NBR vs FKM (Viton): melyik O-gyűrű anyagot válassza

NBR vagy FKM? Ez az a leggyakoribb anyagválasztási döntés, amellyel egy karbantartó vagy egy beszerző szembesül, mert ez a két elasztomer együtt lefedi az ipari O-gyűrű alkalmazások túlnyomó többségét. Ha jól dönt, a tömítés túléli a gépet; ha rosszul, vagy ötszörös árat fizet, vagy néhány havonta cserél egy megrepedt gyűrűt. Ez az NBR vs Viton útmutató négy szempont szerint állítja szembe az FKM-et és a nitrilt — hőmérséklet, a tömített közeg, környezeti kitettség és ár —, mert a gyakorlatban ez a négy dönt; és pontosan megmondja, mikor melyik a helyes válasz, és mikor egyik sem.

A rövid válasz

NBR-t (nitrilt) válasszon, ha ásványi olajat, hidraulikafolyadékot, üzemanyagot vagy sűrített levegőt tömít körülbelül +100 °C-ig, és a tömítés nincs tartósan kitéve időjárásnak, ózonnak vagy napfénynek. A nitril az igásló: olcsó, szívós, és mindennel jól kijön, ami kőolajalapú.

FKM-et (Vitont) válasszon, ha a hőmérséklet magasabb, mint amit a nitril elbír, ha a közeg agresszív — forró olajok, aromás vagy oxigéntartalmú üzemanyagok, sok sav —, vagy ha a tömítés a szabadban üzemel, ózonnak és UV-nek kitéve. Az FKM a specialista: sokkal többre képes, többszörös az ára, és nagyon hidegben rosszabb, mint egy helyesen választott nitril. A grade-eket, a térhálósítási rendszereket és a határokat a külön FKM (Viton) anyagútmutató tárgyalja részletesen.

Hasznos gondolati modell: az NBR az alapértelmezés. Az FKM az, amiért akkor nyúl, ha az NBR hőmérsékleti felső határa, vegyi állósága vagy időjárásállósága már nem elég. Általánosságban egyik sem „jobb” — más problémát oldanak meg.

A döntés egy pillantásra

Az alábbi táblázat az összehasonlítás magja. Olvassa végig soronként, és a választás rendszerint két-három soron belül magától kiderül.

A táblázat két sora szokta meglepni az embereket. Először: az FKM nem minden vonalon jobb kémiailag — pontosan ugyanazokon a poláris közegeken bukik el, amelyek az NBR-t is legyőzik (ketonok, észterek, glikolos fékfolyadék, aminok). Másodszor: az NBR nyer a hidegben — egy helyesen választott nitril még rugalmas marad ott, ahol a szabványos FKM már üvegszerűen megmerevedett.

Hőmérséklet: az első, ami eldönti

A hőmérséklet általában az a sor, amely lezárja a vitát, ezért kezdje itt.

A szabványos NBR tartósan nagyjából −30 °C és +100 °C között üzemel, rövid idejű csúcsokkal körülbelül +120 °C-ig. Ha egy nitrilgyűrűt hosszabb ideig +100 °C fölé visz, megkeményedik, megreped, és maradó alakváltozást (compression set) szenved — megszűnik nekifeszülni a horony falának, és a tömítés szivárog. Ez a leromlás halmozódó és visszafordíthatatlan; a gyűrű lehűléskor nem áll vissza.

A szabványos FKM tartósan körülbelül −20 °C és +200 °C között dolgozik, rövid idejű kiugrásokkal nagyjából +230 °C-ig. Ez a +200 °C-os felső határ a legfőbb ok, amiért valaki Vitont ír elő. Minden olyan alkalmazás, ahol egy nitriltömítés megsülne — motortér, melegen járó hidraulika, gőz- vagy kipufogóvezetékek közelében lévő (de nem azokat tömítő) magas hőmérsékletű zónák, technológiai berendezések — FKM-terep.

