Materialkompatibilitet: FKM-svällningshastigheter i syntetiska kompressoroljor

Inledning

Dina högkvalitativa FKM-tätningar slits ut i förtid och du kan inte förstå varför. 🔍 Tätningarna ser svullna och mjuka ut och förlorar sin tätningskraft inom några månader istället för att hålla i flera år. Orsaken är inte defekta tätningar, utan kemisk inkompatibilitet mellan dina fluorelastomer¹ tätningar och den syntetiska kompressoroljan som smörjer ditt pneumatiska system.

FKM (fluoroelastomer) svällningshastigheter i syntetiska kompressoroljor varierar kraftigt beroende på oljans kemiska sammansättning, med polyalfaolefin (PAO)² oljor som orsakar 2-8% volymsvällning (acceptabelt), polyalkylenglykololjor (PAG) som orsakar 8-15% svällning (marginellt) och vissa esterbaserade syntetiska oljor som orsakar 15-30% svällning (oacceptabelt) som förstör tätningens geometri och tätningskraft. Materialkompatibilitetstestning enligt ASTM D471³ är viktigt innan man specificerar FKM-tätningar i oljesmorda pneumatiska system, eftersom överdriven svällning orsakar extrudering av tätningen, minskad kompression och för tidigt fel oavsett tätningens kvalitet.

Förra månaden fick jag ett oroande samtal från David, en tillförlitlighetsingenjör hos en tillverkare av bildelar i Michigan. Hans anläggning hade nyligen bytt till en ny syntetisk kompressorolja för att förbättra energieffektiviteten och förlänga underhållsintervallen. Inom sex månader började FKM-tätningarna i deras pneumatiska stånglösa cylindrar att gå sönder tio gånger snabbare än normalt. Tätningarna slets inte ut – de svällde så mycket att de förlorade kompressionen och började tränga ut ur sina spår. Vi testade hans nya olja mot våra tätningsmaterial och upptäckte en volymsvällning på 18–22% – långt över maximivärdet 10% för tillförlitlig tätning. Vi omformulerade hans system med hydrerade nitriltätningar (HNBR) som är kompatibla med hans oljekemi, och nu har han återgått till en normal tätningslivslängd på 3–5 år.

Innehållsförteckning

• Varför sväller FKM i syntetiska oljor och vad är acceptabelt?
• Vilka syntetiska oljetyper orsakar mest FKM-svullnad?
• Hur kan man testa materialkompatibilitet innan systemfel uppstår?
• Vilka alternativa tätningsmaterial fungerar bättre med problematiska oljor?

Varför sväller FKM i syntetiska oljor och vad är acceptabelt?

Tätningssvällning är inte alltid dåligt – men för mycket förstör prestandan. 📊

FKM-svällning uppstår när syntetiska oljemolekyler tränger in i polymermatrisen, tvingar isär polymerkedjorna och ökar materialvolymen. Kontrollerad svällning på 2-10% är acceptabel och kan faktiskt förbättra tätningen genom att upprätthålla kontakttrycket, men svällning över 15% orsakar dimensionsförvrängning, minskad hårdhet (20-30 Strand A⁴ förlust), minskad kompressionsuppsättning⁵ motstånd och potentiell tätningsutpressning från spår. Svällningsgraden beror på FKM-fluorinnehåll (högre fluorhalt = bättre motstånd), oljepolaritet (polära oljor orsakar mer svällning), temperatur (varje ökning med 10 °C fördubblar penetrationsgraden) och exponeringstid (jämvikt uppnås inom 72–168 timmar vid driftstemperatur).

Svullnadsmekanismen

På molekylnivå är elastomerer nätverk av långa polymerkedjor med tvärbindningar som håller ihop dem. När de utsätts för oljor kan små oljemolekyler tränga in mellan polymerkedjorna. Om oljan är kemiskt lik polymeren (kompatibel) sker minimal penetration. Om oljan är kemiskt annorlunda men kan lösas upp i polymermatrisen, resulterar det i betydande svällning.

FKM-polymerer (fluorelastomer) innehåller fluoratomer som gör dem resistenta mot de flesta petroleumoljor. Syntetiska oljor med olika kemiska strukturer kan dock interagera på olika sätt med den fluorerade polymerkedjan.

