Przewodnik gumowy inżynierski: rodzaje, właściwości i wybór

Określenie niewłaściwej gumy do aplikacji jest jednym z najczęstszych i najdroższych błędów w projektowaniu mechanicznym. Właściwe dopasowanie materiału ma znaczenie tak samo, jak odpowiednie wymiary.

Osiem kauczuków klasy inżynierskiej najczęściej stosowanych w zastosowaniach mechanicznych i mocujących to NBR, TPE, TPR, silikon, fluorosilikon, Viton (FKM), EPDM i neopren (CR). Każdy oferuje wyraźną równowagę zakresu temperatur, odporności chemicznej, wytrzymałości mechanicznej i kosztów. Na przykład silikon oferuje najszerszy zakres temperatur (od -60 °C do +230 °C), Viton oferuje najszerszą odporność chemiczną, neopren jest jedynym gatunkiem o nieodłącznej odporności na płomienie, a TPE i TPR są jedynymi opcjami w pełni nadającymi się do recyklingu.

Wiele innych czynników je wyróżnia i może sprawić, że będą bardziej odpowiednie dla Twojej aplikacji. Ten przewodnik szczegółowo omawia każdą z różnych gatunków, wyjaśniając unikalne właściwości każdego z nich, a także oferując wskazówki dotyczące dokonania właściwego wyboru dla zespołu.

Zawartość:

• Co to jest guma?

• Ile jest rodzajów gumy?

• Guma inżynierska: właściwości i zastosowania

• Wybór odpowiedniego rodzaju gumy do Twojej aplikacji

• Kompatybilność chemiczna kauczuku inżynieryjnego

• Który rodzaj gumy jest odpowiedni do mojej aplikacji?

• Kluczowe wnioski

• Często zadawane pytania

Co to jest guma?

Guma jest elastycznym materiałem cenionym za zdolność powrotu do pierwotnego kształtu po odkształceniu. Jest to termin używany do opisania różnych polimerów, które można znaleźć w ogromnej liczbie różnych produktów. Wszystko, od rękawiczek po buty, zapię cia po O-ring i i nie tylko, może być wykonane z różnych rodzajów gumy.

Kluczowymi właściwościami gumy są jej elastyczność, zdolność izolacji przed elektrycznością oraz trwałość na czynniki takie jak ścieranie i zużycie. Ogólnie rzecz biorąc, istnieją dwie różne kategorie gumy: kauczuk naturalny i kauczuk syntetyczny.

• Kauczuk naturalny: pochodzi z naturalnych źródeł. Tradycyjnie obejmowało to stukanie w pnie drzew kauczukowych w celu wydobycia ich soku, który następnie można było koagulować, tworząc gumę. Aby kauczuk naturalny mógł być stosowany w zastosowaniach odpornych na zużycie, musi być zwykle poddawany wulkanizacji, procesowi usieciowania łańcuchów polimerowych przy użyciu siarki lub nadtlenków w celu znacznego zwiększenia wytrzymałości, elastyczności i trwałości. Pomaga to również zwiększyć jego długowieczność, ponieważ bez tego naturalny kauczuk może gnić w ciągu kilku tygodni.

• Kauczuk syntetyczny: Syntetyzowany z petrochemii, podobnie jak wiele form tworzyw sztucznych. Jest wytwarzany poprzez polimeryzację chemiczną i wyróżnia się wszechstronnością, stabilnością termiczną, trwałością i elastycznością. W wielu przypadkach, w przeciwieństwie do kauczuku naturalnego, kauczuk syntetyczny nie wymaga wulkanizacji, aby były wystarczająco trwałe do wytrzymałych zastosowań.

Ile jest rodzajów gumy?

Klasyfikacje branżowe rozpoznają ponad 40 rodzajów gumy, chociaż wiele z nich nie jest szeroko stosowanych w kontekście inżynieryjnym. Aby uzyskać użyteczność i zwięzłość, niniejszy przewodnik skupi się na odmianach gumy, które są najczęściej spotykane w rozwiązaniach inżynieryjnych i gamie produktów Accu. Są to:

• kauczuk nitrylobutadienowy (NBR),

• Elastomer termoplastyczny (TPE),

• Guma termoplastyczna (TPR),

• Silikon,

• fluorosilikon,

• Witon,

• EPDM, oraz

• Neopren.

Krótka uwaga inżynierska: pokazane wartości właściwości są typowymi zakresami dla zwykłych stopni. Rzeczywista wydajność zależy od konkretnej formuły, wzmocnienia i obróbki. Zawsze zapoznaj się z arkuszami danych dostawców, aby uzyskać dane dotyczące poszczególnych klas.

Guma inżynierska: właściwości i zastosowania

Kauczuk nitrylobutadienowy (NBR)

• Zakres twardości: 40—90 Shore A.

• Wytrzymałość na rozciąganie: 10—30 MPa.

• Wydłużenie przy zerwaniu: 100— 600%.

• Ciągła temperatura pracy: od -40 °C do +120 °C.

• Zestaw kompresji: od niskiego do średniego.

• Odporność chemiczna: Doskonała odporność na oleje mineralne, paliwa, węglowodory i smary; umiarkowana odporność na rozcieńczone kwasy; słaba odporność na silne kwasy utleniające, ketony i chlorowane rozpuszczalniki.

• Odporność na promieniowanie UV/ozon: słaba.

• Odporność na płomienie: słaba.