A hideg oldalon viszont az intuíció félrevezet:

• Az NBR −30 °C-os alsó határa keverékfüggő. A nitril butadién és akrilnitril kopolimere, és az akrilnitril- (ACN-) tartalom az a paraméter, amellyel ez állítható. A magas ACN-tartalmú grade-ek jobban ellenállnak az olaj- és üzemanyag-duzzasztásnak, de hidegben hamarabb merevednek meg; az alacsony ACN-tartalmú grade-ek mélyebb hőmérsékletig maradnak rugalmasak, de olajban jobban megduzzadnak. Vagyis a hidegrugalmasságot olajállóságra cseréli.
• A szabványos FKM valahol −15 és −20 °C között merevedik meg, és előbb veszíti el a tömítőképességét, mint hogy mechanikailag károsodna — üvegszerűvé válik, elveszíti rugalmas visszaállását, és szivárog. Nem megy tönkre, de nem is tömít. A pontos érték grade-függő, ezért a kerek −20 °C-os értéket közelítésként kezelje.
• Ha hideg üzemhez is az FKM kémiája kell, az alacsony hőmérsékletű grade-ek, például az FKM GLT nagyjából −40 °C-ra tolják le a határt. Ha egyszerre kell nagyon alacsony hőmérséklet és üzemanyagállóság, a fluorszilikon (FVMQ) körülbelül −60 °C-ig ér le, gyengébb mechanikai tulajdonságok árán.

Gyakorlati szabály: ha a tartós üzemi hőmérséklete bőven a −30 °C és +100 °C közötti sávban van, önmagában a hőmérséklet nem kényszerít FKM-re. Ha rendszeresen meghaladja a +100 °C-ot, önmagában a hőmérséklet kizárja az NBR-t.

Közegek: hol nyer és hol bukik el mindegyik

Ha a hőmérséklet rendben van, a következő szűrő a tömített közeg. Itt tér el igazán a két anyag jellege.

Amit az NBR jól bír

• Ásványi olajok és zsírok
• Hidraulikaolaj (HLP és hasonló ásványolaj-alapú folyadékok)
• Benzin és gázolaj
• Propán / LPG és sok alifás szénhidrogén
• Hideg víz és levegő (pneumatika)

Ahol az NBR elbukik

• Ózon, napfény és időjárás — a nitril felületén a szabadban idővel finom repedéshálózat alakul ki, majd megreped. Ez minden kitett tömítésnél valós korlát.
• Ketonok (aceton, MEK), észterek és aromás szénhidrogének tömény formában
• Glikolalapú (DOT) fékfolyadék
• Erős savak és oxidálószerek

Amit az FKM jól bír

• Ásványi olajok és forró olajok
• Aromás szénhidrogének, valamint oxigéntartalmú / etanolos üzemanyagok
• Biodízel — de csak biodízelre minősített, peroxiddal térhálósított FKM grade-del (lásd az alábbi megszorítást); a szabványos, biszfenollal térhálósított Viton nem biztonságos alapértelmezés FAME-üzemanyaghoz
• Sok ásványi sav és oxidáló közeg
• Ózon, oxigén és UV — kiváló időjárásállóság, ami az FKM egyik fő előnye
• Széles körű vegyi állóság emelt hőmérsékleten

Egy szó a biodízelről, mert ez az az egy pont, ahol az „FKM ellenáll az üzemanyagoknak” állítás rendre túlzás. A szabványos, biszfenollal térhálósított FKM-et a biodízel (FAME) valójában lebontja — különösen a forró üzemanyag, vagy az olyan üzemanyag, amely az öregedés során magas savszámot ért el —, mert a biszfenolos térhálósítási pontot a FAME-üzemanyag bázikus alkotói megtámadják, és ezt a polimerlánc dehidrofluorozása követi. Ide tartoznak a tipikus dipolimer grade-ek is, például a Viton A, amelyek biszfenollal térhálósítottak. A megbízható, tartós biodízeles üzemhez speciális, peroxiddal térhálósított grade (például GBL-S / GFLT-S) kell. Ne feltételezze, hogy egy általános Viton gyűrű túléli a folyamatos FAME-kitettséget; írjon elő biodízelre minősített keveréket.

Ahol az FKM is elbukik

Az FKM nem univerzálisan oldószerálló gumi. Megtámadják:

• Aminok (és az amintartalmú korróziógátlók / adalékok)
• Ketonok, például az aceton, és az észterek
• Ammónia
• Glikolalapú fékfolyadék
• Forró víz és gőz (korlátozottan; a szabványos grade-ek leromlanak)

Figyelje meg, hogy az NBR és az FKM gyengeséglistájának utolsó három pontja erősen fedi egymást: glikolos fékfolyadékhoz, ketonokhoz, észterekhez és forró vízhez/gőzhöz sem az NBR, sem az FKM nem a megfelelő gumi. Ez az EPDM vagy egy speciális anyag felé mutató jelzőtábla — erről lentebb.