Acceptabla kontra problematiska svallvågsintervall

Volymökning %	Hårdhetsförändring	Påverkan på prestanda	Tätningens tillförlitlighet	Åtgärder krävs
0-5%	0-5 Shore A	Minimal, kan förbättra tätningen	Utmärkt	Ingen – idealisk kompatibilitet
5-10%	5-10 Shore A	Liten dimensionsförändring	Bra	Övervaka under drift
10-15%	10-20 Shore A	Märkbar mjukgöring	Marginell	Överväg alternativa material
15-25%	20-30 Shore A	Betydande förvrängning	Dålig	Byt tätningsmaterial omedelbart
>25%	>30 Shore A	Allvarlig försämring	Oacceptabelt	Fullständig oförenlighet

Temperaturökning

Svällningsgraden ökar exponentiellt med temperaturen. En tätning som uppvisar 8% svällning vid 23 °C kan uppvisa 15-18% svällning vid 80 °C i samma olja. Det är därför kompatibilitetstester måste utföras vid faktiska driftstemperaturer, inte bara vid rumstemperatur.

Temperaturens inverkan på svällningshastigheten:

• 23 °C (rumstemperatur): Grundläggande svällningshastighet
• 40 °C: 1,5–2 gånger baslinjen
• 60 °C: 2,5–3 gånger baslinjen
• 80 °C: 4–5 gånger baslinjen
• 100 °C: 6–8 gånger baslinjen

Konsekvenser i den verkliga världen

På Bepto har vi analyserat hundratals defekta tätningar från oljesmorda pneumatiska system. Överdriven svällning skapar förutsägbara feltyper:

Extrusion av tätningar: Svullna tätningar blir för stora för sina spår och tränger ut i mellanrummen, vilket orsakar rivning och snabbt haveri.

Förlust av kompression: När tätningar sväller och mjuknar förlorar de den kompressionskraft som behövs för att upprätthålla kontakttrycket mot tätningsytorna.

Permanent uppsättning: Svullna tätningar utvecklar permanent deformation och återgår inte till sina ursprungliga dimensioner även efter att exponeringen för olja har upphört.

Accelererad slitage: Mjukgjort tätningsmaterial slits snabbare vid friktion, vilket minskar livslängden med 60–80%.

Vilka syntetiska oljetyper orsakar mest FKM-svullnad?

Alla syntetiska oljor är inte lika när det gäller FKM-kompatibilitet. 🧪

Syntetiska oljor av polyalfaolefin (PAO) orsakar minimal svällning av FKM (2-6% typiskt) på grund av sin kolvätestruktur som liknar mineraloljor, vilket gör dem till det säkraste valet för FKM-tätningar. Polyalkylenglykololjor (PAG) orsakar måttlig svällning (8-15%) och kräver noggranna tester. Esterbaserade syntetiska oljor, inklusive diestrar, polyolestrar och fosfatestrar, orsakar kraftig svällning av FKM (15-35%) och är i allmänhet oförenliga. Oljetillsatsmedel som innehåller polära föreningar kan öka svällningen med ytterligare 3-8% utöver basoljans effekter, vilket gör det nödvändigt att testa den faktiska kompatibiliteten med den färdigblandade oljan.

Jämförelse av syntetisk oljekemi

Olje typ	Kemisk struktur	Typisk FKM-svällning vid 100 °C	Kompatibilitetsbetyg	Vanliga tillämpningar
Mineralolja	Petroleumkolväten	2-5%	Utmärkt	Allmän industri
PAO (polyalfaolefin)	Syntetiska kolväten	3-7%	Utmärkt	Högpresterande kompressorer
PAG (polyalkenylglykol)	Eterbundna glykoler	10-18%	Ganska dålig	Kylning, vissa kompressorer
Diester	Organiska estrar	18-28%	Dålig	Flyg, högtemperaturapplikationer
Polyolester	Komplexa estrar	20-35%	Mycket dålig	Turbinoljor, kylning
Silikon	Polysiloxaner	5-12%	Bra-Godkänd	Livsmedelsklassad, extrema temperaturer
Fosfatester	Organofosfater	25-40%	Oacceptabelt	Brandbeständig hydraulik

Varför PAO-oljor fungerar bäst

PAO-syntetiska oljor tillverkas genom polymerisering av alfa-olefiner (etylenderivat) till större kolväte-molekyler. Den resulterande strukturen är kemiskt lik mineralolja – bara mer enhetlig och ren. Denna likhet innebär att PAO-oljor interagerar med FKM på samma sätt som mineraloljor, vilket orsakar minimal svällning.

