Tvrdosť Shore A pri O-krúžkoch: prečo je štandard 70 a kedy zvoliť inú

Na výkrese tesnenia stoja za kódom materiálu zvyčajne dve číslice: NBR 70, FKM 80, VMQ 50. To číslo je tvrdosť Shore A — a po médiu a teplote je to ďalší údaj, ktorý rozhoduje, či krúžok v aplikácii vydrží. Mäkká zmes sa prispôsobí drsnému povrchu a tesní už pri malej prítlačnej sile, tvrdá odolá vysokému tlaku bez toho, aby sa vytlačila do škáry. V tomto článku vysvetlíme, čo tvrdosť Shore A vyjadruje, prečo je 70 ShA priemyselný štandard, kedy siahnuť po mäkšej či tvrdšej zmesi a prečo sa tvrdosť krúžku počas prevádzky mení.

Čo vyjadruje tvrdosť Shore A

Tvrdosť Shore A udáva odpor zmesi proti vtlačeniu hrotu durometra — čím vyššie číslo, tým tvrdší materiál. Pre elastomérové tesnenia je Shore A štandardná stupnica; tvrdé plasty sa merajú stupnicou Shore D, s ktorou sa pri O-krúžkoch bežne nestretnete. Bežné tesniace zmesi pokrývajú pásmo zhruba od 30 ShA, kde ležia najmäkšie silikóny, po 95 ShA, kde končia tvrdé polyuretány a karboxylované nitrily. Zmes 30 ShA stlačíte prstami ako mäkkú gumičku, do zmesi 90 ShA necht takmer nevtlačíte.

Dôležité: tvrdosť nehovorí nič o chemickej ani teplotnej odolnosti. NBR 70 a FKM 70 majú rovnakú tvrdosť, ale úplne iné správanie v médiách. Tvrdosť preto vyberajte až ako ďalší krok po médiu a teplote — médium si overte v chemickej tabuľke odolnosti a celý postup médium → teplota → tlak → pohyb popisuje náš sprievodca výberom materiálu.

Prečo je 70 Shore A štandard

Ak na výkrese tvrdosť chýba, dodá sa takmer vždy zmes 70 ShA — rovnaký predpoklad používa aj náš konfigurátor, keď tvrdosť nezadáte. Okolie 70 ShA je kompromis, ktorý funguje najlepšie v statických aj bežných dynamických aplikáciách: zmes je dosť poddajná, aby pri štandardnom stlačení — približne 22 percent prierezu v statickej drážke a okolo 10 percent v dynamickej — spoľahlivo vyplnila mikronerovnosti povrchu, a zároveň dosť pevná, aby sa pri bežných tlakoch nevytláčala do škáry.

Zodpovedá tomu aj to, čo sa reálne skladuje a vyrába. NBR a HNBR bývajú dostupné v tvrdostiach 70, 80 a 90 ShA, FKM v 70, 75 a 90 ShA, EPDM v 60, 70 a 80 ShA, silikón v 50, 60 a 70 ShA, chloroprén v 60 a 70 ShA a polyuretán v 85, 90 a 95 ShA. Keď v konfigurátore zadáte rozmer a materiál bez tvrdosti, ponúkne vám najbežnejšie hodnoty 70, 75, 80 a 90 ShA.

Mäkšia zmes: kedy pomôže 50 až 60 ShA

Po mäkšej zmesi siahnite v špecifických prípadoch: pri tesnení drsných, liatych alebo mierne poškodených povrchov, v zostavách s malou prítlačnou silou — tenkostenné plastové diely, ručne doťahované spoje — a tam, kde sa krúžok musí prispôsobiť väčším výrobným toleranciám. Mäkká zmes vyplní nerovnosti, na ktoré by tvrdý krúžok potreboval podstatne väčšie stlačenie. Daňou je nižšia odolnosť proti extrúzii a oteru — mäkký krúžok do vysokotlakovej hydrauliky nepatrí.

Pozor, nie každú chémiu dostanete mäkkú. Silikón (VMQ) sa vyrába od 30 ShA, NBR, EPDM aj chloroprén od 40 ShA a fluórosilikón takisto od 40 ShA. FKM však začína na 60 ShA, FFKM na 65 ShA a polyuretán až na 70 ShA. Ak aplikácia žiada extrémne mäkké tesnenie a zároveň fluórovú chémiu, narážate na hranicu materiálu — riešením býva úprava konštrukcie, nie hľadanie zmesi, ktorá sa nevyrába.

Tvrdšia zmes: vysoký tlak a riziko extrúzie

S rastúcim tlakom rastie sila, ktorá tlačí krúžok do škáry medzi súčiastkami. Príliš mäkký materiál je typickou príčinou extrúzie: guma sa vytlačí do škáry a okraj krúžku vyzerá ako obhryzený. Pri náleze obhryzeného okraja existujú tri overené nápravy: zvýšiť tvrdosť na 80 až 90 ShA, zvoliť oteruvzdornejší materiál ako polyuretán, alebo krúžok podoprieť oporným krúžkom z PTFE. Rovnaké odporúčania nájdete aj v našom nástroji na analýzu porúch.

Tvrdá zmes má však aj svoju cenu: na rovnaké stlačenie potrebuje väčšiu silu, horšie kopíruje drsné povrchy a v dynamickej aplikácii môže rýchlejšie opotrebovať protiplochu. Ak extrúziu spoľahlivo rieši oporný krúžok, často je lepšie ostať pri 70 ShA s podporou než prejsť na 90 ShA bez nej. Do hry vstupuje aj drážka — tesnejšia škára a správne navrhnutá drážka znižujú riziko extrúzie podobne účinne ako tvrdší materiál; pomery si prepočítate v kalkulačke drážky.