Döntés az átfedési zónában

Mindkét anyag jól tömíti az ásványi olajokat és a szabványos üzemanyagokat, így van egy valódi átfedés, ahol fizikailag mindkettő működne. Ha ide jut, hagyja, hogy a hőmérséklet és a környezeti kitettség döntsön:

1. Hideg olaj, zárt térben, beltéren → NBR. Olcsóbb, és a feladatban semmi nem kívánja az FKM-et.
2. Forró olaj, motortér vagy ózon-/UV-kitettség → FKM. A hőmérséklet vagy az időjárás megköveteli.
3. Etanolos vagy aromás üzemanyag → FKM, mert a nitril az aromásoktól megduzzad és leromlik.
4. Árérzékeny, nagy darabszám, enyhe igénybevétel → NBR, hacsak egy konkrét meghibásodási mód nem szól ellene.

Statikus és dinamikus üzem, nyomás és extrúzió

Az anyag és a hőmérséklet a specifikációnak csak a fele. Az, hogy a tömítés hogyan mozog és mennyire van összenyomva, dönti el, hogy a gyűrű mechanikailag túléli-e — a kémiától függetlenül.

• A statikus tömítések (rögzített felület vagy horony, relatív mozgás nélkül) a könnyebb eset. Szinte bármely helyesen méretezett NBR vagy FKM gyűrű megteszi, és a lágyabb keverékek is rendben vannak.
• A dinamikus tömítések (alternáló mozgású rudak, forgó tengelyek) kopással és súrlódással járnak. Itt a keverék és a keménység annyit számít, mint maga a polimercsalád: jó kopásállóság kell, és a gyűrűhöz illesztett felületi érdesség. Ezért nem dinamikus üzemre való a szilikon (VMQ) sem, a hőmérséklet-tartománya ellenére — túl könnyen kopik és szakad.
• Az extrúziót a nyomás okozza. Nagy nyomáson a lágy gyűrű az összeillesztett alkatrészek közötti résbe préselődik, és anyag nyíródik le róla — ez a klasszikus extrúziós meghibásodás. A két védekezés a nagyobb keménység (a szokásos 70 helyett 75–90 Shore A) és a szűkebb horonyrés, olykor extrúziógátló támasztógyűrűvel. Sem az NBR, sem az FKM nem eleve immunis; a megoldás a keménység és a horonytervezés, nem az elasztomer cseréje.

A tanulság: a polimert a hőmérséklet, a közeg és az időjárás alapján válassza ki, azután a keménységet és a horonyillesztést a mechanikai igénybevétel szerint. A két döntés különálló, és a második kihagyása a „jó anyag mégis szivárgott” eset gyakori oka.

Ár: az FKM-felár valós, de nem ez a teljes történet

Az FKM anyagköltsége azonos gyűrűre nagyjából ötszöröse az NBR-ének. Ez a felár valós, és egy több ezer tömítést tartalmazó darabjegyzéken nem elhanyagolható. Az alapanyagár azonban önmagában rossz szám az optimalizáláshoz. Ami számít, az a meghibásodás költsége:

• Nagy állásidőköltségű gépeken — ahol egy szivárgó tömítés nem tervezett leállást, kiesett termelést vagy biztonsági eseményt jelent — az FKM-felár egyetlen megelőzött meghibásodáshoz mérve elhanyagolható.
• Alacsony igénybevételű, könnyen hozzáférhető, enyhe körülmények közötti tömítéseknél egyszerűen pazarlás ötszörös árat fizetni olyan képességért, amelyet soha nem használ ki.

Ne „a biztonság kedvéért” váltson reflexből Vitonra. Ha az NBR tartalékkal teljesíti a hőmérsékleti, közeg- és kitettségi követelményeket, akkor az NBR a biztonságos választás — és egyben az olcsóbb.