Jag arbetade med Rebecca, en anläggningsingenjör vid en livsmedelsfabrik i Kalifornien. Hennes verksamhet krävde syntetiska kompressoroljor på grund av deras överlägsna oxidationsstabilitet och förlängda bytesintervall. Hon specificerade initialt en syntetisk polyolester på grund av dess utmärkta egenskaper vid höga temperaturer. Inom åtta månader hade FKM-tätningarna i hela hennes pneumatiska system slutat fungera.

Vi testade hennes olja mot standard FKM-föreningar och mätte 24-28% volymsvällning vid hennes driftstemperatur på 70 °C – helt oförenlig. Vi rekommenderade att byta till en livsmedelsklassad PAO-syntetisk olja med liknande prestandaegenskaper. Efter oljebyte och tätningsbyte har hennes system fungerat i över 3 år utan tätningsrelaterade fel.

Problemet med tilläggspaketet

Basoljans kompatibilitet är bara en del av ekvationen. Moderna kompressoroljor innehåller 5-15%-additivpaket, inklusive:

• Antioxidanter: Vanligtvis kompatibel med FKM
• Slitageskyddande tillsatser: Zinkdialkylditiofosfat (ZDDP) kan öka svällningen med 2-5%.
• Rengöringsmedel: Kalcium- eller magnesiumsulfonater, måttlig svällningsökning
• Dispergeringsmedel: Polyisobutylensuccinimider kan öka svällningen avsevärt.
• Flytpunktssänkande medel: Variabel kompatibilitet
• Skumhämmare: Vanligtvis silikonbaserad, minimal påverkan

Det är därför man inte kan förutsäga kompatibiliteten enbart utifrån basoljetypen – man måste testa den färdigblandade oljan.

Regionala och varumärkesvariationer

Även oljor som marknadsförs under samma generiska namn (t.ex. “PAO syntetisk kompressorolja”) kan ha olika sammansättningar beroende på tillverkare eller region. Europeiska, asiatiska och nordamerikanska oljesammansättningar skiljer sig ofta åt när det gäller additivkemi för att uppfylla lokala föreskrifter och prestandastandarder.

På Bepto har vi en databas med kompatibilitetstester för över 150 vanliga kompressoroljor från stora tillverkare över hela världen. När kunderna anger vilket oljemärke och vilken oljekvalitet de använder kan vi ofta ge omedelbar vägledning om kompatibiliteten med våra tätningsmaterial.

Hur kan man testa materialkompatibilitet innan systemfel uppstår?

Förebyggande åtgärder kräver tester, inte gissningar. 🔬

Materialkompatibilitetstestning enligt ASTM D471 innebär att tätningsprover doppas i den faktiska kompressoroljan vid maximal driftstemperatur i minst 70 timmar, varefter volymökning, hårdhetsförändring och bibehållen draghållfasthet mäts. Professionell testning kostar $200-500 per olje-/materialkombination, men förhindrar systemfel och driftstopp som kan kosta $10 000-50 000+. Enkel fältprovning kan utföras genom att sänka ner reservtätningar i uppvärmda oljeprover i 168 timmar och mäta dimensionsförändringar, även om laboratorietestning ger mer exakta och juridiskt hållbara resultat för kritiska tillämpningar.

ASTM D471 Standardtestmetod

Branschstandardens kompatibilitetstest följer detta protokoll:

1. Provberedning

• Skär standardiserade testprover från tätningsmaterialet.
• Mät initiala dimensioner, vikt och hårdhet
• Registrera baslinjeegenskaper

2. Nedsänkningstestning

• Sänk ner proverna i testoljan vid maximal driftstemperatur.
• Standardlängd: minst 70 timmar (helst 168 timmar)
• Håll temperaturen ±2 °C under hela testet.

