Разбухает резиновое уплотнение: причины и решение

Резина состоит из длинных молекул каучука, сшитых при вулканизации в сетку. Жидкость, похожая на каучук по химическому строению, растворяет его без сшивок, а со сшивками может только войти в сетку и растянуть её. Насколько растянется сетка, зависит от сродства жидкости к каучуку, густоты сшивок и температуры. Поэтому один и тот же NBR почти не меняется в минеральном масле и сильно раздувается в ацетоне.

Сродство каучука и жидкости задаёт величину набухания

Неполярные жидкости, то есть минеральные масла, бензин, литол на нефтяной основе, легко входят в неполярные каучуки: EPDM, натуральный каучук, силикон. Полярные жидкости, гликолевые тормозные жидкости, кетоны, сложные эфиры, входят в полярные каучуки, прежде всего в NBR. Отсюда пары, которые заканчиваются течью: EPDM в масле и NBR в тормозной жидкости на гликолях.

Строки таблицы описывают семейства каучуков в общих чертах. Внутри семейства набухание сильно меняется: NBR с 40 % акрилонитрила в масле прибавляет меньше, чем NBR с 18 %, но хуже держит мороз. Баллы для своей жидкости ищут в таблице химической стойкости, а признаки, по которым снятая деталь выдаёт несовместимость резины со средой, помогают отличить набухание от других реакций.

Набухание растёт со временем, толщиной и нагревом

Жидкость входит в резину диффузией, поэтому рост объёма идёт быстро в первые часы и замедляется к равновесию. Время до равновесия растёт примерно пропорционально квадрату толщины. Пример: если прокладка 1 мм насыщается за сутки, кольцу сечением 5 мм в той же среде понадобится порядка 25 суток. Течь после замены уплотнений часто появляется через одну–три недели, когда ремонт уже закрыт.

Нагрев ускоряет диффузию и увеличивает конечное набухание. Резина, которая в масле при +20 °C набрала 5 % объёма, при +90 °C в той же среде может набрать в разы больше. Поэтому испытание проводят при температуре не ниже рабочей, а табличные баллы для комнатной температуры к горячему узлу переносят с осторожностью.

Процент по объёму переводят в размер кольца

Справочники дают набухание в процентах объёма, а механик видит его в миллиметрах. Линейный размер растёт примерно как кубический корень из отношения объёмов. Набухание 15 % по объёму даёт прирост каждого размера около 4,8 %, набухание 30 % около 9 %, набухание 50 % около 14,5 %.

Пример: новое кольцо занимает три четверти объёма своей канавки. Прибавив 15 % объёма, оно займёт 86 % канавки, а его сечение 3,0 мм станет 3,14 мм; узел ещё держит. Прибавив 30 %, кольцо займёт 97 % канавки, свободного места для резины не останется, и давление начнёт загонять её в зазор. Поэтому набухание и выдавливание кольца в зазор часто видят на одной и той же детали.

Где допустимое набухание заканчивается

Предел задаёт конструктор узла, но для оценки на ремонте используют общие ориентиры. Для неподвижного кольца или прокладки допускают до 10–15 % по объёму, для подвижного уплотнения штока или поршня 5–10 %, потому что мягкое набухшее кольцо в движении быстро истирается. Усадка нежелательна в любом узле: даже минус 3–5 % по объёму снимают часть сжатия.

Значения в таблице ориентир; для узлов под высоким давлением и для пищевых линий предел согласуют с конструктором.

Скрытые источники набухания на ремонте

Основная среда узла обычно известна, и материал под неё выбран. Набухание приходит со стороны. Монтажная смазка на нефтяной основе раздувает EPDM ещё до пуска насоса, поэтому смазку для уплотнений выбирают после того, как известна марка резины. Масляный туман от компрессора попадает в пневматику с кольцами из EPDM. Новая марка масла того же класса вязкости несёт другие присадки. Растворитель, которым промыли узел перед сборкой, успевает войти в резину за минуты.

В пищевом производстве набухание дают жиры и эфирные масла: сливки, шоколад, растительное масло, цитрусовые и пряности. EPDM и силикон в жирных продуктах набухают заметно, для таких линий берут пищевые марки NBR или FKM. Пригодность смеси подтверждает протокол испытаний на эту рецептуру в модельной среде, близкой к продукту по жирности и температуре, а для экспортных линий заказчик может потребовать соответствие FDA 21 CFR 177.2600 или Регламенту (ЕС) № 1935/2004; слово «пищевая» в счёте без протокола ничего не доказывает.