NBR-t válasszon, ha…

Nitrilt akkor válasszon, ha mindez egyszerre igaz:

• A közeg ásványi olaj, hidraulikafolyadék, zsír, benzin, gázolaj, LPG vagy sűrített levegő
• A tartós hőmérséklet körülbelül +100 °C-on vagy az alatt van (és szabványos grade-eknél nagyjából −30 °C fölött)
• A tömítés zárt — nincs tartósan kitéve ózonnak, UV-nek vagy időjárásnak
• A specifikáció árérzékeny, és semmilyen konkrét vegyi, hő- vagy időjárásállósági követelmény nem kíván többet

FKM-et (Vitont) válasszon, ha…

Váltson fluorkaucsukra, ha ezek közül bármelyik fennáll:

• A tartós hőmérséklet meghaladja az NBR képességét (nagyjából +100 °C fölött, körülbelül +200 °C-ig)
• A közeg forró olaj, aromás vagy oxigéntartalmú üzemanyag, ásványi sav, vagy biodízel — ez utóbbi biodízelre minősített, peroxiddal térhálósított grade-del
• A tömítés ózonnak, oxigénnek, napfénynek vagy általános időjárásnak van kitéve
• Jobb maradó alakváltozási visszaállásra van szüksége emelt hőmérsékleten — a tömítésnek hosszú, forró üzem után is vissza kell feszülnie

Ha ezek közül egyik kiváltó ok sem áll fenn, szinte biztosan olyan FKM-et fizet meg, amelyre nincs szüksége.

Amikor egyik sem a válasz: HNBR, EPDM, VMQ, FFKM

Gyors döntési menet: forró olaj +100 °C fölött? → HNBR. Fékfolyadék, forró víz, gőz, vagy ketonok és észterek szobahőmérsékleten? → EPDM. A legszélesebb hőmérséklet-sáv statikus tömítésben? → VMQ. Aminok, forró ketonok és észterek, vagy +200 °C fölötti tartós üzem? → FFKM.

Meglepően sok „NBR vs Viton” kérdés valójában rossz kérdést tesz fel — a helyes anyag egy harmadik. Ezeknek az eseteknek a kiszűrésére való az alábbi táblázat:

Néhány megjegyzés mindegyikhez:

• A HNBR (hidrogénezett nitril) az NBR és az FKM közötti természetes lépcső kifejezetten forró olajhoz. Megtartja a nitril olaj- és üzemanyagállóságát, de valójában a hő miatt nyúl érte: az olaj hőmérsékleti felső határát körülbelül +150 °C-ra emeli, és érdemben jobb ózonállóságot ad, nagyjából az NBR árának 3-szorosáért — ami olcsóbb az FKM-nél. Pusztán aromásokban gazdag üzemanyaghoz gyakran egy magas ACN-tartalmú NBR is ugyanolyan jó; a HNBR a felárát forró olajon, illetve hő- és ózonterhelésen termeli ki, nem az üzemanyagállóságon.
• Az EPDM a helyes választás glikolos fékfolyadékhoz, forró vízhez, gőzhöz és sok poláris oldószerhez — a szobahőmérsékletű és mérsékelten meleg ketonokat és észtereket is beleértve —, ózon- és időjárásállósága pedig kiváló. Alapvető megszorítás: az EPDM nem kompatibilis az ásványi olajokkal és a kőolajalapú üzemanyagokkal — soha ne tegye olajtömítésbe. A fékrendszerek és az ivóvizes alkalmazások szabványos anyaga.
• A VMQ (szilikon) rendkívül széles hőmérséklet-sávot fed le (körülbelül −60 °C és +200 °C között) kiemelkedő rugalmassággal, de kopásállósága és szakítószilárdsága gyenge — kezelje statikus tömítőanyagként, ne dinamikus vagy nagynyomású üzemre. (A szilikonnak van alkalmi, kis súrlódású dinamikus felhasználása is, de egy beszerzői útmutatóban statikusként érdemes előírni.)
• Az FFKM (perfluor-elasztomer) az utolsó mentsvár azokra a vegyi közegekre, amelyek még az FKM-et is legyőzik — aminok, illetve olyan forró ketonok és észterek, amelyek az EPDM-et is kizárják —, valamint a +200 °C fölötti tartós üzemre (egyes grade-ek jóval +260 °C fölé érnek). Ára nagyságrendileg az FKM 20–50-szerese, ezért a félvezetőipari, agresszív vegyi és kritikus magas hőmérsékletű alkalmazásokra tartogatják.

