Silikon, EPDM, FKM, NBR – który elastomer sprawdzi się w Twojej aplikacji przemysłowej

Dobór elastomeru do uszczelnienia przemysłowego nie powinien opierać się wyłącznie na temperaturze pracy. Równie ważne są medium robocze, ciśnienie, ruch elementów, działanie ozonu i promieniowania UV oraz oczekiwana trwałość. Silikon, EPDM, FKM i NBR mają odmienne właściwości, dlatego materiał skuteczny w instalacji wodnej może nie sprawdzić się w układzie pracującym z olejem mineralnym.

Najpopularniejsze elastomery stosowane w uszczelnieniach

W zastosowaniach przemysłowych nie istnieje jeden elastomer odpowiedni do wszystkich warunków. NBR jest ceniony za właściwości mechaniczne i odporność na wiele olejów, FKM znajduje zastosowanie przy wymagających mediach i podwyższonej temperaturze, natomiast silikon wyróżnia się szerokim zakresem temperatur i elastycznością w niskich i wysokich temperaturach, posiada dopuszczenie do kontaktu z żywnością oraz farmacji. EPDM dobrze znosi wodę, warunki atmosferyczne i ozon, lecz nie jest właściwym wyborem do kontaktu z olejami mineralnymi. Dlatego uszczelki EPDM stosuje się między innymi w urządzeniach i maszynach przemysłowych oraz rozwiązaniach narażonych na czynniki atmosferyczne. Przy projektowaniu należy jednak analizować konkretną mieszankę, ponieważ właściwości wyrobu zależą nie tylko od rodziny elastomeru, ale również od jego składu i sposobu wulkanizacji.

Charakterystyka silikonu i EPDM

Silikon, oznaczany często jako VMQ, zachowuje właściwości w szerokim zakresie temperatur oraz dobrze znosi działanie ozonu, promieniowania UV i czynników atmosferycznych. Jego ograniczeniem może być natomiast odporność mechaniczna, zwłaszcza w aplikacjach dynamicznych narażonych na intensywne ścieranie. EPDM również charakteryzuje się bardzo dobrą odpornością na starzenie, ozon i pogodę. Istotną zaletą EPDM jest odporność na gorącą wodę i parę, a odpowiednio dobrane mieszanki mogą pracować także z wieloma mediami polarnymi. Materiał ten nie jest jednak zasadniczo przeznaczony do olejów i smarów na bazie mineralnej. Wybór między silikonem a EPDM powinien więc uwzględniać nie tylko temperaturę, ale przede wszystkim środowisko chemiczne oraz charakter pracy uszczelnienia i konieczność posiadania atestów takich jak BFR/FDA.

Właściwości FKM i NBR

FKM, czyli fluoroelastomer, jest stosowany tam, gdzie potrzebna jest odporność na wysoką temperaturę, oleje, paliwa i wiele agresywnych mediów. W typowych mieszankach może pracować w temperaturach wyższych niż standardowy NBR, lecz jego przydatność zawsze zależy od konkretnego medium i receptury materiału. NBR pozostaje natomiast popularnym rozwiązaniem w układach olejowych, hydraulicznych i pneumatycznych. NBR łączy dobrą odporność na oleje z korzystnymi właściwościami mechanicznymi, w tym odpornością na ścieranie. Jego ograniczeniem jest słabsza odporność na ozon, warunki atmosferyczne i wysoką temperaturę w porównaniu z EPDM czy FKM. Dlatego wybór droższego FKM nie zawsze jest konieczny, jeżeli warunki pracy mieszczą się w możliwościach prawidłowo dobranej mieszanki NBR.

Jak dopasować materiał do warunków pracy?

Pierwszym krokiem powinno być określenie medium i bezpośrednich warunków pracy, które mają kontakt z uszczelnieniem. Przy doborze materiału należy uwzględnić nie tylko jego nazwę, ale także skład, stężenie, temperaturę i możliwość występowania dodatków chemicznych. Następnie analizuje się temperaturę minimalną i maksymalną, ciśnienie, charakter ruchu oraz warunki zewnętrzne. Kompatybilność chemiczna jest jednym z podstawowych kryteriów doboru, ponieważ kontakt z niewłaściwym medium może powodować pęcznienie, twardnienie, mięknięcie lub utratę właściwości elastomeru. Znaczenie ma również to, czy uszczelnienie jest statyczne, czy dynamiczne. Materiał dobrze działający w nieruchomym połączeniu kołnierzowym nie musi mieć wystarczającej odporności na zużycie w elemencie wykonującym intensywny ruch posuwisto-zwrotny.

Najczęstsze błędy przy wyborze elastomeru

Jednym z typowych błędów jest wybieranie materiału wyłącznie na podstawie maksymalnej temperatury podanej w karcie technicznej. Graniczna temperatura może zmieniać się w zależności od medium, czasu ekspozycji i konstrukcji uszczelnienia. Zakres temperatur należy analizować razem z kompatybilnością chemiczną oraz rzeczywistymi warunkami eksploatacji. Problemem jest także utożsamianie wszystkich mieszanek należących do jednej rodziny elastomerów. Dwa materiały EPDM albo NBR mogą różnić się twardością, odpornością na odkształcenie trwałe, składem oraz dopuszczeniami. Błędem bywa również nieuwzględnienie rozruchów, mycia instalacji, okresowych skoków temperatury czy kontaktu z substancją inną niż podstawowe medium procesowe. Wszystkie te czynniki mogą wpływać na rzeczywistą trwałość uszczelnienia.