3. Mätningar efter nedsänkning

• Ta bort prover, torka bort ytolja
• Mät inom 30 minuter efter borttagning
• Registrera volymförändring, viktförändring, hårdhetsförändring
• Valfritt: draghållfasthet, töjningstestning

4. Tolkning av resultaten

• Beräkna volymökningens procentandel
• Bedöm hårdhetsförändring (Shore A-hårdhetsmätare)
• Utvärdera fysiskt skick (sprickor, mjukhet, klibbighet)

Fältprovning Alternativ

För kunder som behöver snabba svar utan laboratoriekostnader rekommenderar vi detta förenklade fältprov:

Material som behövs:

• 3–5 reservtätningar av varje material som ska testas
• Prov på faktisk kompressorolja (minst 500 ml)
• Värmekälla som håller testtemperaturen (ugn, värmeplatta med temperaturkontroll)
• Glasbehållare med lock
• Skjutmått eller mikrometer
• Durometer (Shore A-hårdhetsmätare)

Förfarande:

1. Mät och registrera initiala tätningsdimensioner och hårdhet
2. Sänk ner tätningarna i uppvärmd olja i 168 timmar (1 vecka)
3. Ta bort, torka torrt och mät omedelbart dimensioner och hårdhet.
4. Beräkna procentuell förändring

Kriterier för godkännande:

• Volymökning <10%: Acceptabelt
• Hårdhetsförlust <10 Shore A: Acceptabelt
• Inga synliga sprickor, klibbighet eller kraftig mjukning

När ska testning utföras?

Före systemdesign: Testa alla kandidatmaterial för tätningar mot specificerade oljor under designfasen.

Efter oljebyte: Varje gång du byter kompressoroljemärke eller -typ ska du testa kompatibiliteten på nytt, även om den nya oljan är “likvärdig”.”

Efter tätningsfel: Om oförklarliga tätningsfel uppstår, testa faktiska oljeprover från fältet – oljenedbrytning eller föroreningar kan förändra kompatibiliteten över tid.

Ny leverantörskvalificering: När du kvalificerar nya tätningsleverantörer ska du kontrollera att deras material uppfyller kompatibilitetskraven för dina specifika oljor.

På Bepto erbjuder vi kostnadsfria kompatibilitetstester för kunder som specificerar våra stånglösa cylindrar i oljesmorda system. Skicka oss ditt oljeprov och information om din applikation så testar vi det mot våra tätningsmaterial och skickar en detaljerad kompatibilitetsrapport inom två veckor.

Vilka alternativa tätningsmaterial fungerar bättre med problematiska oljor?

Om FKM inte är kompatibelt finns det andra alternativ. 🔧

Hydrogenerad nitril (HNBR) har utmärkt kompatibilitet med de flesta syntetiska oljor, inklusive PAG och många estrar, med typiska svällningsgrader på 5–12% i ett brett spektrum av oljekemikalier, vilket gör det till det bästa allroundalternativet till FKM. Perfluoroelastomer (FFKM) erbjuder universell kemisk beständighet med <3% svällning i praktiskt taget alla oljor, men kostar 10–15 gånger mer än FKM. Polyuretantätningar fungerar bra med PAO och mineraloljor (3-8% svällning) och erbjuder överlägsen slitstyrka, även om de har begränsad högtemperaturkapacitet (<90 °C) jämfört med FKM:s 200 °C-klassning.

Jämförelse av alternativa material

Tätningsmaterial	Temperaturområde	Oljekompatibilitet	Typisk svällning (PAO/PAG/ester)	Motståndskraft mot slitage	Relativ kostnad	Bepto Tillgänglighet
FKM (Viton)	-20 till 200 °C	Utmärkt/Dålig/Dålig	5% / 15% / 25%	Bra	$$$	Standard
HNBR	-40 till 150 °C	Utmärkt/Bra/Bra	6% / 10% / 12%	Mycket bra	$$	Standard
FFKM (Kalrez)	-15 till 300 °C	Universal	2% / 3% / 3%	Bra	$$$$$	Specialbeställning
Polyuretan	-40 till 90 °C	Utmärkt/Godkänd/Underkänd	4% / 12% / 18%	Utestående	$$	Standard
NBR (nitril)	-40 till 100 °C	Utmärkt/Dålig/Dålig	5% / 15% / 20%	Utmärkt	$	Standard