Tvrdosť podľa materiálu: čo sa reálne vyrába

Každá chémia má svoje vyrobiteľné pásmo tvrdostí. Univerzálne kaučuky pokrývajú najširší rozsah: NBR, EPDM a chloroprén (CR) od 40 do 90 ShA, HNBR a epichlórhydrín (ECO) od 50 do 90 ShA. Silikón (VMQ) je najmäkší — 30 až 80 ShA, fluórosilikón (FVMQ) pokrýva 40 až 80 ShA. Fluórové elastoméry začínajú vyššie: FKM 60 až 90 ShA, FFKM 65 až 90 ShA a FEPM (Aflas) 70 až 90 ShA. Automotive špeciality ACM (60 až 80 ShA) a AEM (50 až 75 ShA) ležia v strede. Najtvrdšie sú polyuretán (PU) a karboxylovaný nitril (XNBR) — oba 70 až 95 ShA, stavané na oter a vysoké tlaky.

PTFE stojí mimo tohto zoznamu: nie je elastomér, ale tuhý polymér s tvrdosťou v pásme 55 až 65, ktorá sa meria inou charakteristikou. Stlačený PTFE sa nevracia do pôvodného tvaru, preto sa používa ako oporný krúžok alebo v špeciálnych konštrukciách — nie ako priama náhrada gumového O-krúžku v bežnej drážke.

Tvrdosť sa počas prevádzky mení

Tvrdosť na výkrese je tvrdosť novej zmesi; v prevádzke sa mení a práve zmena tvrdosti demontovaného krúžku je cenný diagnostický signál. Prehriaty krúžok stvrdne, skrehne a praská radiálnymi trhlinami, povrch býva lesklý alebo spečený. Chemicky napadnutý krúžok podľa typu nekompatibility napuchne a zmäkne, alebo naopak stvrdne — spolu so zmenou objemu, hmotnosti či farby. Vo vákuu sa z elastoméru odparujú prchavé zložky, najmä zmäkčovadlá: krúžok tvrdne, stráca hmotnosť a zmršťuje sa.

Praktický dôsledok pre údržbu: ak je vymontovaný krúžok výrazne tvrdší než nový kus z balenia, neriešte len výmenu, ale hľadajte príčinu. Stvrdnutie takmer vždy znamená prekročenú teplotu alebo nekompatibilné médium — a nový krúžok z rovnakej zmesi dopadne rovnako. Nález porovnajte s typickými vzormi poškodenia v našej analýze porúch.

Ako presná je udávaná tvrdosť

Tvrdosť sa meria durometrom na rovnej vzorke predpísanej hrúbky, nie na samotnom krúžku — meranie na oblom, tenkom priereze O-krúžku dáva len orientačné hodnoty. Počítajte aj s prirodzeným rozptylom medzi výrobnými šaržami. Preto náš konfigurátor pri hľadaní presnej náhrady akceptuje zhodu tvrdosti s toleranciou ±3 ShA a pri širšom hľadaní alternatív ±5 ShA. Rozdiel medzi 70 a 72 ShA v praxi nerozhoduje, rozdiel medzi 70 a 90 ShA áno.

Časté otázky

Akú tvrdosť má štandardný O-krúžok?

70 Shore A. Ak objednávate bez údaju o tvrdosti, dostanete zmes 70 ShA — a pre väčšinu statických aj bežných dynamických aplikácií je to správna voľba. Aj náš konfigurátor počíta so 70 ShA ako predvolenou hodnotou.

Kedy zvoliť 90 Shore A?

Pri vysokých tlakoch, väčších škárach medzi súčiastkami a všade, kde hrozí extrúzia — typicky v hydraulike. Alternatívou je oporný krúžok z PTFE k mäkšiemu krúžku, alebo polyuretán v tvrdostiach 85 až 95 ShA, ktorý má najlepšiu oteruvzdornosť spomedzi elastomérov.

Znamená vyššia tvrdosť lepšiu chemickú alebo teplotnú odolnosť?

Nie. Tvrdosť je mechanická vlastnosť zmesi a s chemickou odolnosťou ani teplotným rozsahom priamo nesúvisí. NBR 90 zlyhá v brzdovej kvapaline rovnako ako NBR 70. Médium a teplotu riešte výberom chémie materiálu, tvrdosť až následne podľa tlaku a pohybu.

Dá sa tvrdosť zistiť na hotovom krúžku?

Len orientačne — durometer potrebuje rovnú vzorku a na oblom priereze nameráte skreslené hodnoty. Pri identifikácii neznámeho krúžku vychádzajte z rozmerov cez prevodník rozmerov, z farby a aplikácie; tvrdosť porovnajte aspoň hmatom s novým kusom známej zmesi.

Vyberte tvrdosť za pár sekúnd

Pri bežnej výmene stačí konfigurátor priamo na úvodnej stránke: zadajte rozmery, materiál a prípadne tvrdosť — predvolených 70 ShA sedí väčšine aplikácií a varianty s inou tvrdosťou uvidíte hneď vedľa. Médium si overte v chemickej tabuľke odolnosti, rozmery drážky v kalkulačke drážky a poškodený krúžok porovnajte v analýze porúch. Ak ani potom nemáte istotu — napríklad pri neobvyklej kombinácii vysokého tlaku a mäkkej zmesi — napíšte Filipovi, poradí z praxe.