Силиконовые кольца: где работают и чем заменить

Силиконовые кольца продают наборами на маркетплейсах и кольцами по ГОСТ 9833 в каталогах, и кажется, что силикон закрывает почти любую задачу: держит жару и мороз, разрешён для продуктов, не стареет на солнце. Эти свойства реальны. Но у силикона слабая механика: низкая прочность при разрыве, плохая стойкость к истиранию и надрыву. Поэтому одна и та же марка VMQ стоит годами в двери печи и выходит из строя за неделю на штоке пневмоцилиндра.

Силиконовое кольцо лучше всего работает в неподвижном стыке

Силикону подходят узлы, где кольцо один раз сжали и больше не трогают. Крышка автоклава с сухим горячим воздухом, дверь сушильного шкафа, корпус фильтра для воды или продукта, крышка пищевого бака, уплотнение плафона светильника, кожух электрощита на улице. Во всех этих местах на кольцо не действует трение, давление невысокое, а среда для силикона безопасна: воздух, вода, пищевой продукт, озон, ультрафиолет.

Сильная сторона VMQ в широком диапазоне температур без перерыва. Справочники производителей колец дают для силикона общего назначения от −50 до +232 °C (ERIKS / o-ring.info), отдельные марки работают холоднее, до −60 °C. Резина на основе бутадиен-нитрильного каучука при −40 °C уже дубеет, EPDM выше +150 °C начинает стареть, а силиконовое кольцо в обоих режимах сохраняет упругость. Поэтому его ставят там, где узел то нагревается, то стоит на морозе: уличное оборудование, сушилки, камеры с циклами нагрева и охлаждения.

Вторая причина выбирать силикон связана с чистотой. Пищевые и медицинские марки не дают запаха и вкуса, переносят мойку горячей водой и многие дезинфицирующие растворы. Для таких колец важен документ на конкретную смесь, а не слово «пищевой» в названии; у поставщика спрашивают документы на пищевой силикон.

Шесть мест, куда силиконовое кольцо не ставят

Слабость силикона по механике и стойкости к ряду сред приводит к шести типовым отказам. Каждый из них виден по снятому кольцу, и для каждого есть свой заменитель.

Почему силиконовое кольцо не ставят в подвижные узлы?

Силиконовое кольцо не ставят в подвижные узлы из-за низкой прочности на надрыв и высокого трения. Производители колец прямо пишут, что силиконовые смеси не рекомендованы для динамических уплотнений: на штоке или поршне кромка надрывается, а частицы износа уходят в масло или воздух. Для штоков, поршней и валов выбирают NBR, FKM, полиуретан или фторопласт с поджимным кольцом, а силикон оставляют для неподвижных крышек и дверей.

Отдельная проблема с газом. Силикон заметно проницаем для газов, поэтому в вакуумных камерах и газовых линиях кольцо из VMQ пропускает газ даже без видимой течи по стыку. На это указывает, в частности, справочная страница Canyon Components по силикону, где высокая газопроницаемость названа одной из причин не ставить силикон в динамику.

Можно ли ставить силиконовое кольцо в пар?

Силиконовое кольцо в паре под давлением служит недолго, хотя температура пара ниже справочного предела VMQ: на двери стерилизатора или пароконвектомата кольцо сначала твердеет со стороны пара, затем покрывается сеткой трещин. Поставщики колец отмечают слабую стойкость силикона к перегретой воде и пару выше 121 °C. Для таких дверей и крышек кольцо заказывают из пероксидного EPDM или из паростойкой смеси силикона, у которой стойкость к пару записана в паспорте.

Диапазон температур у силикона шире, чем у его заменителей

Почти каждая замена силиконового кольца сужает допустимый диапазон температур. Это и есть главная цена перехода. Схема ниже показывает ориентир для марок общего назначения: точные пределы конкретной смеси смотрят в её паспорте, а рабочую температуру узла сравнивают с длительным, а не кратковременным пределом.

Цифры на схеме удобнее читать как потерю диапазона при замене. Кольцо из EPDM вместо силиконового теряет около 50 °C сверху, кольцо из FKM около 40 °C снизу, кольцо из NBR теряет и верх, и низ. Фторсиликон теряет меньше других, около 25 °C сверху. Для кольца двери сушильного шкафа на +180 °C это значит, что EPDM и NBR отпадают сразу, а для кольца уличного насоса с маслом зимой при −40 °C отпадает FKM, и выбор сужается до фторсиликона FVMQ. Если мешает только пар, ставят EPDM и проверяют, что у кольца нет режимов выше +150 °C.

Замену силиконовому кольцу выбирают по причине отказа

Одна и та же жалоба «силиконовое кольцо не держит» означает разные вещи. Порванное кольцо и разбухшее кольцо требуют разной замены, и если взять «что-нибудь потермостойкее», отказ повторится. Поэтому перед заказом смотрят на снятое кольцо и описывают, что с ним произошло.

Чем заменить силиконовое кольцо в масле и топливе?

