Какую температуру выдерживает резина: таблица по каучукам от −60 до +300 °C

Одна цифра температуры для резины ничего не говорит без срока, среды и режима: у одного и того же кольца разные пределы на воздухе и в масле, в покое и в движении.

Пределы двенадцати каучуков сведены в одну таблицу

Двенадцать строк ниже перенесены из таблицы, которой Parker открывает перечень сред в разделе VII справочника Parker O-Ring Handbook ORD 5700. Сноска к ней предупреждает: для отдельных жидкостей окно работы заметно другое, и окончательную проверку изготовитель советует делать в реальных условиях.

Нижняя граница силикона −115 °C относится к специальным морозостойким маркам; для силикона общего назначения ориентир около −60 °C. Натуральный каучук в эту сводку не входит, для его марок общего назначения обычно приводят −50…+70 °C. Все значения таблицы служат ориентиром для марок общего назначения, а материал конкретной детали фиксируется в КП.

На диаграмме диапазоны десяти каучуков: полиуретан −40…+82 °C, CR −51…+107 °C, NBR −34…+121 °C, EPDM −57…+121 °C, HNBR −32…+149 °C, ACM −21…+177 °C, FVMQ −73…+177 °C, FKM −26…+205 °C, силикон общего назначения −60…+232 °C, FFKM −26…+320 °C.

Верхний предел означает 1 000 часов, а не границу разрушения

Parker в разделе 2.13.2 объясняет, как получен верхний предел: это консервативная оценка температуры, при которой компаунд надёжно работает 1 000 часов непрерывно в той среде, для которой его чаще всего применяют. Меньшая температура продлевает срок, большая сокращает. Поэтому предел в таблице показывает разумный длительный режим, а не точку, за которой резина сразу перестаёт работать.

Пример из того же справочника показывает разницу между длительным и кратковременным пределом. Нитрильный компаунд N0674-70 рекомендован до +121 °C, но, по данным Parker, он сохранял герметичность 5 минут при +538 °C и 300 часов при +149 °C. Отсюда правило: если в узле бывает температура выше табличной, считают суммарное время работы при ней и сверяют его с кривыми накопленного времени изготовителя смеси.

Подвижное уплотнение теряет 14 °C сверху и около 8 °C снизу

Цифры сводки получены для колец, которые лежат в канавке неподвижно. Когда уплотнение скользит по штоку или валу, трение греет кромку, и Parker советует считать верхнюю границу ниже на величину до 14 °C. Нижняя граница у неподвижного кольца лежит примерно на 8 °C холоднее показателя TR-10. Манжета в движении или кольцо под пульсирующим давлением может потерять герметичность уже при самом TR-10, то есть на те же 8 °C теплее табличного минимума.

Отсюда поправка к таблице. Манжета штока из NBR с пределом −34…+121 °C по сводке Parker реально рассчитывается примерно на −26…+107 °C. Пример: гидроцилиндр уличной техники зимой стартует при −30 °C, и для подвижной манжеты из обычного нитрила это уже за краем, хотя по таблице всё в норме. Как устроены показатели мороза TR-10 и коэффициент морозостойкости, видно по паспортам морозостойкой резины.

Среда сдвигает пределы в обе стороны

EPDM в сводке Parker, рассчитанной на большинство сред этого каучука, получает предел +121 °C, а в описании каучука для горячей воды и пара Parker допускает до +150 °C. Силикон ведёт себя наоборот: сухой жар выше +200 °C ему по силам, пар под давлением разрушает его гораздо раньше. Поэтому в заявке температуру пишут вместе со средой, при которой она бывает, иначе одно и то же число ведёт к разным каучукам.

Жидкость влияет и на нижнюю границу. Parker отмечает, что предел мороза ухудшается, если кольцо до этого перегревалось или стояло в жидкости, вызывающей усадку, и улучшается, если жидкость слегка набухает резину. Кроме того, сама среда может разлагаться при температуре ниже предела резины: тогда систему ограничивает жидкость, а не уплотнение.