Jak medium robocze wpływa na wybór między EPDM, NBR i FKM?

Dobrym przykładem znaczenia medium jest porównanie instalacji wodnej i olejowej. EPDM wykazuje korzystne właściwości w kontakcie z wodą, gorącą wodą i wieloma mediami polarnymi, ale jego zastosowanie w kontakcie z olejami mineralnymi jest zasadniczo niewłaściwe. W takich warunkach częściej rozpatruje się NBR lub FKM. NBR jest powszechnie stosowany przy olejach mineralnych i smarach, natomiast FKM może być wybierany w bardziej wymagających warunkach temperaturowych i chemicznych. Nie oznacza to jednak, że materiał można dobrać wyłącznie na podstawie kategorii „olej” czy „substancja chemiczna”. Konkretna formulacja medium, jego dodatki oraz temperatura mogą istotnie zmienić kompatybilność, dlatego przy krytycznych zastosowaniach należy korzystać z danych dotyczących konkretnej mieszanki elastomerowej.

Dlaczego twardość i odkształcenie elastomeru również są ważne?

Odporność chemiczna nie gwarantuje jeszcze prawidłowego działania uszczelnienia. Element musi zachować właściwą deformację i nacisk na powierzchnie uszczelniane przez zakładany okres pracy. Twardość materiału wpływa między innymi na jego podatność na odkształcenie, zachowanie pod ciśnieniem i sposób montażu. Parametry mechaniczne trzeba dopasować do konstrukcji uszczelnienia, zamiast traktować je jako cechę drugorzędną. Ważne jest także odkształcenie trwałe po ściskaniu, ponieważ elastomer, który nie odzyskuje w wystarczającym stopniu pierwotnego kształtu, może z czasem utracić zdolność kompensowania zmian szczeliny. Przy elementach dynamicznych dochodzą odporność na ścieranie, tarcie i wytrzymałość mechaniczną. Z tego powodu ostateczny dobór obejmuje zarówno typ polimeru, jak i parametry konkretnej mieszanki.

Kiedy warto wybrać Uszczelki EPDM?

Uszczelki z EPDM są szczególnie warte rozważenia w zastosowaniach narażonych na wodę, ozon, promieniowanie UV i zmienne warunki atmosferyczne. Z tego względu materiał wykorzystuje się w budownictwie, instalacjach, motoryzacji oraz różnych urządzeniach przemysłowych. EPDM jest dobrym kandydatem do wielu zastosowań wodnych i zewnętrznych, o ile medium robocze jest z nim kompatybilne. Nie powinien być natomiast wybierany jako uniwersalny zamiennik NBR w instalacjach z olejami mineralnymi. Przy pracy z parą, chemikaliami czy płynami technologicznymi konieczne jest dodatkowo sprawdzenie odporności konkretnej mieszanki w zakładanym zakresie temperatur i stężeń. W zastosowaniach wymagających określonych dopuszczeń należy również zweryfikować, czy konkretny materiał spełnia wymagania właściwe dla danej branży.

Dobór elastomeru powinien wynikać z parametrów aplikacji

Silikon, EPDM, FKM i NBR rozwiązują odmienne problemy uszczelniające. EPDM wyróżnia się odpornością na warunki atmosferyczne i wodę, NBR sprawdza się w wielu środowiskach olejowych, FKM odpowiada na bardziej wymagające warunki chemiczne i termiczne, a silikon zapewnia szeroki zakres temperatur i dobrą elastyczność w chłodzie. Ostateczna decyzja powinna uwzględniać konkretną mieszankę, medium, temperaturę, ciśnienie, rodzaj ruchu oraz wymagania techniczne całego układu.

FAQ

Czy EPDM nadaje się do kontaktu z olejem mineralnym?

EPDM zasadniczo nie jest odpowiednim materiałem do długotrwałego kontaktu z olejami mineralnymi. W takich aplikacjach częściej wykorzystuje się odpowiednio dobrany NBR lub FKM.

Czym różni się FKM od NBR?

Oba elastomery mogą być stosowane w kontakcie z wieloma olejami, jednak FKM zwykle oferuje większą odporność na wysoką temperaturę i szerszy zakres wymagających mediów. NBR zapewnia natomiast dobre właściwości mechaniczne i jest powszechnie wykorzystywany w typowych zastosowaniach olejowych.

Czy silikon zawsze jest najlepszym wyborem przy wysokiej temperaturze?

Nie. Silikon ma bardzo dobre właściwości termiczne, ale jego przydatność zależy również od medium, obciążeń mechanicznych i charakteru pracy uszczelnienia. W niektórych zastosowaniach lepszym rozwiązaniem może być FKM lub inny specjalistyczny elastomer.