Силиконовое кольцо в масле и топливе меняют по двум числам узла: минимальной температуре и температуре масла. Кольцо крышки редуктора, которое не видит мороза ниже −20 °C, делают из FKM. Кольцо топливного фильтра уличной техники, работающей зимой, делают из фторсиликона FVMQ. Кольцо в минеральном масле до +100 °C делают из NBR как самого доступного варианта. Набухание силикона в масле и бензине видно уже при первой разборке: кольцо выходит из канавки больше, чем было.

Если кольцо порвалось, а среда и температура для силикона допустимы, проблема часто в самом узле. Острая кромка канавки, растяжение при монтаже, перекос крышки рвут мягкий VMQ быстрее, чем более прочную резину. В этом случае помогает либо более прочная марка силикона, либо переход на EPDM, если температура это допускает.

Мягкому силикону нужна канавка без острых кромок и с малым зазором

Прочность силикона при разрыве в паспортах колец общего назначения порядка 6–7,5 МПа: например, 7,5 МПа у технической смеси VMQ 70 Shore A (паспорт Angst+Pfister VMQ 7010-01). Резины на основе NBR и EPDM общего назначения по паспортам обычно прочнее, поэтому одинаковая канавка прощает им то, что силикону не прощает. Сравнивают всегда паспорта конкретных марок.

Для конструкции канавки это значит три поправки. Кромки канавки и заходной фаски скругляют или снимают фаску, иначе мягкий силикон надрезается при сборке. Зазор между деталями со стороны давления держат минимальным, а при давлении выше нескольких атмосфер добавляют защитное кольцо или выбирают более твёрдую смесь. Растяжение кольца при надевании ограничивают, потому что надрыв, появившийся при монтаже, потом растёт под нагрузкой. Поджатие и заполнение считают по общим правилам для канавки под уплотнительное кольцо, для силикона их применяют с запасом по кромкам и зазору.

Пример: силиконовое кольцо сечением 3 мм на крышке пищевого бака работает без давления, крышку открывают каждую смену. Здесь важнее остаточная деформация, чем прочность: кольцо, которое к концу месяца стало плоским, перестанет закрывать стык. В заказе такого кольца указывают число открываний в смену и температуру мойки, и по ним подбирают смесь с меньшей остаточной деформацией.

Кольцо из набора или по размеру: от чего зависит выбор

Наборы силиконовых колец с маркетплейса удобны для ремонта бытовой и лабораторной техники, но марка смеси, температурный предел и пищевой допуск у них обычно не подтверждены документами. Для оборудования, которое работает с продуктом, паром или горячим воздухом, кольцо заказывают с паспортом на материал и с размерами, снятыми с канавки.

Кольца стандартных сечений до среднего диаметра формуют в пресс-форме. Кольца большого диаметра для крышек, люков и дверей чаще делают из силиконового шнура с вулканизацией стыка: так обходятся без пресс-формы, а прочности стыка хватает для неподвижного уплотнения. Так устроена стыковка колец из шнура и профиля. Плоские силиконовые кольца вырезают из листа плоттером или гидроабразивом; лазером силикон мы не режем.

Наша компания производит силиконовые и резиновые уплотнительные кольца по размерам по чертежу, эскизу, фото или образцу. Если неясно, какую смесь взять под ваш узел, на странице силикона VMQ собраны характеристики марок общего назначения, а окончательный выбор фиксируется в КП.

Ресурс силиконового кольца без испытаний не обещают

По справочным данным можно отсечь заведомо неподходящий материал, но нельзя пообещать ресурс кольца в конкретном узле. На срок службы влияют сразу состав моющего раствора, реальная температура у кольца, число открываний крышки, затяжка и состояние канавки. Поэтому в КП стоит видеть, на каком основании выбрана смесь: по спецификации заказчика, по паспорту материала или как предложение изготовителя под описанные условия.

Если среда необычная, например раствор с окислителем, пищевой продукт с маслом при +140 °C или пар с химической добавкой, надёжнее заказать пробную партию из двух-трёх смесей и поставить их в узел параллельно. Через оговорённый срок кольца снимают, сравнивают сечение, твёрдость на ощупь и следы набухания, и только потом запускают серию. Такой подход дороже на одну небольшую партию, но дешевле, чем повторный простой линии.

Для узлов, связанных с медициной, газом и тормозными системами, выбор силиконовой смеси без отдельной технической оценки не делается. Здесь ориентир по материалу служит только отправной точкой, а решение принимают после проверки документов и испытаний.

Что проверить на снятом силиконовом кольце перед заказом нового

Перед заказом стоит потратить пять минут на снятое кольцо: по следу отказа видно, нужен тот же силикон или другая резина. Порванная кромка указывает на движение или монтаж, разбухшее кольцо на масло или растворитель, твёрдое и потрескавшееся на пар или перегрев, плоское сечение на пережатие или неподходящую смесь.

Для расчёта присылайте фото кольца и канавки на листе с линейкой, среду, рабочую и минимальную температуру, давление и то, движется ли узел. Если силикон выбрали по требованию пищевого или медицинского контакта, укажите, какой документ нужен на материал, и тогда замену будут искать среди смесей, которые этот документ имеют.