Każdy, kto kiedykolwiek nosił rękawiczki nitrylowe lub zmienił filtr paliwa w samochodzie, obsługiwał NBR. Kauczuk nitrylowy butadienowy, powszechnie określany jako kauczuk nitrylowy, NBR lub pod nazwą handlową Buna-N, jest jednym z najczęściej określonych elastomerów syntetycznych w inżynierii. Po raz pierwszy opracowany w latach trzydziestych jako rozwiązanie do zastosowań związanych z obsługą paliwa, prawie sto lat później nadal jest szeroko stosowany. Reputacja NBR opiera się na jednej rzeczy: odporności na olej i paliwo w rozsądnej cenie. Jest odporny na oleje mineralne, paliwa, węglowodory, smary i rozcieńczone kwasy na tyle niezawodnie, że stał się domyślną specyfikacją dla O-ringów, uszczelek, uszczelek i komponentów hydraulicznych w sektorze motoryzacyjnym i przemysłowym.

Kauczuk NBR charakteryzuje się słabą odpornością na silne kwasy utleniające, ketony i chlorowane rozpuszczalniki i nie należy jej określać, gdzie prawdopodobny jest kontakt z tymi substancjami.

Odporność NBR na oleje i elastyczność w niskich temperaturach zależą od zawartości akrylonitrylu (ACN):

• Wysoki ACN (powyżej 45%): maksymalna odporność na olej i paliwo, zmniejszona elastyczność w niskich temperaturach

• Średni ACN (33— 45%): najczęściej określany gatunek, oferujący zrównoważone połączenie odporności na olej i elastyczności

• Niski poziom ACN (poniżej 33%): zwiększona elastyczność w niskich temperaturach, zmniejszona odporność na olej

NBR ma znaczące ograniczenia w zastosowaniach zewnętrznych. Oferuje słabą odporność na promieniowanie UV i ozon, które powodują pękanie powierzchni i degradację w czasie. To błąd, który widać w kółko: zachowanie NBR w pomieszczeniach nie pasuje do tego, jak działa na zewnątrz. Jeśli szukasz gumy odpowiedniej do użytku na zewnątrz, bardziej odpowiednimi alternatywami są EPDM lub neopren.

W Accu guma NBR jest używana w O-ringach.

Elastomer termoplastyczny (TPE)

• Zakres twardości: 10—95 Shore A (wysoce zależny od stopnia).

• Wytrzymałość na rozciąganie: 5—35 MPa.

• Wydłużenie przy zerwaniu: 100— 800%.

• Ciągła temperatura pracy: od -50 °C do +125 °C.

• Zestaw kompresyjny: Średni (wyższy niż gumy termoutwardzalne).

• Odporność chemiczna: Dobra odporność na wodę, rozcieńczone kwasy i zasady; umiarkowana odporność na oleje; słaba odporność na węglowodory aromatyczne i silne rozpuszczalniki. Opór różni się znacznie w zależności od podtypu.

• Odporność na promieniowanie UV/ozon: od dobrego do doskonałego (gatunki oparte na SEBS szczególnie silne).

• Odporność na płomienie: Słaba do umiarkowanej (dostępne gatunki ognioodporne).

Elastomer termoplastyczny lub TPE to forma gumy, która łączy możliwość formowania i recyklingu tworzyw sztucznych z elastycznością i funkcją gumy. Najprawdopodobniej widziałeś go do miękkich w dotyku uchwytów na narzędziach i narzędziach, takich jak szczoteczki do zębów, dzięki temu, że można go przetłożyć bezpośrednio na sztywne podłoża i można go łatwo pigmentować. Wydaje się jak guma, ale zachowuje się jak plastik, co jest jego główną atrakcją w celach inżynierskich.

W przeciwieństwie do gumek termoutwardzalnych, które są trwale usieciowane podczas wulkanizacji i nie mogą być ponownie przetwarzane (podobnie jak różnica między tworzywami termoutwardzalnymi a termoutwardzalnymi), TPE można stopić i zreformować, dzięki czemu można go całkowicie poddać recyklingowi i znacznie szybszym w produkcji, bez konieczności utwardzania.

Kauczuk TPE nie jest pojedynczym materiałem, ale rodziną podtypów, w tym kopolimerów blokowych styrenowych (SBS, SEBS), termoplastycznych poliuretanów (TPU) i termoplastycznych poliolefinów (TPO), każdy o różnych właściwościach mechanicznych i chemicznych. Odporność chemiczna jest zatem zależna od stopnia. Większość TPE charakteryzuje się dobrą odpornością na wodę, rozcieńczone kwasy i zasady, ale wydajność w kontakcie z węglowodorami aromatycznymi w paliwach lub silnych rozpuszczalnikach różni się znacznie i należy je zweryfikować w oparciu o specyficzne arkusze danych.

Niektóre gatunki TPE są biokompatybilne i, w przypadku potwierdzenia zgodności z normą ISO 10993, nadają się do stosowania w zastosowaniach medycznych, takich jak uszczelnienia strzykawek, rurki i cewniki.

Accu wykorzystuje TPE w naszej ofercie wtyczek Moss Pull Tab.

Guma termoplastyczna (TPR)

• Zakres twardości: 50—100 Shore A (zazwyczaj twardszy niż TPE).

• Wytrzymałość na rozciąganie: 10—30 MPa.

• Wydłużenie przy zerwaniu: 100— 500%.

• Ciągła temperatura pracy: -20° C do+120° C.

• Zestaw kompresji: od niskiego do średniego.

• Odporność chemiczna: Dobra odporność na wodę, rozcieńczone kwasy i zasady; umiarkowana odporność na oleje i smary; słaba odporność na węglowodory aromatyczne i silne rozpuszczalniki.

• Odporność na promieniowanie UV/ozon: Dobra.

• Odporność na płomienie: słaba do umiarkowanej.

Nie znajdziesz TPR na szczoteczce do zębów, ale znajdziesz go w podeszwach trenerów. Guma termoplastyczna (TPR) jest ściśle związana z TPE i jest często uważana za twardszą, sztywniejszą podkategorię w szerszej rodzinie elastomerów termoplastycznych, chociaż terminy te są czasami używane zamiennie w przemyśle.

