Medžiagų suderinamumas: FKM išbrinkimo greitis sintetiniuose kompresorių aliejuose

Įvadas

Jūsų aukščiausios kokybės FKM sandarikliai greitai susidėvi, o jūs negalite suprasti, kodėl. 🔍 Sandarikliai atrodo išsipūtę, minkšti ir per kelis mėnesius praranda sandarumo savybes, o ne tarnauja kelerius metus. Kaltininkas nėra defektiniai sandarikliai, o cheminis nesuderinamumas tarp jūsų fluoroelastomeras¹ sandarikliai ir sintetinė kompresoriaus alyva, tepalinė jūsų pneumatinė sistema.

FKM (fluoroelastomeras) išbrinkimo greitis sintetinėse kompresorių alyvose labai skiriasi priklausomai nuo alyvos cheminės sudėties, su polialfaolefinas (PAO)² aliejai, sukeliančios 2–8% tūrio padidėjimą (priimtina), polialkileno glikolio (PAG) aliejai, sukeliančios 8–15% padidėjimą (ribinis), ir tam tikri esteriniai sintetiniai aliejai, sukeliančios 15–30% padidėjimą (nepriimtina), kuris sunaikina sandariklio geometriją ir sandarinimo jėgą. Medžiagų suderinamumo bandymai pagal ASTM D471³ yra būtina prieš nurodant FKM sandariklius alyva tepalinėse pneumatinėse sistemose, nes per didelis išbrinkimas sukelia sandariklio išspaudimą, sumažina suspaudimą ir sukelia ankstyvas gedimas, nepriklausomai nuo sandariklio kokybės.

Praėjusį mėnesį gavau nerimą keliančią skambučio iš Davido, patikimumo inžinieriaus automobilių dalių gamintojo kompanijoje Mičigane. Jo gamykla neseniai perėjo prie naujos sintetinės kompresorinės alyvos, siekdama pagerinti energijos efektyvumą ir prailginti techninės priežiūros intervalus. Per 6 mėnesius FKM sandarikliai jų pneumatinėse bešarnyrinėse cilindruose pradėjo gedti 10 kartų dažniau nei įprastai. Sandarikliai nesusidėvėjo – jie taip smarkiai išbrinko, kad prarado suspaudimą ir pradėjo išsikišti iš savo griovelių. Mes išbandėme jo naują alyvą su mūsų sandariklių mišiniais ir nustatėme 18–22% tūrio išsipūtimą – tai gerokai viršija 10% maksimumą, reikalingą patikimam sandarumui užtikrinti. Mes pertvarkėme jo sistemą, pritaikydami hidrogenizuotus nitrilo (HNBR) sandariklius, suderinamus su jo alyvos chemine sudėtimi, ir dabar jo sandariklių tarnavimo laikas vėl yra normalus – 3–5 metai.

Turinys

• Kodėl FKM išsipučia sintetiniuose aliejuose ir kas yra priimtina?
• Kokie sintetiniai aliejai labiausiai sukelia FKM išbrinkimą?
• Kaip galima patikrinti medžiagų suderinamumą prieš sistemos gedimą?
• Kokios alternatyvios sandarinimo medžiagos geriau tinka problematiškiems aliejams?

Kodėl FKM išsipučia sintetiniuose aliejuose ir kas yra priimtina?

Plombos išsipūtimas ne visada yra blogas dalykas, tačiau per didelis išsipūtimas sumažina našumą. 📊

FKM išbrinkimas įvyksta, kai sintetinės alyvos molekulės įsiskverbia į polimerinę matricą, išskiria polimero grandines ir padidina medžiagos tūrį. Kontroliuojamas 2-10% išbrinkimas yra priimtinas ir gali pagerinti sandarumą, išlaikydamas kontaktinį slėgį, tačiau išbrinkimas, viršijantis 15%, sukelia matmenų iškraipymą, sumažina kietumą (20-30 Krantas A⁴ nuostolis), sumažėjo suspaudimo rinkinys⁵ atsparumas ir galimas sandariklio išspaudimas iš griovelių. Pripūtimo greitis priklauso nuo FKM fluoro kiekio (kuo daugiau fluoro, tuo didesnis atsparumas), alyvos poliarumo (poliarinės alyvos sukelia didesnį pripūtimą), temperatūros (kiekvienas 10 °C padidėjimas padvigubina įsiskverbimo greitį) ir veikimo trukmės (pusiausvyra pasiekiama per 72–168 valandas esant darbiniai temperatūrai).

