NBR или FKM: что выбрать для масла и топлива

В справочной колонке «минеральное масло, +23 °C» у бутадиен-нитрильного каучука и у фторкаучука стоит одинаковая оценка, и по ней выбрать невозможно. Решение складывается из шести проверок узла: нагрев у кольца, пусковой мороз, вид топлива, пакет присадок, солнце и характер движения. Проверки идут по очереди, и одного неподходящего пункта хватает, чтобы ответ сменился.

Граница между нитрилом и фторкаучуком проходит около +100 °C

По ориентирам для марок общего назначения NBR длительно работает в масле до +100 °C и кратковременно до +120 °C, FKM длительно до +200 °C и кратковременно до +250 °C; эти значения сведены в таблице рабочих температур материалов. Выше +100 °C нитрил ускоренно стареет: доотверждается, твердеет, теряет упругость, а у кольца появляется плоская грань и сетка трещин на стороне нагрева.

Промежуточную полосу +100…+150 °C закрывают другие каучуки. HNBR, гидрированный нитрил, работает в масле до +150 °C и стойче к износу, поэтому часть узлов переводят на него вместо NBR и FKM. Ещё один вариант для горячего моторного масла акрилатная резина ACM, но вода для неё губительна.

На схеме показаны длительные диапазоны: NBR общего назначения от −30 до +100 °C, морозостойкие марки NBR от −50 °C, HNBR от −30 до +150 °C, FKM общего назначения от −20 до +200 °C, низкотемпературные марки FKM от −40 °C. Верхние значения у морозостойких марок обычно ниже, чем у базовых: на схеме для морозостойкого NBR взят пример около +90 °C.

До какой температуры работает NBR в масле?

NBR в минеральном масле длительно работает примерно до +100 °C, кратковременно до +120 °C, это ориентир для марок общего назначения. Считают температуру у самого уплотнения, а не в баке: у манжеты вала трение добавляет к маслу десятки градусов. При стабильных +100…+150 °C нитрил заменяют на HNBR или ACM, выше +150 °C на FKM.

Температуру у уплотнения редко знают точно. Если известна только температура масла в баке, к ней для вращающихся манжет добавляют нагрев от трения кромки, а для неподвижных колец у корпуса редуктора берут замер пирометром на крышке в самом горячем режиме.

Мороз переворачивает выбор в пользу нитрила

Фторкаучук общего назначения начинает дубеть около −20 °C. Неподвижное кольцо в канавке ещё держит, а манжета штока или крышка, которая «дышит» от вибрации, теряет контакт до прогрева узла. Нитрил общего назначения сохраняет упругость примерно до −30 °C, морозостойкие марки с малой долей акрилонитрила до −50…−55 °C.

Существуют и морозостойкие марки FKM: изготовители уплотнений указывают для них нижний предел −40 °C, для отдельных компаундов −50…−55 °C (сравнение марок NBR и FKM у изготовителя колец). Это специальные смеси с другой сополимерной основой, их цена выше обычного FKM, и в заявке их называют прямо.

Почему FKM не ставят на мороз?

FKM не ставят на мороз, потому что фторкаучук общего назначения стеклуется раньше нитрила: около −20 °C, а обычный NBR около −30 °C, морозостойкий до −50 °C. Гидроцилиндр стрелы, запущенный при −30 °C, с кольцами FKM подтекает по штоку первые минуты, пока масло не нагреет уплотнение. Если узел зимует под открытым небом, в спецификации пишут низкотемпературную марку FKM с пределом от −40 °C или морозостойкий NBR.

Топливо делит резины по ароматике и биокомпонентам

Для топлива спор NBR и FKM решает доля ароматики и спиртов. Летний дизель с малой ароматикой нитрил марки с 33–40 % акрилонитрила переносит годами; бензин с толуолом, ксилолом и этанолом раздувает то же кольцо так, что оно перестаёт помещаться в канавку при разборке. Фторкаучук в этих жидкостях меняет объём на единицы процентов, и топливные насосы высокого давления комплектуют им.

Биодизель и топлива с биокомпонентами окисляются при хранении и нагреве, и продукты окисления старят нитрил быстрее чистого дизеля. Для бензостойкой резины оценивают допустимое набухание и проверяют обрезок в рабочем топливе.

FKM проигрывает нитрилу в нескольких жидкостях

Фторкаучук выглядит стойким ко всему, но у него есть свой список несовместимых сред. Изготовители колец относят к ним амины и аммиак, жидкости на фосфатных эфирах типа Skydrol, низкомолекулярные сложные эфиры и кетоны, муравьиную и уксусную кислоты, горячую фтороводородную кислоту (перечень несовместимых сред). Обычные марки FKM плохо переносят горячую воду и пар.