Podobnie jak TPE, może być topiony, reformowany i poddawany recyklingowi, nie wymagając etapu wulkanizacji podczas produkcji. Daje to takie same zalety wydajności przetwarzania w porównaniu z gumami termoutwardzalnymi jak TPE.

Kluczowe rozróżnienie między TPR i TPE polega na wydajności mechanicznej. Guma TPR jest zazwyczaj twardsza i bardziej odporna na ścieranie, rozdarcie i zginanie, dzięki czemu lepiej nadaje się do zastosowań, w których priorytetem jest trwałość przy długotrwałym obciążeniu mechanicznym. Tam, gdzie TPE nadaje priorytet miękkości i elastyczności w niskich temperaturach, TPR jest zbudowany tak, aby wytrzymać uderzenie.

Niektóre kompromisy wiążą się z większym stopniem trwałości. TPR nie jest tak odporny w niższych temperaturach jak guma TPE, co powoduje twardnienie TPR i traci elastyczność. TPR wytwarza gęstszy dym podczas spalania niż TPE, co może być brane pod uwagę w zamkniętych środowiskach.

W Accu TPR jest używany w naszych podkładkach gumo wych.

Silikon

• Zakres twardości: 10—80 Shore A.

• Wytrzymałość na rozciąganie: 4—12 MPa.

• Wydłużenie przy zerwaniu: 100— 800%.

• Ciągła temperatura pracy: od -60 °C do +230 °C (do +260 °C dla klas stabilizowanych termicznie).

• Zestaw kompresji: od niskiego do średniego.

• Odporność chemiczna: Dobra odporność na wodę, rozcieńczone kwasy i utleniacze; słaba odporność na stężone kwasy, zasady, węglowodory aromatyczne i paliwa.

• Odporność na promieniowanie UV/ozon: Doskonała.

• Odporność na płomienie: słaba (standardowe gatunki); Od dobrego do doskonałego (gatunki ognioodporne).

• Wytrzyma@@ łość dielektryczna: 15—25 kV/mm.

Silikon jest specjalistą od temperatury w świecie gumowym inżynieryjnym. Nic innego na tej liście nie pasuje do jego zakresu roboczego i nic innego nie pozostaje elastyczne od chłodni -60° C do piekarnika o temperaturze +230° C bez przerywania kroku. Zyskał tę reputację podczas II wojny światowej, kiedy zapotrzebowanie na materiał, który mógłby izolować systemy elektryczne samolotów na dużych wysokościach, gdzie temperatury spadają, a gumy stają się kruche, wypychał silikon z laboratorium do produkcji seryjnej. Osiemdziesiąt lat później nadal wykonuje zasadniczo tę samą pracę, tylko w szerszym zestawie branż.

Kauczuk silikonowy jest dostępny w szeregu specjalistycznych gatunków, z których każda została opracowana w celu poprawy określonych właściwości:

• Gatunki odporne na rozdarcie i ścieranie: dla lepszej trwałości mechanicznej.

• Gatunki ognioodporne: do zastosowań wymagających zgodności z normami bezpieczeństwa pożarowego.

• Gatunki wulkanizacji w temperaturze pokojowej (RTV): do produkcji form i uszczelniania na miejscu.

• Gatunki stabilizowane termicznie: do ciągłej ekspozycji do +260 °C

• Gat@@ unki kontaktu z żywnością: zgodne z FDA 21 CFR i rozporządzeniem UE 10/2011 w sprawie bezpośredniego kontaktu z żywnością i napojami.

Silikon oferuje również wytrzymałość dielektryczną zazwyczaj 15-25 kV/mm, dzięki czemu doskonale nadaje się do zastosowań izolacji elektrycznej, w tym osłon kabli, uszczelek złączy i komponentów wysokiego napięcia. Po stronie medycznej silikon jest dominującym materiałem implantów i rur od dziesięcioleci, dzięki swojej wrodzonej biokompatybilności i faktowi, że jest zarówno sterylizowalny, jak i stabilny podczas długich ekspozycji w ciele.

Silikon ma ograniczenia warte uwagi. Jego wytrzymałość na rozciąganie jest niższa niż w przypadku większości gumek termoutwardzalnych, zazwyczaj 4-12 megapascal (MPa). Standardowe gatunki oferują słabą odporność na ścieranie, chyba że specjalnie sformułowano inaczej. Jego naturalnie wysoki współczynnik tarcia sprawia, że nie nadaje się do powierzchni nośnych, elementów obrotowych lub jakichkolwiek zespołów, w których elementy muszą swobodnie ślizgać się o siebie, chociaż można to złagodzić w niektórych zastosowaniach za pomocą powłok PTFE lub obróbki powierzchni. Chemicznie silikon słabo sprawdza się w trwałym kontakcie ze stężonymi kwasami, zasadami i węglowodorami aromatycznymi. Jeśli Twój projekt wymaga materiału, który działa w kontakcie z tymi substancjami, Viton lub fluorosilikon są bardziej rozsądnym wyborem.

Accu wykorzystuje gumę silikonową w naszych ta śmach silikonowych, nasadkach pokrywy głowicy nasadowej, bezkołnierzowych wtyczkach maskujących, śrubach uszcz elniających głowicy z metrycz ną nasadką nasadową i naszych metrycznych ząbkowanych sześciokątnych nakrętkach uszczelni ających.

Fluorosilikon

• Zakres twardości: 40—80 Shore A.

• Wytrzymałość na rozciąganie: 7—10 MPa.

• Wydłużenie przy zerwaniu: 100— 400%.

• Ciągła temperatura pracy: -65° C do+175° C.

• Zestaw kompresji: od niskiego do średniego (lepszy niż standardowy silikon).