Patinimo mechanizmas

Molekulinės struktūros požiūriu elastomerai yra ilgų polimerų grandinių tinklai, kuriuos jungia tarpusavio ryšiai. Veikiami aliejų, mažos aliejaus molekulės gali įsiskverbti tarp polimerų grandinių. Jei aliejus yra chemiškai panašus į polimerą (suderinamas), įsiskverbimas yra minimalus. Jei aliejus yra chemiškai skirtingas, bet gali ištirpti polimero matricoje, atsiranda žymus išbrinkimas.

FKM (fluoroelastomer) polimerai turi fluoro atomų, todėl yra atsparūs daugumai naftos aliejų. Tačiau sintetiniai aliejai, turintys skirtingą cheminę struktūrą, gali skirtingai sąveikauti su fluorinto polimero pagrindine grandine.

Priimtini ir probleminiai bangų aukščiai

Tūrio padidėjimas %	Kietumo pokytis	Poveikis našumui	Plombos patikimumas	Reikalingi veiksmai
0-5%	0–5 Shore A	Minimalus, gali pagerinti sandarumą	Puikus	Nėra — idealus suderinamumas
5-10%	5–10 Shore A	Nedidelis matmenų pokytis	Geras	Stebėkite eksploatacijos metu
10-15%	10–20 Shore A	Pastebimas suminkštėjimas	Ribinis	Apsvarstykite alternatyvias medžiagas
15-25%	20–30 Shore A	Reikšmingas iškraipymas	Prastas	Nedelsiant pakeiskite sandariklio medžiagą
>25%	>30 Shore A	Sunkus susidėvėjimas	Nepriimtinas	Visiškas nesuderinamumas

Temperatūros pagreitis

Patinimo greitis eksponentiškai didėja su temperatūra. Sandariklis, kurio patinimas 23 °C temperatūroje yra 8%, toje pačioje alyvoje 80 °C temperatūroje gali patirti 15–18% patinimą. Todėl suderinamumo bandymai turi būti atliekami esant faktinėms darbo temperatūroms, o ne tik kambario temperatūrai.

Temperatūros poveikis išsipūtimo greičiui:

• 23 °C (kambario temperatūra): bazinis išbrinkimo greitis
• 40 °C: 1,5–2 kartus didesnis už bazinį lygį
• 60 °C: 2,5–3 kartus didesnis už bazinį lygį
• 80 °C: 4–5 kartus didesnis už bazinį lygį
• 100 °C: 6–8 kartus didesnis už bazinį lygį

Realios pasekmės

„Bepto“ kompanijoje išanalizavome šimtus sugadintų sandariklių iš alyva tepalinių pneumatinės sistemos. Per didelis išsipūtimas sukelia numatomas gedimo priežastis:

Sandariklių išspaudimas: Pripučiamos sandarikliai tampa per dideli savo grioveliams ir išsikiša į tarpelius, dėl to atsiranda įtrūkimai ir greitas gedimas.

Suspaudimo praradimas: Kai sandarikliai išsipučia ir suminkštėja, jie praranda suspaudimo jėgą, reikalingą išlaikyti kontaktinį slėgį prie sandarinimo paviršių.

Nuolatinis rinkinys: Pripučiamos sandarikliai deformuojasi negrįžtamai ir net po alyvos poveikio pabaigos nebegrįžta į pradinius matmenis.

Pagreitintas nusidėvėjimas: Minkštas sandarinimo medžiaga greičiau susidėvi dėl trinties, todėl jos tarnavimo laikas sutrumpėja 60–80%.

Kokie sintetiniai aliejai labiausiai sukelia FKM išbrinkimą?