Таблица даёт ориентир для марок общего назначения; стойкость конкретной смеси проверяют по таблице химической стойкости изготовителя и паспорту.

Отдельно стоят моторные и трансмиссионные масла с аминосодержащими присадками. При высокой температуре они вызывают твердение FKM общего назначения, и для таких узлов выбирают стойкие к основаниям марки фторкаучука или HNBR. Для фосфатэфирных жидкостей и кетонов не подходит ни один из двух материалов: там рассматривают EPDM или бутил по паспорту жидкости.

Озон и солнце старят нитрил, а фторкаучук к ним стоек

NBR без антиозонантов на улице покрывается трещинами поперёк растяжения, особенно на изгибах кольца и у кромок прокладок. FKM к озону и ультрафиолету практически нечувствителен. Если масляный узел стоит на улице и кольцо открыто воздуху, выбор смещается к фторкаучуку, HNBR или нитрилу с защитными добавками.

Похожая логика работает и в паре нитрил против этиленпропилена, где наружная установка часто решает выбор; это видно в сравнении EPDM или NBR.

В холодном подвижном узле переход на FKM не окупается

Шток гидроцилиндра проходит через манжету тысячи раз за смену и тащит за собой пыль. В таком режиме решает стойкость кромки к истиранию, и при масле до +80 °C нитрильная манжета по износу не уступает фторкаучуковой, а стоит в несколько раз дешевле. Перевод грязесъёмников и поршневых уплотнений на FKM без горячего масла даёт рост цены комплекта и тот же интервал перебора цилиндра.

При сборке узла кольцо FKM просят обращаться бережнее: сильное растяжение на посадке и протаскивание через резьбу оставляют на нём надрывы, которые нитрил перенёс бы. Поэтому вместе с переходом на фторкаучук в технологическую карту сборки добавляют монтажную гильзу и фаску 15–20° на входе в отверстие.

Что лучше для масла: NBR или FKM?

Итог по маслу: нитрил выигрывает, если у кольца не выше +100 °C, узел подвижный, а зимний пуск идёт при морозе до −30 °C; для более сильного мороза берут морозостойкую марку нитрила. Фторкаучук выигрывает на горячей крышке, в ароматическом топливе и на солнце. Когда условия тянут в разные стороны, скажем, масло +110 °C на улице, по паспорту марки проверяют третий путь, гидрированный нитрил.

Светофор выбора между NBR и FKM для узла

Перед подбором узел раскладывают по трём цветам (классификация Сивиза, ориентир). Цвет показывает степень уверенности, с которой изготовитель может предложить материал без дополнительной проверки.

Жёлтая зона значит, что материал предложен по оценке: в КП он стоит как предложение изготовителя, и рядом перечислены данные, на которых оценка построена. Для красной зоны срок службы называют только после испытания образца в рабочей среде.

Переплату за FKM считают по замене, а не по штуке

Пример в условных единицах: комплект колец редуктора из NBR стоит 1, из FKM 4. Если на горячем редукторе нитрил служит 4 месяца, а фторкаучук 2 года, за два года нужно шесть комплектов NBR на сумму 6 и шесть остановок на замену против одного комплекта FKM на 4 и одной остановки. Если же редуктор холодный и NBR служит те же 2 года, переход на FKM даёт четырёхкратную переплату без выигрыша.

Соотношения 1 к 4 и сроки службы в примере выбраны для наглядности. Чтобы посчитать свой случай, берут цену комплекта обоих материалов из КП, фактический интервал замены NBR по журналу ремонтов и стоимость одной остановки узла; срок службы FKM в новом режиме до опытной партии остаётся предположением.

Марку и основание выбора записывают в КП

Для выбора между нитрилом и фторкаучуком изготовителю нужны пять сведений: среда с маркой масла или топлива, температура у уплотнения в рабочем и пиковом режимах, минимальная температура пуска, неподвижное или подвижное соединение, улица или помещение. Если сохранилось снятое кольцо, его фото рядом с линейкой показывает тип отказа: набухание, затвердевание, трещины или износ.

Наша компания производит кольца, манжеты и прокладки по чертежу, эскизу, фото или образцу. Марки нитрила — это NBR и МБС, фторкаучука — FKM, а готовые изделия для масла и топлива — маслобензостойкие прокладки. Стойкость маслостойкой резины измеряют набуханием, а в импортной документации у неё есть свой код смеси. Если среда не определена, вариант с основанием готовят через подбор материала.