• Odporność chemiczna: Doskonała odporność na węglowodory alifatyczne i aromatyczne, oleje mineralne, paliwa i benzyny; słaba odporność na ketony, niektóre płyny hydrauliczne i silne zasady.

• Odporność na promieniowanie UV/ozon: Doskonała.

• Odporność na płomienie: słaba do umiarkowanej.

Kauczuk fluorosilikonowy, czasami znany pod skrótami FVMQ lub FSR, jest syntetycznym elastomerem podobnym do kauczuku silikonowego, ale z kilkoma znaczącymi różnicami. Jego nazwa pochodzi od faktu, że w przeciwieństwie do zwykłej gumy silikonowej kauczuk fluorosilikonowy zawiera grupy trifluoropropylowe.

Ta niewielka zmiana strukturalna ma ogromny wpływ na wydajność. Fluorokilikon ma niższy zakres temperatur roboczych niż standardowy silikon, lepszą odporność na rozdarcie i niższy zestaw sprężania, ale kluczowa różnica polega na jego odporności chemicznej na paliwa, oleje mineralne, węglowodory alifatyczne i aromatyczne, których w całości brakuje standardowego silikonu.

Fluorosilikon ma pewne ograniczenia standardowego silikonu. Działa słabo w kontakcie z ketonami, niektórymi płynami hydraulicznymi i silnymi zasadami. Fluorosilikon zdecydowanie nie powinien być określany do zastosowań obejmujących te substancje. Koszt jest również istotnym czynnikiem i pierwszą rzeczą, którą należy wiedzieć o określeniu fluorosilikonu. Wykonane z niego komponenty są zazwyczaj kilkakrotnie wyższe niż ich silikonowe odpowiedniki, co odzwierciedla złożoność procesu produkcyjnego i specjalistycznego rynku, który obsługuje. Nie jest to materiał, po który sięgasz od niechcenia, ale tam, gdzie potrzebny jest jego specyficzny profil właściwości, jest bardzo niewiele substytutów.

Jego główne obszary zastosowania to przemysł lotniczy i motoryzacyjny, gdzie jest stosowany do uszczelnień stykających się paliwem, pierścieni uszczelniających i uszczelek w środowiskach o trwałym lub przerywanym narażeniu na działanie chemikaliów petrochemicznych. Jest to jeden z niewielkiej liczby elastomerów, które mogą niezawodnie utrzymywać uszczelnienie w bezpośrednim kontakcie z paliwami lotniczymi i samochodowymi w szerokim zakresie temperatur.

Accu dostarcza fluorosilik on w naszej ofercie metrycznych sześciokątnych nakrętek uszczelniających, metrycznych śrub uszczelniających sześciok ątnych, śrub uszczelni ających z ł bem stożkowym z metrycznym gniazdem i metrycznych ząbkowanych sześciokątnych nakrętek uszczelni ających, między innymi.

Viton

• Zakres twardości: 60—90 Shore A.

• Wytrzymałość na rozciąganie: 7—20 MPa.

• Wydłużenie przy zerwaniu: 100— 300%.

• Ciągła temperatura pracy: -20 °C do +200 °C (gatunki specjalistyczne do +300 °C).

• Zestaw kompresji: Niski (szczególnie silna retencja w podwyższonych temperaturach).

• Odporność chemiczna: Doskonała odporność na oleje mineralne, paliwa, węglowodory aromatyczne i alifatyczne oraz wiele kwasów; słaba odporność na ketony, aminy, estry i etery o niskiej masie cząsteczkowej oraz niektóre płyny hamulcowe i hydrauliczne.

• Odporność na promieniowanie UV/ozon: Doskonała.

• Odporność na płomienie: słaba (wytwarza fluorowodór podczas spalania, co stanowi znaczące zagrożenie w środowiskach zagrożonych pożarem).

Viton zarabia swoją cenę. Inżynierowie gumy określają, kiedy awaria jest droga, środowisko jest wrogie, a kompromis nie jest opcją. Chociaż z tym powiedziawszy, nigdzie indziej na tej liście handel nie ma tak bezpośrednio odzwierciedlenia w koszcie jednostkowym. Sam materiał ma kilka nazw, które warto rozplątać przed pójściem dalej: FKM to oznaczenie w amerykańskiej normie ASTM D1418, FPM to identyczny materiał zgodnie z europejską nomenklaturą ISO 1629 i DIN, a Viton to nazwa handlowa Chemours (pierwotnie DuPont) dla ich asortymentu FKM. Nie ma różnicy materiałowej między FKM i FPM, są to ten sam fluoroelastomer opisany przez dwa różne korpusy normalizacyjne, a „Viton” stał się branżowym skrótem dla klasy w ten sam sposób, w jaki „Neopren” oznacza polichloropren. Jeśli Twój dostawca podaje FPM, a rysunek określa FKM, patrzysz na tę samą gumę.

Profil odporności chemicznej FKM jest jednym z najszerszych ze wszystkich kauczuków inżynieryjnych. Oferuje doskonałą odporność na oleje mineralne, paliwa, węglowodory aromatyczne i alifatyczne oraz wiele kwasów. Słabo działa jednak w kontakcie z ketonami, aminami, estrami i eterami o niskiej masie cząsteczkowej oraz niektórymi płynami hamulcowymi i hydraulicznymi.

W niskich temperaturach standardowe gatunki FKM zaczynają twardnieć i tracą elastyczność poniżej -20 °C, co jest istotnym ograniczeniem w zastosowaniach w środowisku zimnym. Dostępne są niskotemperaturowe gatunki FKM, takie jak Viton GLT i GFLT, które zwiększają wydajność do około -40° C, chociaż są to preparaty specjalistyczne i powinny zostać potwierdzone u dostawcy.