Ne visos sintetinės alyvos yra vienodos, kai kalbama apie suderinamumą su FKM. 🧪

Sintetinės polialfaolefino (PAO) alyvos sukelia minimalų FKM išbrinkimą (tipinis 2–6%), nes jų angliavandenilių struktūra yra panaši į mineralinių alyvų, todėl jos yra saugiausias pasirinkimas FKM sandarikliams. Polialkileno glikolio (PAG) alyvos sukelia vidutinį išbrinkimą (8–15%) ir reikalauja atidaus bandymo. Esteriniai sintetiniai aliejai, įskaitant diesterius, poliolio esterius ir fosfato esterius, sukelia stiprų FKM išbrinkimą (15–35%) ir paprastai yra nesuderinami. Aliejaus priedų paketai, kurių sudėtyje yra poliarinių junginių, gali padidinti išbrinkimą dar 3–8%, palyginti su bazinio aliejaus poveikiu, todėl būtina atlikti tikrą suderinamumo bandymą su visiškai suformuluotu aliejumi.

Sintetinės alyvos cheminės savybės palyginimas

Alyvos tipas	Cheminė struktūra	Tipinis FKM išsipūtimas esant 100 °C temperatūrai	Suderinamumo reitingas	Bendros programos
Mineralinė alyva	Naftos angliavandeniliai	2-5%	Puikus	Bendroji pramonė
PAO (polialfaolefinas)	Sintetiniai angliavandeniliai	3-7%	Puikus	Aukštos kokybės kompresoriai
PAG (polialkileno glikolis)	Eteriu susieti glikoliai	10-18%	Vidutiniškas-Prastas	Šaldymas, kai kurie kompresoriai
Diesteris	Organiniai esteriai	18-28%	Prastas	Aviacija, aukštos temperatūros taikmenys
Poliolio esteris	Sudėtiniai esteriai	20-35%	Labai blogai	Turbinų alyvos, šaldymo
Silikonas	Polisiloksanai	5-12%	Geras-Vidutinis	Maistui tinkamas, atsparus ekstremalioms temperatūroms
Fosfato esteris	Organiniai fosfatai	25-40%	Nepriimtinas	Priešgaisrinė hidraulika

Kodėl PAO aliejai veikia geriausiai

PAO sintetiniai aliejai gaminami polimerizuojant alfa-olefinus (etileno darinius) į didesnes angliavandenilių molekules. Gauta struktūra yra chemiškai panaši į mineralinį aliejų, tik labiau vienalytė ir gryna. Dėl šio panašumo PAO aliejai sąveikauja su FKM panašiai kaip mineraliniai aliejai, sukeldami minimalų išbrinkimą.

Dirbau su Rebecca, maisto perdirbimo įmonės Kalifornijoje inžiniere. Jos darbui reikėjo sintetinių kompresorių alyvų dėl jų puikios oksidacijos stabilumo ir ilgesnių keitimo intervalų. Iš pradžių ji nurodė naudoti poliolio esterio sintetines alyvas dėl jų puikių savybių esant aukštai temperatūrai. Per 8 mėnesius FKM sandarikliai visoje jos pneumatinėje sistemoje sugedo.

Mes išbandėme jos alyvą su standartiniais FKM junginiais ir išmatavome 24-28% tūrio padidėjimą jos darbinėje temperatūroje 70 °C – visiškai nesuderinama. Mes rekomendavome pereiti prie maistui tinkamos PAO sintetinės alyvos su panašiomis eksploatacinėmis savybėmis. Po alyvos keitimo ir sandariklio pakeitimo jos sistema veikė daugiau nei 3 metus be su sandarikliu susijusių gedimų.

Priedų paketo problema

Bazinės alyvos suderinamumas yra tik viena iš sudedamųjų dalių. Šiuolaikinėse kompresorių alyvose yra 5-15% priedų paketai, įskaitant:

• Antioksidantai: Paprastai suderinamas su FKM
• Apsauginiai priedai nuo nusidėvėjimo: Cinko dialilditiofosfatas (ZDDP) gali padidinti išbrinkimą 2–5%.
• Plovikliai: Kalcio arba magnio sulfonatai, vidutinis išbrinkimas
• Dispergatoriai: Poliizobutileno sukcinimidai gali žymiai padidinti brinkimą.
• Tirpimo temperatūros mažinimo priemonės: Kintamojo suderinamumas
• Putos inhibitorius: Paprastai silikoniniai, minimalus poveikis

Štai kodėl negalima numatyti suderinamumo vien pagal bazinės alyvos tipą – reikia išbandyti visą alyvos formulę.

