Tvrdost Shore A u O-kroužků: proč je standard 70 a kdy zvolit jinou

Na výkresu těsnění stojí za kódem materiálu obvykle dvě číslice: NBR 70, FKM 80, VMQ 50. To číslo je tvrdost Shore A — a po médiu a teplotě je to další údaj, který rozhoduje, zda kroužek v aplikaci vydrží. Měkká směs se přizpůsobí drsnému povrchu a těsní už při malé přítlačné síle, tvrdá odolá vysokému tlaku, aniž by se vytlačila do spáry. V tomto článku vysvětlíme, co tvrdost Shore A vyjadřuje, proč je 70 ShA průmyslový standard, kdy sáhnout po měkčí či tvrdší směsi a proč se tvrdost kroužku během provozu mění.

Co vyjadřuje tvrdost Shore A

Tvrdost Shore A udává odpor směsi proti vtlačení hrotu durometru — čím vyšší číslo, tím tvrdší materiál. Pro elastomerová těsnění je Shore A standardní stupnice; tvrdé plasty se měří stupnicí Shore D, se kterou se u O-kroužků běžně nesetkáte. Běžné těsnicí směsi pokrývají pásmo zhruba od 30 ShA, kde leží nejměkčí silikony, po 95 ShA, kde končí tvrdé polyuretany a karboxylované nitrily. Směs 30 ShA stlačíte prsty jako měkkou gumičku, do směsi 90 ShA nehet téměř nevtlačíte.

Důležité: tvrdost neříká nic o chemické ani teplotní odolnosti. NBR 70 a FKM 70 mají stejnou tvrdost, ale úplně jiné chování v médiích. Tvrdost proto vybírejte až jako další krok po médiu a teplotě — médium si ověřte v chemické tabulce odolnosti a celý postup médium → teplota → tlak → pohyb popisuje náš průvodce výběrem materiálu.

Proč je 70 Shore A standard

Pokud na výkresu tvrdost chybí, dodá se téměř vždy směs 70 ShA — stejný předpoklad používá i náš konfigurátor, když tvrdost nezadáte. Okolí 70 ShA je kompromis, který funguje nejlépe ve statických i běžných dynamických aplikacích: směs je dost poddajná, aby při standardním stlačení — přibližně 22 procent průřezu ve statické drážce a kolem 10 procent v dynamické — spolehlivě vyplnila mikronerovnosti povrchu, a zároveň dost pevná, aby se při běžných tlacích nevytlačovala do spáry.

Odpovídá tomu i to, co se reálně skladuje a vyrábí. NBR a HNBR bývají dostupné v tvrdostech 70, 80 a 90 ShA, FKM v 70, 75 a 90 ShA, EPDM v 60, 70 a 80 ShA, silikon v 50, 60 a 70 ShA, chloropren v 60 a 70 ShA a polyuretan v 85, 90 a 95 ShA. Když v konfigurátoru zadáte rozměr a materiál bez tvrdosti, nabídne vám nejběžnější hodnoty 70, 75, 80 a 90 ShA.

Měkčí směs: kdy pomůže 50 až 60 ShA

Po měkčí směsi sáhněte ve specifických případech: při těsnění drsných, litých nebo mírně poškozených povrchů, v sestavách s malou přítlačnou silou — tenkostěnné plastové díly, ručně dotahované spoje — a tam, kde se kroužek musí přizpůsobit větším výrobním tolerancím. Měkká směs vyplní nerovnosti, na které by tvrdý kroužek potřeboval podstatně větší stlačení. Daní je nižší odolnost proti extruzi a otěru — měkký kroužek do vysokotlaké hydrauliky nepatří.

Pozor, ne každou chemii dostanete měkkou. Silikon (VMQ) se vyrábí od 30 ShA, NBR, EPDM i chloropren od 40 ShA a fluorosilikon rovněž od 40 ShA. FKM však začíná na 60 ShA, FFKM na 65 ShA a polyuretan až na 70 ShA. Pokud aplikace žádá extrémně měkké těsnění a zároveň fluorovou chemii, narážíte na hranici materiálu — řešením bývá úprava konstrukce, ne hledání směsi, která se nevyrábí.

Tvrdší směs: vysoký tlak a riziko extruze

S rostoucím tlakem roste síla, která tlačí kroužek do spáry mezi součástmi. Příliš měkký materiál je typickou příčinou extruze: guma se vytlačí do spáry a okraj kroužku vypadá jako okousaný. Při nálezu okousaného okraje existují tři ověřené nápravy: zvýšit tvrdost na 80 až 90 ShA, zvolit otěruvzdornější materiál jako polyuretan, nebo kroužek podepřít opěrným kroužkem z PTFE. Stejná doporučení najdete i v našem nástroji pro analýzu poruch.

Tvrdá směs má ale i svou cenu: na stejné stlačení potřebuje větší sílu, hůř kopíruje drsné povrchy a v dynamické aplikaci může rychleji opotřebovat protiplochu. Pokud extruzi spolehlivě řeší opěrný kroužek, často je lepší zůstat u 70 ShA s podporou než přejít na 90 ShA bez ní. Do hry vstupuje i drážka — těsnější spára a správně navržená drážka snižují riziko extruze podobně účinně jako tvrdší materiál; poměry si přepočítáte v kalkulačce drážky.