Ważna kwestia bezpieczeństwa: FKM wytwarza fluorowodór jako produkt rozkładu podczas spalania. Jest to wysoce toksyczny gaz i poważne zagrożenie w każdym zastosowaniu, w którym zagrożenie pożarowe jest rozważaniem projektowym. Zobaczysz te informacje wymienione ponownie w dalszej części tabeli porównawczej, nie bez powodu. Jest to poważne zagrożenie, które należy rozważyć przed określeniem Viton do dowolnego zastosowania.

Viton jest szeroko stosowany w przemyśle lotniczym i motoryzacyjnym do uszczelek i uszczelnień w przewodach paliwowych i wysokotemperaturowych układach hydraulicznych, a także w zastosowaniach naftowych i gazowych oraz przetwórstwie spożywczym i farmaceutycznym, gdzie jego odporność na agresywne chemikalia i zgodność z wymogami sanitarnymi sprawiają, że jest niezawodną długoterminową specyfikacją.

Accu wykorzystuje Viton między innymi w gamie sześciokątnych nakrętek uszczelniających z metrycznymi ząbkowanymi kołnierzami, śrubami uszczelni ającymi z głowicą metryczną nasadką i śrubami uszczelni ającymi z łbem walcowym z metryczną szczeliną.

EPDM

• Zakres twardości: 40—90 Shore A.

• Wytrzymałość na rozciąganie: 7—20 MPa.

• Wydłużenie przy zerwaniu: 100— 600%.

• Ciągła temperatura pracy: od -50 °C do +150 °C (niektóre gatunki do +180 °C).

• Zestaw kompresji: od niskiego do średniego.

• Odporność chemiczna: Doskonała odporność na wodę, parę, zasady, rozcieńczone kwasy, ozon i promieniowanie UV; słaba odporność na oleje na bazie ropy naftowej, paliwa i węglowodory aromatyczne.

• Odporność na promieniowanie UV/ozon: Doskonała.

• Odporność na płomienie: słaba (dostępne gatunki ognioodporne).

Jeśli kiedykolwiek spojrzałeś na płaski dach komercyjny i widziałeś gładką, czarną gumową membranę rozciągniętą na nim, patrzyłeś na EPDM. Monomer etylenowo-propylenodienowy jest gumą zewnętrzną. Żyje na dachach, w uszczelnieniach okien, pod maskami samochodowymi, wokół wykładzin stawowych i w każdym zastosowaniu, w którym materiał musi stawiać czoła pogodzie przez dziesięciolecia bez reklamacji. EPDM robi to wszystko niedorzecznie, niezawodnie i za cenę, która sprawia, że większość alternatyw wygląda ekstrawagancko.

Kauczuk EPDM to syntetyczny terpolimer kauczuku syntetyzowany z etylenu, propylenu i monomeru dienowego, typowo etylideno norbornenu (ENB). EPDM ma wyjątkową odporność na promieniowanie UV, ozon i warunki atmosferyczne. Te cechy sprawiają, że jest to idealny wybór do zastosowań zewnętrznych ze względu na wysoki stopień hydroizolacji i odporności na alkalia. EPDM można również znaleźć w uszczelnieniach, uszczelkach i usuwaniu warunków pogodowych w różnych branżach i zastosowaniach. Jest tani, niezawodny, a przede wszystkim niezawodny.

Ponadto EPDM ma stosunkowo niską energię ucieleśnioną (ilość energii potrzebną do przeniesienia go z surowca do gotowego produktu) w porównaniu z wieloma innymi kauczukami syntetycznymi. Nie sprawia to jednak, że jest to ekologiczny wybór, ponieważ jego recykling, szczególnie w postaci membrany, jest kosztowny i wymagający.

EPDM nie jest pozbawiony swoich wad. Nie wiąże się łatwo z metalem bez znacznego przygotowania powierzchni i obróbki, co może powodować problemy w zespołach wymagających ścisłych wiązań. Może być również podatny na skurcz, zwłaszcza gdy jest stosowany w postaci membrany, więc pamiętaj, aby regularnie sprawdzać go pod kątem oznak tego, jeśli go używasz.

EPDM nie ma również takiego samego stopnia odporności chemicznej i olejowej jak inne formy gumy. Narażenie na paliwa, węglowodory aromatyczne i oleje na bazie ropy naftowej może je degradować lub uszkodzić, co czyni NBR lub FKM bardziej odpowiednimi alternatywami, jeśli pracujesz w środowiskach przetwórstwa ropy naftowej lub paliwa.

Accu wykorzystuje EPDM w swojej ofercie podkładek uszczelniających, wkrętów do drewna uszczelni ających z łbem stożkowym Pozi, zac isków P i wkrętów samogwintujących uszczelni ających sześciokąt nych.

Neopren

• Zakres twardości: 30—90 Shore A.

• Wytrzymałość na rozciąganie: 10—25 MPa.

• Wydłużenie przy zerwaniu: 200— 500%.

• Ciągła temperatura pracy: od -40 °C do +120 °C (gatunki specjalistyczne do +150 °C).

• Zestaw kompresji: od niskiego do średniego.

• Odporność chemiczna: U miarkowana odporność na oleje, smary, rozcieńczone kwasy i zasady. Dobra odporność na ozon, promieniowanie UV i warunki atmosferyczne, ale słaba odporność na silne kwasy utleniające, węglowodory aromatyczne i ketony.

• Odporność na promieniowanie UV/ozon: od dobrego do doskonałego.

• Odporność na płomienie: Dobra. Neopren jest z natury odporny na ogień ze względu na zawartość chloru i samogasnie się po usunięciu źródła zapłonu.

