ограничить −40 °C, а если техника зимует под открытым небом и пускается при −45 °C, нужна смесь с более низким TR10 или подогрев гидравлики перед пуском.

При какой температуре морозостойкая резина перестаёт уплотнять?

Морозостойкая резина перестаёт уплотнять раньше, чем становится хрупкой: граница наступает, когда смесь не успевает восстанавливаться после сжатия. Для подвижных колец её оценивают по TR10 из паспорта смеси, для неподвижных прокладок допускают температуру примерно на 8 °C ниже TR10. Температура хрупкости по ГОСТ 7912-74 для этой оценки не годится, она показывает только, когда деталь треснет от удара.

Каучук задаёт нижнюю границу смеси

Нижнюю границу определяет прежде всего каучук, затем пластификатор и рецептура. По сводной таблице рабочих температур, где значения даны как ориентир для марок общего назначения, картина такая.

Для резиновых пластин ГОСТ 7338-90 ту же границу задаёт цифра после буквы твёрдости: у ТМКЩ есть степени до −60 °C, у маслостойких АМС и МБС только до −40 °C. Как читается этот индекс в обозначении листа, показано в расшифровке марки ТМКЩ.

Масло и топливо сдвигают границу мороза

Морозостойкость и маслостойкость в одной смеси тянут в разные стороны. У NBR, по данным того же Parker, гибкость на холоде в зависимости от рецептуры лежит в пределах от −34 до −57 °C, и смеси с нижней частью этого диапазона держат масло хуже. Под масло берут маслостойкую резину NBR, HNBR или FKM, и на морозе этот выбор сужается.

Вторая ловушка связана с пластификаторами. Часть морозостойкости смеси даёт пластификатор, а масло и топливо его постепенно вымывают. Новое кольцо держит −45 °C, а через сезон в масле уже дубеет при −35 °C. Если в узле масло и сильный мороз, нижнюю границу смеси просят подтвердить после выдержки в рабочем масле. Для топлива при сильном морозе есть фторсиликон FVMQ, и его выбирают там, где он оправдывает цену.

Температура у узла при пуске отличается от климата

Минимальная температура региона по справочнику и температура уплотнения при пуске совпадают редко. Узел в отапливаемом корпусе может не опускаться ниже −10 °C даже в −40 °C на улице. Уплотнитель двери холодильной камеры работает при температуре камеры, а не улицы. Обратный случай: кольцо на технике, которая ночь простояла под открытым небом на ветру, к утру принимает температуру воздуха полностью, и первые минуты работает именно при ней.

Работающий узел обычно теплее воздуха: масло греется, трение греет кромку. Поэтому самый жёсткий режим почти всегда приходится на пуск после простоя, а не на работу днём. Эту разницу учитывают в плане проверок, когда готовят парк и уплотнения перед зимой.

Данные заказчика и допущения подбора разделяют в заявке

При подборе морозостойкой смеси часть данных заказчик знает точно, а часть изготовитель додумывает. Если смешать их в одном абзаце письма, через год никто не вспомнит, откуда взялись −45 °C в КП. Удобно сразу разложить данные в две колонки.

Всё, что попало в колонку «предполагается», изготовитель подписывает в КП как своё допущение: например, «температура у кольца при пуске принята −40 °C по климату, подогрева нет». Тогда при течи весной видно, какое допущение не сработало, и смесь меняют по факту, без спора.

Шесть шагов от узла к паспорту смеси

Порядок на схеме такой. Сначала определяют температуру у узла при пуске: после ночного простоя, на ветру, без подогрева. Затем режим: подвижному кольцу нужен больший запас, чем неподвижной прокладке. Третий шаг касается среды, потому что масло вымывает пластификатор. Четвёртый: в паспорте ищут TR10, коэффициент по ГОСТ 13808-79 или предел хрупкости и смотрят, какой из них указан. Пятый: запас берут от выбранного числа, помня, что хрупкость не равна рабочей границе. Шестой: в КП записывают, что известно, а что принято допущением.

Какой запас по морозу брать для резинового уплотнения?

Запас по морозу для резинового уплотнения зависит от того, какой показатель приведён в паспорте смеси. Если указан TR10, подвижное кольцо ставят при температуре не ниже TR10, неподвижную прокладку допускают примерно на 8 °C ниже. Если указан только предел хрупкости, рабочую границу считают заметно выше него и просят у поставщика данные по TR10 или коэффициенту морозостойкости. Без названия метода цифру мороза в каталоге для подбора не используют.

Уличные профили и шнуры проверяют на двух режимах

Уплотнители ворот, дверей и шкафов на улице работают и на морозе, и на солнце, и для них мало одной нижней границы. EPDM и силикон закрывают и мороз, и озон; NBR на улице без защиты от озона трескается раньше, чем дубеет. Для профиля, который каждый раз сжимается заново, коэффициент морозостойкости важнее, чем для фланцевой прокладки, затянутой один раз.

Если узел выходит за −50 °C, круг резин сужается до силикона и специальных смесей, а при масле или топливе рядом с таким морозом подбор идёт только по паспорту и испытанию. Мы изготавливаем уплотнительные профили и шнуры и прокладки по чертежу, образцу или фото. Для расчёта присылают температуру у узла при пуске, режим, среду и цифру мороза, которая стоит в документах на старую деталь, с названием метода, если оно известно; если метода нет, материал предложат на подборе материала, а допущения попадут в КП отдельной строкой.