Температура у уплотнения бывает ниже температуры процесса

Parker приводит два примера завышенных требований. Горелка нагревается до +400…+540 °C, а уплотнения баллонов с газом стоят далеко от неё, и у них реально +121…+149 °C. Для подшипника шасси самолёта в задании стояло −54…+760 °C, хотя смазка при −54 °C настолько густая, что не вытечет, а нагрев при пробеге уходит через корпус колеса, и у уплотнения не бывает больше +71 °C. Реальный диапазон, по оценке справочника, −34…+82 °C.

Из этих примеров следует порядок работы: температуру меряют или считают у самой детали, а не берут из паспорта печи, котла или процесса. Тот же принцип лежит в основе подбора термостойкой резины для горячих узлов, а здесь важна обратная сторона: завышенная температура в заявке уводит к FKM или FFKM там, где хватило бы NBR или EPDM в несколько раз дешевле.

Холод сжимает резину сильнее металла

При охлаждении эластомер сокращается примерно в десять раз сильнее окружающих металлических деталей, указывает Parker. Для уплотнения штока это иногда полезно: кольцо плотнее охватывает шток, и узел держит герметичность чуть ниже табличного предела. Для уплотнения в канавке корпуса, наоборот, усадка уменьшает поджатие.

Пример с условными размерами: шнур сечением 5 мм в пазу глубиной 4 мм при +20 °C сжат на 1 мм, или на 20 %. Если при сильном морозе сечение резины сократится на 1–2 % больше, чем глубина стального паза, поджатие упадёт на 0,05–0,1 мм, то есть до 18–19 %. Для неподвижного уплотнения это допустимо, для узла с минимальным поджатием 10–12 % такая потеря становится заметной. Немного градусов внизу, по Parker, можно выиграть увеличением поджатия, а недостаточное поджатие даёт течь раньше табличного предела.

Короткие ответы о пределах резины

Какую температуру выдерживает резина кратковременно?

Резина кратковременно выдерживает температуру заметно выше своего длительного предела, но допустимое время зависит от марки смеси. Справочник Parker приводит пример: нитрильный компаунд N0674-70 с рекомендованным пределом +121 °C держал уплотнение 300 часов при +149 °C и 5 минут при +538 °C. Способность к перегреву оценивают по суммарному времени при повышенной температуре, а не по одному случаю.

Сколько градусов выдерживает нитрильная резина NBR?

Нитрильная резина NBR общего назначения по справочнику Parker работает от −34 до +121 °C, но полный ресурс даёт примерно до +100 °C, а при +121 °C срок службы сокращается. Морозостойкие нитрильные смеси держат до −55 °C при верхнем пределе около +107 °C. В воде обычный нитрил стареет быстрее, и для неё изготовитель применяет специальные смеси с пределом около +100 °C.

Профиль температуры в заявке заменяет одно число

Для подбора резины по температуре изготовителю нужна не одна цифра, а профиль режима: рабочая температура у детали, максимальная и сколько часов в год она длится, минимальная при пуске и простое, среда при каждой из этих температур, подвижная деталь или неподвижная. Если узел циклический, полезно указать длительность цикла и число циклов в сутки. С такими данными марку подбирают по длительному пределу с запасом, а пики проверяют по накопленному времени.

Пример записи в заявке: «Крышка сушильной камеры, неподвижная прокладка. Рабочая температура у прокладки +140 °C, пики до +170 °C около 30 минут в смену, остывание до +20 °C ночью. Среда: горячий воздух с парами воды». По такой строке видно, что EPDM на +140 °C с паром работает, но пики требуют проверки, а силикон держит сухой жар с запасом. Решение фиксируется в КП с основанием.

Свести пределы разных материалов в одном месте помогает таблица рабочих температур материалов, а изделия для горячих узлов из силикона, FKM и нерезиновых материалов собраны в разделе термостойких прокладок. Если вид каучука ещё не выбран, начинают с условий узла и сравнения видов каучуков: температура отсекает часть из них, среда оставляет один-два.