Neopren był pierwszym odnoszącym sukcesy komercyjnie kauczuku syntetycznym, wprowadzonym na rynek przez DuPont w 1931 roku, częściowo w odpowiedzi na strategiczną podatność dostaw kauczuku naturalnego w latach poprzedzających II wojnę światową. W rzeczywistości był to pierwszy materiał, który udowodnił, że kauczuk syntetyczny może być wykonany tak, aby działał tak dobrze, a nawet przewyższał kauczuk naturalny. Prawie sto lat później nadal jest to jedna z najczęściej stosowanych kauczuk inżynieryjnych na świecie, choć rzadko przyciąga uwagę swoich bardziej wyspecjalizowanych kuzynów.

Neopren, nazwa handlowa polichloroprenu lub CR, nie wyróżnia się w żadnym obszarze. Nie pasuje do silikonu w zakresie temperatur, Viton w odporności chemicznej lub EPDM w przypadku warunków atmosferycznych. To, co robi, niezawodnie, to większość rzeczy kompetentnie naraz. Umiarkowana odporność na oleje, smary, rozcieńczone kwasy i zasady. Dobra odporność na ozon, promieniowanie UV i warunki atmosferyczne. Szeroki zakres temperatur roboczych od -40 °C do +120 °C. Wydłużenie przy zerwaniu 200— 500% z pełnym odzyskiem sprężystości. Użyteczna izolacja elektryczna do zastosowań niskonapięciowych. Żadne z nich nie jest główną właściwością, ale połączenie jest niezwykłe i dlatego neopren pojawia się w tak wielu miejscach, w których pojedyncza guma byłaby przesada.

Jedyną z właściwości neoprenu, którą można sam w sobie nazwać znaczącą i charakterystyczną, jest jego nieodłączna odporność na płomienie. Zawartość chloru w jego strukturze polimerowej powoduje jego samogasnienie po usunięciu źródła zapłonu, czego większość innych kauczuków inżynieryjnych nie może obejść się bez dodatku dodatków ognioodpornych. To sprawia, że guma CR jest powszechnie określonym materiałem w zastosowaniach elektrycznych, budowlanych i morskich, gdzie bezpieczeństwo przeciwpożarowe jest wymaganiem projektowym.

Podobnie jak wszystkie gatunki gumy, neopren ma wady. W temperaturze poniżej -40 °C może stać się kruchy, jest trudny do recyklingu i nie jest przyjazny dla środowiska ani zrównoważony w produkcji. Neopren ma umiarkowane właściwości izolacji elektrycznej, nadaje się do zastosowań niskonapięciowych, ale nie jest odpowiednią specyfikacją dla izolacji wysokonapięciowej. Silikon lub EPDM są do tego znacznie lepsze.

Accu wykorzystuje gumę neoprenową do mocowań anty wibracyjnych do mocowań przelotowych.

Wybór odpowiedniego rodzaju gumy do Twojej aplikacji

Poniższa tabela zawiera względny przegląd powyższych gatunków gumy inżynierskiej. Zamiast prezentować tylko bezwzględne właściwości materiału, każda cecha jest oceniana w skali liczbowej od 1 do 10, gdzie 1 reprezentuje najniższą względną wydajność, a 10 najwyższą w tej określonej grupie typów gumy.

Wyniki mają na celu podkreślenie, w jaki sposób oceny porównują się ze sobą, a nie porównanie gumy klasy inżynierskiej z innymi materiałami, ani zdefiniowanie bezwzględnych granic lub gwarantowanej wydajności.

Ten system punktacji został wykorzystany, aby ułatwić identyfikację kompromisów i rozważań projektowych na pierwszy rzut oka. Wartości opierają się na typowych, powszechnie uznanych zachowaniach każdej klasy w zastosowaniach inżynierskich.

 

Uwaga - Odporność na płomienie Vitona wynosi 2, ponieważ pomimo samogasnienia wytwarza fluorowodór podczas spalania. Stanowi to znaczne zagrożenie dla bezpieczeństwa, więc wynik jest przyznawany za coś więcej niż tylko słabą wydajność pożarową. Z drugiej strony odporność na płomienie neoprenu wynosi 8, ponieważ jest on z natury samogasnący, co jest jego prawdziwą właściwością wyróżniającą się.

Kompatybilność chemiczna kauczuku inżynieryjnego

Kompatybilność chemiczna jest dla wielu inżynierów najważniejszym etapem procesu specyfikacji materiału. Nie ma znaczenia, jaki jest zestaw sprężania lub zakres działania materiału, jeśli szybko się rozpadnie pod wpływem paliwa lub oleju, z którym ma obsługiwać. Wybór niewłaściwego gatunku gumy w środowisku agresywnym chemicznie jest jedną z najczęstszych przyczyn przedwczesnego uszkodzenia uszczelnienia i uszczelki.

Z tego powodu podzieliliśmy kompatybilność chemiczną na osobną tabelę, aby pomóc w wyborze materiału. Poniższa tabela zawiera krótki przewodnik kompatybilności dla ośmiu gatunków gumy inżynierskiej omówionych w tym artykule w czternastu powszechnie spotykanych substancjach chemicznych i środowiskach.

Oceny są podane jako C dla kompatybilnego, L dla ograniczonego lub A dla uniknięcia. Klasa zgodności wskazuje ogólnie niezawodną wydajność dla standardowego zanurzenia lub kontaktu. Limited wskazuje, że wydajność zależy od stopnia lub stężenia i przed określeniem należy ją zweryfikować na podstawie arkuszy danych dostawców. Unikaj wskazuje, że wiadomo, że substancja powoduje znaczną degradację, pęcznienie lub utratę właściwości mechanicznych.