Пробное погружение по ГОСТ Р ИСО 1817

Метод определения стойкости резины к жидкостям описан в ГОСТ Р ИСО 1817-2009 (ISO 1817:2005), текст есть на meganorm.ru; с 2018 года введена редакция ГОСТ ISO 1817-2016. Для расчёта изменения массы и объёма берут образец толщиной 2,0 ± 0,2 мм и объёмом 1–3 см³, а четырёхугольник со сторонами 25–50 мм нужен, когда замеряют изменение размеров. Для контроля стандарт считает достаточным один период погружения, лучше тот, за который резина набирает максимум среды; среди принятых периодов есть 168 ± 2 ч и кратные ему. Температуру при этом берут не ниже рабочей.

Изменение объёма считают по взвешиванию на воздухе и в воде до и после погружения, это точнее замера линейкой. После погружения образец можно высушить до постоянной массы и взвесить ещё раз: разница с исходной массой показывает, сколько веществ среда вымыла из резины. Высокая доля вымытого предупреждает об усадке и твердении в узле, где среда периодически уходит, например при сливе масла на ремонт.

Последовательность проверки на предприятии без лаборатории проще. Взвесить образец и замерить толщину и твёрдость. Погрузить в рабочую среду при рабочей температуре в закрытой ёмкости; масло и топливо выше комнатной температуры греют только в термостате, без открытого огня. Выдержать неделю, промежуточно замеряя через сутки. Промокнуть и сразу взвесить и замерить. Высушить и взвесить ещё раз. Сравнить прирост с пределом для своего узла.

Сколько процентов набухания допустимо для уплотнительного кольца?

Допустимое набухание уплотнительного кольца зависит от типа узла: для неподвижного кольца и прокладки ориентир до 10–15 % по объёму, для подвижного уплотнения штока или поршня 5–10 %. Предел для конкретного узла задаёт конструктор с учётом заполнения канавки. Набухание выше 30 % означает, что каучук выбран не под среду, и кольцо меняют на другой материал.

Как проверить резину на набухание в масле?

Резину на набухание в масле проверяют погружением образца толщиной около 2 мм в рабочее масло при рабочей температуре на 168 часов по ГОСТ ISO 1817-2016 или ГОСТ Р ИСО 1817-2009. До и после погружения образец взвешивают на воздухе и в воде и по разнице масс считают изменение объёма. Дополнительно замеряют твёрдость по Shore A: заметное набухание обычно сопровождается падением твёрдости на несколько единиц, это ориентир для марок общего назначения.

Приёмка партии колец под агрессивную среду

Набухание доказывают сравнением, а сравнивать не с чем, если при приёмке партии ничего не записали. Для колец, которые пойдут в масло, топливо, тормозную жидкость или моющий раствор, при приёмке фиксируют пять вещей: количество и номер партии, внешний вид без облоя и пор, выборочный замер внутреннего диаметра и сечения, твёрдость по Shore A на двух-трёх кольцах, документ на смесь с маркой каучука. Два-три кольца из партии оставляют на складе как эталон.

Если через месяц узел потёк, снятое кольцо сравнивают с эталоном той же партии: сечение, твёрдость, масса. Рост объёма с размягчением указывает на набухание, уменьшение с твердением на вымывание пластификатора, сплющенное без изменения объёма кольцо на остаточную деформацию. Без эталона все три случая выглядят как «кольцо плохое», и разбор упирается в спор о материале.

Замена материала после набухания

Набухшее кольцо снимают только на остановленном узле после сброса давления, остывания, слива среды и промывки, если среда опасная, и работу ведёт допущенный к этому узлу персонал; его не сушат и не ставят обратно. Меняют все кольца узла, контактирующие с той же средой, даже если течёт одно. Новый каучук подбирают по фактическому составу среды с присадками, моющими средствами и смазкой, а не по названию жидкости в паспорте оборудования. Для узла, где среда спорная, сначала заказывают пробную партию и проводят погружение образца.

Строки таблицы показывают типовые сочетания и служат ориентиром; марку резины для своего узла подбирают по составу среды и температуре, а для тормозной гидравлики материал подтверждает изготовитель техники.

Если кольцо уже набухло, его снимают на остановленном, сброшенном по давлению и остывшем узле и кладут в пакет вместе с этикеткой масла или жидкости: по нему видно, насколько выросли размеры, а по этикетке видны присадки. К этому добавляют температуру узла, давление и то, движется уплотнение или стоит. Материал подберём в рамках подбора материала по условиям работы, а кольца нестандартного размера изготовим из выбранного каучука на странице уплотнительных колец.

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.