Tvrdost podle materiálu: co se reálně vyrábí

Každá chemie má své vyrobitelné pásmo tvrdostí. Univerzální kaučuky pokrývají nejširší rozsah: NBR, EPDM a chloropren (CR) od 40 do 90 ShA, HNBR a epichlorhydrin (ECO) od 50 do 90 ShA. Silikon (VMQ) je nejměkčí — 30 až 80 ShA, fluorosilikon (FVMQ) pokrývá 40 až 80 ShA. Fluorové elastomery začínají výše: FKM 60 až 90 ShA, FFKM 65 až 90 ShA a FEPM (Aflas) 70 až 90 ShA. Automotive speciality ACM (60 až 80 ShA) a AEM (50 až 75 ShA) leží uprostřed. Nejtvrdší jsou polyuretan (PU) a karboxylovaný nitril (XNBR) — oba 70 až 95 ShA, stavěné na otěr a vysoké tlaky.

PTFE stojí mimo tento seznam: není elastomer, ale tuhý polymer s tvrdostí v pásmu 55 až 65, která se měří jinou charakteristikou. Stlačený PTFE se nevrací do původního tvaru, proto se používá jako opěrný kroužek nebo ve speciálních konstrukcích — ne jako přímá náhrada pryžového O-kroužku v běžné drážce.

Tvrdost se během provozu mění

Tvrdost na výkresu je tvrdost nové směsi; v provozu se mění a právě změna tvrdosti demontovaného kroužku je cenný diagnostický signál. Přehřátý kroužek ztvrdne, zkřehne a praská radiálními trhlinami, povrch bývá lesklý nebo spečený. Chemicky napadený kroužek podle typu nekompatibility nabobtná a změkne, nebo naopak ztvrdne — spolu se změnou objemu, hmotnosti či barvy. Ve vakuu se z elastomeru odpařují těkavé složky, zejména změkčovadla: kroužek tvrdne, ztrácí hmotnost a smršťuje se.

Praktický důsledek pro údržbu: pokud je demontovaný kroužek výrazně tvrdší než nový kus z balení, neřešte jen výměnu, ale hledejte příčinu. Ztvrdnutí téměř vždy znamená překročenou teplotu nebo nekompatibilní médium — a nový kroužek ze stejné směsi dopadne stejně. Nález porovnejte s typickými vzory poškození v naší analýze poruch.

Jak přesná je udávaná tvrdost

Tvrdost se měří durometrem na rovném vzorku předepsané tloušťky, ne na samotném kroužku — měření na oblém, tenkém průřezu O-kroužku dává jen orientační hodnoty. Počítejte i s přirozeným rozptylem mezi výrobními šaržemi. Proto náš konfigurátor při hledání přesné náhrady akceptuje shodu tvrdosti s tolerancí ±3 ShA a při širším hledání alternativ ±5 ShA. Rozdíl mezi 70 a 72 ShA v praxi nerozhoduje, rozdíl mezi 70 a 90 ShA ano.

Časté otázky

Jakou tvrdost má standardní O-kroužek?

70 Shore A. Pokud objednáváte bez údaje o tvrdosti, dostanete směs 70 ShA — a pro většinu statických i běžných dynamických aplikací je to správná volba. I náš konfigurátor počítá se 70 ShA jako výchozí hodnotou.

Kdy zvolit 90 Shore A?

Při vysokých tlacích, větších spárách mezi součástmi a všude, kde hrozí extruze — typicky v hydraulice. Alternativou je opěrný kroužek z PTFE k měkčímu kroužku, nebo polyuretan v tvrdostech 85 až 95 ShA, který má nejlepší otěruvzdornost mezi elastomery.

Znamená vyšší tvrdost lepší chemickou nebo teplotní odolnost?

Ne. Tvrdost je mechanická vlastnost směsi a s chemickou odolností ani teplotním rozsahem přímo nesouvisí. NBR 90 selže v brzdové kapalině stejně jako NBR 70. Médium a teplotu řešte výběrem chemie materiálu, tvrdost až následně podle tlaku a pohybu.

Dá se tvrdost zjistit na hotovém kroužku?

Jen orientačně — durometr potřebuje rovný vzorek a na oblém průřezu naměříte zkreslené hodnoty. Při identifikaci neznámého kroužku vycházejte z rozměrů přes převodník rozměrů, z barvy a aplikace; tvrdost porovnejte alespoň hmatem s novým kusem známé směsi.

Vyberte tvrdost za pár sekund

Při běžné výměně stačí konfigurátor přímo na úvodní stránce: zadejte rozměry, materiál a případně tvrdost — výchozích 70 ShA sedí většině aplikací a varianty s jinou tvrdostí uvidíte hned vedle. Médium si ověřte v chemické tabulce odolnosti, rozměry drážky v kalkulačce drážky a poškozený kroužek porovnejte v analýze poruch. Pokud si ani potom nejste jistí — například při neobvyklé kombinaci vysokého tlaku a měkké směsi — napište Filipovi, poradí z praxe.