Uwagi:

• Viton/ stężone kwasy oznaczone ograniczoną, a nie unikaną: Viton jest odporny na wiele kwasów nieorganicznych, w tym siarkowy i chlorowodorowy w umiarkowanych stężeniach. To jeden z jego prawdziwych wyróżników. Jest jednak atakowany przez niektóre kwasy utleniające w wysokich stężeniach, stąd ograniczone, a nie kompatybilne.
• Silikon/ketony oznaczone ograniczoną, a nie unikaną: Silikon ma umiarkowaną odporność na niektóre ketony w porównaniu z większością innych kauczuków, które zasadniczo nie mają odporności. Nie jest to bezpieczna specyfikacja, ale nie jest też kocem, którego należy unikać, stąd Limited.
• NBR/węglowodory aromatyczne o oznaczeniu ograniczonym, a nie zgodnym: Średnie i wysokie gatunki ACN NBR mają umiarkowaną odporność na węglowodory aromatyczne. Nie wystarczy, aby nazwać Kompatybilnym, ale znacząco lepszy niż EPDM lub silikon.
• Ograniczona ocena EPDM/ketony: EPDM ma umiarkowaną odporność na niektóre ketony, co jest prawdziwą, ale często pomijaną właściwością. Jest to jeden z niewielu obszarów, w których EPDM przewyższa NBR i neopren.

Który rodzaj gumy jest odpowiedni do mojej aplikacji?

Wybór odpowiedniej gumy inżynierskiej zależy od dominujących wymagań aplikacji, niezależnie od tego, czy jest to ekspozycja chemiczna, zakres temperatur, trwałość mechaniczna, warunki atmosferyczne na zewnątrz czy zgodność z przepisami.

• W odniesieniu do odporności na ropę, paliwo i węglowodory: Viton jest standardową specyfikacją, w której spodziewany jest stały lub przerywany kontakt z paliwami na bazie ropy naf towej, olejami mineralnymi i węglowodorami aromatycznymi, szczególnie w podwyższonych temperaturach. Tam, gdzie wymagany jest opór paliwa wraz z elastycznością w niskich temperaturach, fluorosilikon (FVMQ) jest bardziej odpowiednim wyborem. NBR jest opłacalną alternatywą dla zastosowań obejmujących oleje mineralne i paliwa w umiarkowanych temperaturach, gdzie wydajność Viton w wysokich temperaturach nie jest wymagana.

• Do zastosowań w wysokich temperaturach: Guma silikonowa jest standardową specyfikacją dla ciągłej pracy powyżej 150° C, oferując niezawodne działanie od -60° C do +230° C, zakres nie pasuje do innych powszechnych gumy inżynierskiej. W przypadku gdy wydajność w wysokich temperaturach musi być połączona z odpornością na paliwa lub agresywne chemikalia, zazwyczaj preferowany jest Viton, z gatunkami specjalistycznymi o temperaturze +300 °C.

• Do środowisk zewnętrznych i warunków atmosferycznych: EPDM i neopren (CR) są najczęściej określonymi gatunkami, w których promieniowanie UV, narażenie na ozon i warunki atmosferyczne są głównymi względami. EPDM jest preferowany tam, gdzie odporność na wodę i narażenie na alkalia są również czynnikami, szczególnie w zastosowaniach dachowych i budowlanych. Neopren oferuje szerszy profil mechaniczny i jest lepszym wyborem tam, gdzie wymagana jest również odporność na płomienie lub kontakt z olejem.

• Do zastosowań uszczelniających wymagających niskiego zestawu sprężania: Viton oferuje najsilniejszą retencję zestawu sprężania w podwyższonych temperaturach, co czyni go preferowaną specyfikacją dla uszczelnień statycznych w wymagających warunkach termicznych. Fluorosilikon jest silną alternatywą, w której wymagany jest również opór paliwa. NBR i neopren są odpowiednie do zastosowań uszczelniających w niższej temperaturze, gdzie koszty są brane pod uwagę.

• W przypadku izolacji elektrycznej: Guma silikonowa jest podstawową specyfikacją dla zastosowań izolacji wysokiego napięcia, o wytrzymałości dielektrycznej zwykle 15—25 kV/mm. Fluorosilikon oferuje podobne właściwości izolacyjne z dodatkiem odporności chemicznej. Neopren i EPDM zapewniają umiarkowaną izolację odpowiednią tylko do zastosowań niskonapięciowych.

• Do zastosowań ognioodpornych: Neopren (CR) jest jedynym gatunkiem w tym zakresie o nieodłącznych właściwościach samogasnących ze względu na zawartość chloru. Wszystkie inne gatunki wymagają dodatków ognioodpornych, aby osiągnąć równoważną wydajność, z wyjątkiem Viton, których należy unikać w środowiskach zagrożonych pożarem ze względu na wytwarzanie fluorowodoru podczas spalania.

• Do zastosowań medycznych lub kontaktowych z żywnością: kauczuk silikonowy jest najczęściej określanym gatunkiem, z gatunkami kontaktu z żywnością zgodnymi z FDA 21 CFR i rozporządzeniem UE 10/2011 oraz gatunkami medycznymi odpowiednimi do implantów i sprzętu chirurgicznego. TPE jest alternatywą dla zastosowań medycznych, w których zgodność z normą ISO 10993 jest potwierdzana w zależności od stopnia.

• Do zastosowań ogólnego przeznaczenia bez dominujących wymagań dotyczących wydajności: Neopren (CR) oferuje najszerszy połączony profil właściwości ze wszystkich gatunków w tym zakresie, równoważąc wytrzymałość mechaniczną, odporność na warunki atmosferyczne, umiarkowaną odporność chemiczną i wrodzoną odporność na płomienie bez doskonałości lub awarii w żadnym pojedynczym obszarze. NBR jest bardziej odpowiednim wyborem ogólnego przeznaczenia, gdzie prawdopodobny jest kontakt oleju lub paliwa.