Gyakorlati kiválasztási megjegyzések

Néhány dolog, amin a beszerzők a valóságban rendre elcsúsznak:

• A keménység (durométer) külön tengely. Az NBR-t és az FKM-et is jellemzően 70 Shore A körül szállítják, ez az általános célú alapértelmezett keménység. A nagyobb keménység (75–90 Shore A) ellenáll az extrúziónak nagy nyomáson vagy nagy horonyrésnél; a lágyabb keverékek kis nyomáson, érdes felületen tömítenek jobban. Az elasztomer megválasztása nem választja meg a keménységet — mindkettőt írja elő.
• Valójában a duzzadás és a maradó alakváltozás okozza a tönkremenetelt. A tömítés ritkán megy tönkre egyetlen látványos eseménytől; lassan pusztul el a vegyi duzzadástól (rossz a közeg) vagy a maradó alakváltozástól (rossz a hőmérséklet, és a gyűrű már nem feszül vissza). Az anyagválasztás valójában arra tett fogadás, hogy mindkettőt kordában tartja az élettartam alatt.
• A konkrét folyadékkal vessen össze, ne a kategóriával. Az „olaj”, az „üzemanyag” és a „hűtőfolyadék” adalékokkal teli gyűjtőkategóriák. Kétség esetén döntés előtt ellenőrizze a konkrét folyadékot — különösen az etanol- vagy FAME-/biodízel-tartalmú üzemanyagokat, valamint a fék- és hűtőfolyadékokat — a vegyi állósági táblázatban.

Gyakran ismételt kérdések

Mindig jobb az FKM (Viton) az NBR-nél?

Nem. Az FKM többre képes, nem univerzálisan jobb. Hideg, ásványi olajos alkalmazásban nagyjából ötször annyiba kerül, és nagyon alacsony hőmérsékleten ténylegesen rosszabbul teljesít, mint egy helyesen választott nitril. Ráadásul ugyanazok a poláris közegek támadják meg (ketonok, észterek, glikolos fékfolyadék, aminok), amelyek az NBR-t is legyőzik, a szabványos grade-ek pedig biodízelhez nem biztonságos alapértelmezések. A ki nem használt képesség csak költség.

NBR vs Viton — melyik bírja tovább?

Amelyik illik a feladathoz. Az élettartamot az szabja meg, mennyire tűri az anyag a hőmérsékletet és a közeget, nem az, hogy melyik polimer az „erősebb”. Egy helyesen előírt NBR gyűrű hideg hidraulikaolajban túléli azt az FKM gyűrűt, amelyet forró glikolos fékfolyadékba tettek — és fordítva. Illessze az anyagot a négy szűrőhöz — hőmérséklet, közeg, kitettség, mechanikai igénybevétel —, és a tartósabb választás az lesz, amelyiknek mind a négyben van tartaléka.

Lecserélhetek egy NBR gyűrűt azonos méretű FKM-re?

Méretileg általában igen — a méretek szabványosak. Funkcionálisan csak akkor, ha az alkalmazásnak valóban kellenek az FKM tulajdonságai. A kockázatosabb irány a fordítottja: egy FKM gyűrű NBR-re cserélése „spórolásból”. Ha az eredeti előírás FKM-et kért, szinte biztosan hő-, üzemanyag- vagy ózonállósági követelmény állt mögötte, amelyet a nitril nem tud teljesíteni, és a helyettesítés meg fog bukni.

Mindkét gyűrű fekete — hogyan különböztetem meg az NBR-t az FKM-től?

Ránézésre megbízhatóan sehogy. A szín semmit nem bizonyít — mindkettő rendszerint fekete, és ahogy az O-gyűrűk színeiről és jelöléséről szóló útmutató elmagyarázza, a szín nem szabványosított anyagkód. Az anyagjelölésre, a cikkszámokra és a beszállítói dokumentációra támaszkodjon, ne a szemrevételezésre. (Laborban a sűrűségvizsgálat megkülönbözteti őket — az FKM érezhetően sűrűbb —, de ez nem műhelyi módszer.)

Ugyanaz a Viton, mint az FKM?

Funkcionálisan igen. A Viton a fluorkaucsuk kereskedelmi neve (eredetileg a DuPont-é, ma a Chemours-é). Az FKM az ASTM D1418 szerinti kód; az FPM a DIN/ISO 1629 szerinti megfelelője — ugyanaz az anyag két jelölési rendszerben. Nem minden FKM visel Viton márkanevet, de minden Viton FKM.

Mi a helyzet a +100 és +150 °C közötti hőmérséklettel olajban?

Pontosan ez az a sáv, ahol a HNBR kiérdemli a helyét — olajálló, mint a nitril, de körülbelül +150 °C-ra minősített, és olcsóbb az FKM-nél. Mérsékelten forró olajhoz fontolja meg, mielőtt automatikusan Vitont választana.