Regioniniai ir prekės ženklo skirtumai

Net ir alyvos, parduodamos su tuo pačiu bendriniu pavadinimu (pvz., “PAO sintetinė kompresorinė alyva”), gali turėti skirtingą sudėtį, priklausomai nuo gamintojo ar regiono. Europos, Azijos ir Šiaurės Amerikos alyvos sudėtis dažnai skiriasi pagal priedų cheminę sudėtį, kad atitiktų vietinius reglamentus ir veikimo standartus.

„Bepto“ turime suderinamumo bandymų duomenų bazę, kurioje yra daugiau nei 150 populiarių kompresorių alyvų iš didžiausių pasaulio gamintojų. Kai klientai nurodo alyvos markę ir klasę, dažnai galime iš karto pateikti suderinamumo rekomendacijas mūsų sandariklių medžiagoms.

Kaip galima patikrinti medžiagų suderinamumą prieš sistemos gedimą?

Prevencijai reikalingi tyrimai, o ne spėjimai. 🔬

Medžiagų suderinamumo bandymai pagal ASTM D471 standartą apima sandariklių mėginių panardinimą į tikrą kompresoriaus alyvą esant maksimaliam darbinės temperatūrai 70 valandų (mažiausiai), po to matuojamas tūrio padidėjimas, kietumo pokytis ir tempimo stiprumo išsaugojimas. Profesionalūs bandymai kainuoja $200-500 už alyvos/medžiagos derinį, tačiau padeda išvengti $10,000-50,000+ sistemos gedimų ir prastovų. Paprastą bandymą galima atlikti panardinant atsargines sandariklio detales į kaitintą alyvos mėginį 168 valandoms ir matuojant matmenų pokyčius, tačiau laboratoriniai bandymai suteikia tikslesnius ir teisiškai pagrįstus rezultatus kritinėms taikymoms.

ASTM D471 standartinis bandymo metodas

Pramonės standartinis suderinamumo testas atliekamas pagal šį protokolą:

1. Mėginio paruošimas

• Iš sandarinimo medžiagos iškirpti standartizuotus bandinius
• Išmatuokite pradinius matmenis, svorį ir kietumą.
• Įrašykite bazines savybes

2. Panardinimo bandymas

• Panardinkite mėginius į bandomąjį aliejų, esant maksimaliam darbinės temperatūrai.
• Standartinė trukmė: mažiausiai 70 valandų (pageidautina 168 valandos)
• Išlaikykite ±2°C temperatūrą per visą bandymą.

3. Matavimai po panardinimo

• Pašalinkite mėginius, nuvalykite paviršiaus aliejų
• Išmatuokite per 30 minučių po pašalinimo.
• Įrašykite tūrio pokytį, svorio pokytį, kietumo pokytį
• Pasirinktinai: tempimo stipris, pailgėjimo bandymas

4. Rezultatų interpretavimas

• Apskaičiuokite tūrio padidėjimo procentą
• Įvertinkite kietumo pokyčius (Shore A kietumo matuoklis)
• Įvertinkite fizinę būklę (skilimas, minkštėjimas, lipnumas)

Alternatyvus bandymas lauke

Klientams, kuriems reikia greitų atsakymų be laboratorinių išlaidų, rekomenduojame šį supaprastintą lauko bandymą:

Reikalingos medžiagos:

• 3–5 atsarginės kiekvienos bandomos medžiagos plombos
• Faktinio kompresoriaus alyvos mėginys (mažiausiai 500 ml)
• Šilumos šaltinis, palaikantis bandymo temperatūrą (krosnelė, kaitlentė su temperatūros reguliatoriumi)
• Stikliniai indai su dangčiais
• Slankmačiai arba mikrometras
• Durometras (Shore A kietumo matuoklis)

Procedūra:

1. Išmatuokite ir užrašykite pradinius sandariklio matmenis ir kietumą.
2. Panardinkite sandariklius į kaitintą aliejų 168 valandoms (1 savaitei)
3. Pašalinkite, nusausinkite ir nedelsdami išmatuokite matmenis ir kietumą.
4. Apskaičiuokite procentinį pokytį

Priėmimo kriterijai:

• Tūrio padidėjimas <10%: Priimtinas
• Kietumo praradimas <10 Shore A: Priimtinas
• Nėra matomų įtrūkimų, lipnumo ar stipraus suminkštėjimo

Kada atlikti bandymus

Prieš sistemos projektavimą: Projektavimo etapu išbandykite visas galimas sandariklio medžiagas su nurodytais aliejais.