• Do zastosowań wrażliwych na koszty lub nadających się do recyklingu: NBR, TPE, TPR i EPDM oferują wysoką opłacalność w porównaniu z resztą asortymentu. TPE i TPR mają dodatkową zaletę, że są w pełni nadające się do recyklingu i ponownego przetwarzania. Jest to ważna kwestia, gdy zrównoważony rozwój lub obsługa wycofana z eksploatacji są ograniczeniami projektowymi. Fluorosilikon i Viton są najdroższymi gatunkami i powinny być określane tylko wtedy, gdy ich specyficzne właściwości użytkowe są naprawdę wymagane.

Kluczowe wnioski

• Wybór gumy inżynierskiej prawie zawsze sprowadza się do przecięcia trzech czynników: środowiska chemicznego, zakresu temperatur i kosztów. Ekstremalne osiągi w każdym wymiarze poświęcają pozostałe dwa.

• Odporność na olej i paliwo oraz wydajność w wysokich temperaturach to dwa najbardziej wymagające wymagania, które należy spełnić jednocześnie. Viton (FKM) jest jedynym gatunkiem w tym zakresie, który niezawodnie dostarcza oba, ale przy premii kosztowej, która to odzwierciedla.

• Silikonowy szkielet krzemowo-tlenowy nadaje mu zasadniczo inny profil właściwości niż wszystkie inne opisane tutaj gatunki, w szczególności jego zakres temperatur od -60 °C do +230 °C i wytrzymałość dielektryczna.

• TPE i TPR są jedynymi gatunkami w pełni nadającymi się do recyklingu wymienionymi w tym przewodniku. Tam, gdzie obsługa po zakończeniu eksploatacji lub zrównoważony rozwój są ograniczeniami konstrukcyjnymi, oferują znaczącą przewagę nad gumami termoutwardzalnymi, których nie można ponownie stopić ani ponownie przetworzyć.

• Neopren (CR) jest jedynym gatunkiem o nieodłącznej odporności na płomień dzięki zawartości chloru. Wszystkie inne gatunki, z wyjątkiem Viton, których należy całkowicie unikać w środowiskach zagrożonych pożarem, wymagają dodatków ognioodpornych, aby osiągnąć tę samą wydajność.

• EPDM i silikon są najlepszymi wyborami w przypadku odporności na promieniowanie UV i ozon, co czyni je domyślnymi specyfikacjami dla długotrwałych zastosowań zewnętrznych lub warunków atmosferycznych. NBR nie powinien być określany do użytku na zewnątrz bez dodatkowej ochrony.

• Koszt i wydajność są odwrotnie skorelowane w skrajnych granicach tego zakresu. NBR, TPE, TPR i EPDM oferują wysoką efektywność kosztową dla ogólnych zastosowań. Fluorosilikon i Viton są najdroższymi gatunkami i powinny być określane tylko wtedy, gdy ich specyficzne właściwości użytkowe są naprawdę potrzebne.

Często zadawane pytania:

P: Jaka jest najbardziej odporna chemicznie guma inżynierska?

Odp.: Viton oferuje najszerszy profil odporności chemicznej spośród wszystkich powszechnie określonej gumy inżynierskiej. Niezawodnie wytrzymuje oleje mineralne, paliwa, węglowodory aromatyczne i alifatyczne oraz wiele kwasów w ciągłym zakresie temperatur pracy od -20 °C do +200 °C.

P: Jaka jest najlepsza guma do użytku na zewnątrz?

Odp.: EPDM i neopren (CR) są najczęściej określonymi gatunkami do zastosowań zewnętrznych. W pełni nasycony szkielet polimerowy EPDM sprawia, że jest wysoce odporny na promieniowanie UV, ozon i warunki atmosferyczne. Doskonała odporność na wodę i zasady sprawia, że idealnie nadaje się do zastosowań dachowych, budowlanych i uszczelniających na zewnątrz. Neopren ma szerszy profil mechaniczny i najlepiej go stosować tam, gdzie wymagana jest również odporność na płomienie lub umiarkowany kontakt z olejem.

P: Jaka jest różnica między TPE a TPR?

Odp.: TPE (elastomer termoplastyczny) i TPR (guma termoplastyczna) są ściśle powiązanymi materiałami. TPR jest ogólnie uważany za twardszą, sztywniejszą podkategorię w szerszej rodzinie TPE. Oba mogą być topione, zreformowane i poddawane recyklingowi, nie wymagając etapu wulkanizacji podczas produkcji.

Kluczowym praktycznym wyróżnieniem jest mechanika: TPR zazwyczaj oferuje większą odporność na ścieranie, wyższą wytrzymałość na rozciąganie i lepszą trwałość przy długotrwałym obciążeniu mechanicznym, podczas gdy TPE oferuje doskonałą elastyczność w niskich temperaturach, z niższym progiem eksploatacji wynoszącym około -50° C w porównaniu do -20° C dla TPR.

P: Która guma ma najwyższą odporność na temperaturę?

Odp.: Kauczuk silikonowy ma najszerszy zakres ciągłych temperatur roboczych spośród wszystkich powszechnie stosowanych kauczuków inżynieryjnych, pracujący niezawodnie od -60 °C do +230 °C, z gatunkami stabilizowanymi termicznie sięgającymi do +260 °C. Viton jest preferowaną specyfikacją, w której wydajność w wysokich temperaturach musi być połączona z odpornością na paliwa lub agresywne chemikalia, z gatunkami specjalistycznymi o temperaturze +300 °C.

Standardowe gatunki większości innych kauczuków inżynieryjnych, w tym NBR, neoprenu i TPE, są zazwyczaj ograniczone do maksymalnej ciągłej temperatury pracy od około +120 °C do +125 °C.