HNBR: Den mångsidiga lösningen

Hydrogenerat nitrilgummi (HNBR) skapas genom att standardnitrilgummi hydrogenereras, vilket mättar polymerkedjan och dramatiskt förbättrar värmebeständigheten, ozonbeständigheten och kemisk kompatibilitet. HNBR behåller nitrilens utmärkta oljebeständighet samtidigt som det blir kompatibelt med mer aggressiva syntetiska oljor.

HNBR Fördelar:

• Bred oljekompatibilitet (PAO, PAG, många estrar)
• Bra temperaturområde (-40 till 150 °C)
• Utmärkta mekaniska egenskaper
• Rimlig kostnad (20-40% mer än NBR)
• Finns i flera hårdhetsgrader

HNBR-begränsningar:

• Ej lämplig för extrema temperaturer (>150 °C)
• Måttlig kemikaliebeständighet (inte universell som FFKM)
• Något lägre slitstyrka än polyuretan

Beslutsdiagram för materialval

Välj FKM när:

• Användning av PAO- eller mineraloljebaserade smörjmedel
• Hög temperatur (>100 °C) krävs
• Utmärkt kemisk beständighet krävs
• Kompatibilitet bekräftad genom tester

Välj HNBR när:

• Användning av PAG- eller esterbaserade syntetiska oljor
• Temperaturområde -40 till 150 °C lämpligt
• Bred oljekompatibilitet krävs
• Kostnadseffektiv lösning behövs

Välj FFKM när:

• Universell kemisk kompatibilitet krävs
• Extrema temperaturer (>200 °C) förekommer
• Nolltolerans för tätningsfel
• Budgeten tillåter 10–15 gånger högre premie än FKM

Välj polyuretan när:

• Användning av PAO eller mineraloljor
• Högsta prioritet för slitstyrka
• Driftstemperatur <90 °C
• Slipande miljö förekommer

Bepto-materialvalprocessen

När kunder kontaktar oss angående oljesmorda pneumatiska system följer vi en systematisk metod:

1. Identifiera oljan: Kompressoroljans märke, typ och kvalitet
2. Fastställ driftsförhållanden: Temperaturintervall, tryck, cykelfrekvens
3. Kontrollera vår databas: Jämför med våra över 150 register över oljekompatibilitet
4. Rekommendera material: Ge 2–3 kompatibla alternativ med avvägningar.
5. Erbjud testning: Gratis kompatibilitetstest om oljan inte finns i vår databas
6. Leveransdokumentation: Tillhandahålla testdata och materialcertifieringar

Det är tack vare denna rådgivande strategi som våra kunder uppnår 40–60% längre livslängd på tätningarna jämfört med generiska OEM-ersättningsdelar – vi anpassar tätningarnas kemiska sammansättning efter de faktiska driftsförhållandena, istället för att bara leverera “standardtätningar”.

Slutsats

FKM-tätningens kompatibilitet med syntetiska kompressoroljor är kemiskt beroende och måste verifieras genom tester snarare än antaganden, eftersom inkompatibla kombinationer av olja och tätning orsakar snabba fel oavsett tätningens kvalitet eller installationsmetoder. 🎯

Vanliga frågor om FKM:s kompatibilitet med syntetiska oljor

1. Läs mer om den kemiska strukturen och industriella tillämpningarna av fluoroelastomerer (FKM). ↩

2. Utforska de tekniska egenskaperna och fördelarna med PAO-syntetiska smörjmedel i industriella system. ↩

3. Få tillgång till den officiella standarden för att testa hur vätskor som oljor påverkar egenskaperna hos gummimaterial. ↩

4. Förstå Shore En hårdhetsskala som används för att mäta flexibiliteten och motståndskraften hos elastomertätningar. ↩

5. Upptäck hur kompressionssättet påverkar den långsiktiga prestandan och tätningsförmågan hos industriella packningar. ↩