Po alyvos keitimo: Kiekvieną kartą keičiant kompresoriaus alyvos markę ar tipą, pakartotinai patikrinkite suderinamumą, net jei nauja alyva yra “lygiavertė”.”

Po sandariklio gedimų: Jei pastebite nepaaiškinamus sandariklių gedimus, patikrinkite faktinius alyvos mėginius – alyvos susidėvėjimas ar užteršimas gali laikui bėgant pakeisti suderinamumą.

Naujo tiekėjo kvalifikacija: Vertindami naujus sandariklių tiekėjus, patikrinkite, ar jų medžiagos atitinka suderinamumo reikalavimus su jūsų naudojamais aliejais.

„Bepto“ siūlo nemokamus suderinamumo bandymus klientams, kurie naudoja mūsų bešarnyrius cilindrus alyva tepamose sistemose. Siųskite mums savo alyvos mėginį ir taikymo detales, mes išbandysime jį su mūsų sandariklių komponentais ir per 2 savaites pateiksime išsamų suderinamumo ataskaitą.

Kokios alternatyvios sandarinimo medžiagos geriau tinka problematiškiems aliejams?

Kai FKM nėra suderinamas, yra kitų galimybių. 🔧

Hidrogenizuotas nitrilas (HNBR) pasižymi puikiu suderinamumu su dauguma sintetinių alyvų, įskaitant PAG ir daugelį esterių, o tipinis jo išbrinkimo koeficientas yra 5–12% plačiame alyvų cheminių savybių spektre, todėl jis yra geriausia universali alternatyva FKM. Perfluoroelastomeras (FFKM) užtikrina universalią cheminę atsparumą su <3% brinkimu praktiškai visose aliejuose, tačiau kainuoja 10–15 kartų daugiau nei FKM. Poliuretano sandarikliai gerai veikia su PAO ir mineralinėmis alyvomis (3–8% išbrinkimas) ir užtikrina puikų atsparumą dilimui, tačiau jų atsparumas aukštai temperatūrai yra ribotas (<90 °C), palyginti su FKM, kurio atsparumas siekia 200 °C.

Alternatyvių medžiagų palyginimas

Sandariklio medžiaga	Temperatūros diapazonas	Alyvos suderinamumas	Tipinis išsipūtimas (PAO/PAG/esteris)	Atsparumas dėvėjimuisi	Santykinės išlaidos	Bepto prieinamumas
FKM (Vitonas)	-20 iki 200 °C	Puikus/Prastas/Prastas	5% / 15% / 25%	Geras	$$$	Standartinis
HNBR	-40 iki 150 °C	Puikus/Geras/Geras	6% / 10% / 12%	Labai geras	$$	Standartinis
FFKM (Kalrez)	-15 iki 300 °C	Universalus	2% / 3% / 3%	Geras	$$$$$	Individualus užsakymas
Poliuretanas	-40 iki 90 °C	Puikus/Patenkinamas/Prastas	4% / 12% / 18%	Išskirtinis	$$	Standartinis
NBR (nitrilas)	nuo -40 iki 100 °C	Puikus/Prastas/Prastas	5% / 15% / 20%	Puikus	$	Standartinis

HNBR: universalus sprendimas

Hidrogenizuotas nitrilo kaučiukas (HNBR) gaunamas hidrogenizuojant standartinį nitrilo kaučiuką, kuris prisotina polimero pagrindą ir žymiai pagerina atsparumą karščiui, atsparumą ozonui ir cheminį suderinamumą. HNBR išlaiko puikų nitrilo atsparumą alyvai, tuo pačiu užtikrindamas suderinamumą su agresyvesnėmis sintetinėmis alyvomis.

HNBR privalumai:

• Platus suderinamumas su alyva (PAO, PAG, daugelis esterių)
• Geras temperatūros diapazonas (nuo -40 iki 150 °C)
• Puikios mechaninės savybės
• Priimtina kaina (20–40% daugiau nei NBR)
• Galima rinktis iš įvairių kietumo lygių

HNBR apribojimai:

• Netinka ekstremalioms temperatūroms (>150 °C)
• Vidutinis atsparumas cheminėms medžiagoms (ne toks universalus kaip FFKM)
• Šiek tiek mažesnis atsparumas dilimui nei poliuretanas

Medžiagų pasirinkimo sprendimų medis

Rinkitės FKM, kai:

• Naudojant PAO arba mineralinės alyvos pagrindu pagamintus tepalus
• Reikalingas aukštos temperatūros darbas (>100 °C)
• Reikalingas puikus atsparumas cheminėms medžiagoms
• Suderinamumas patvirtintas bandymais

Pasirinkite HNBR, kai:

• Naudojant PAG arba esterio pagrindu pagamintas sintetinės alyvas
• Temperatūros diapazonas nuo -40 iki 150 °C tinkamas
• Reikalingas platus suderinamumas su alyva
• Reikalingas ekonomiškas sprendimas

Pasirinkite FFKM, kai:

• Reikalingas universalus cheminis suderinamumas
• Susiduriama su ekstremaliomis temperatūromis (>200 °C)
• Nulinė tolerancija sandarumo gedimams
• Biudžetas leidžia 10–15 kartų didesnį priedą nei FKM

Pasirinkite poliuretaną, kai:

• PAO arba mineralinių aliejų naudojimas
• Maksimalus atsparumas dilimui prioritetas
• Darbinė temperatūra <90 °C
• Abrzyvna aplinka

„Bepto“ medžiagų atrankos procesas

Kai klientai kreipiasi į mus dėl alyva tepalinių pneumatinės sistemos, mes laikomės sistemingo požiūrio:

1. Nustatyti aliejų: Kompresoriaus alyvos markė, tipas ir klasė
2. Nustatyti darbo sąlygas: Temperatūros diapazonas, slėgis, ciklo dažnis
3. Patikrinkite mūsų duomenų bazę: Palyginkite su mūsų daugiau nei 150 alyvos suderinamumo įrašais
4. Rekomenduojamos medžiagos: Pateikite 2–3 suderinamus variantus su kompromisais.
5. Pasiūlymo testavimas: Nemokamas suderinamumo testavimas, jei aliejus nėra mūsų duomenų bazėje
6. Tiekimo dokumentai: Pateikite bandymų duomenis ir medžiagų sertifikatus.

Šis konsultacinis požiūris yra priežastis, kodėl mūsų klientai pasiekia 40–60% ilgesnį sandariklių tarnavimo laiką, palyginti su bendriniais OEM pakaitalais – mes pritaikome sandariklių cheminę sudėtį prie faktinių eksploatavimo sąlygų, o ne tik tiekiame “standartinius” sandariklius.

Išvada

FKM sandariklių suderinamumas su sintetinėmis kompresorių alyvomis priklauso nuo cheminės sudėties ir turi būti patikrintas bandymais, o ne spėjimais, nes nesuderinami alyvos ir sandariklių deriniai sukelia greitą gedimą, nepriklausomai nuo sandariklių kokybės ar montavimo praktikos. 🎯

Dažnai užduodami klausimai apie FKM suderinamumą su sintetinėmis alyvomis

1. Sužinokite daugiau apie fluoroelastomerų (FKM) cheminę struktūrą ir pramoninį pritaikymą. ↩

2. Susipažinkite su PAO sintetinių tepalų techninėmis charakteristikomis ir privalumais pramoninėse sistemose. ↩

3. Susipažinkite su oficialiu standartu, skirtu tirti, kaip skysčiai, pvz., aliejai, veikia gumos medžiagų savybes. ↩

4. Suprasti Shore A kietumo skalę, naudojamą elastomerinių sandariklių lankstumui ir atsparumui matuoti. ↩

5. Sužinokite, kaip suspaudimo rinkinys veikia pramoninių tarpiklių ilgalaikį veikimą ir sandarumą. ↩