材料相容性：FKM在合成壓縮機油中的膨脹速率

簡介

您的頂級氟橡膠密封件過早失效，卻始終找不到原因。🔍 這些密封件在數月內便出現膨脹、軟化現象，密封力大幅下降，本應持久耐用的特性蕩然無存。罪魁禍首並非密封件本身——而是設備與密封件之間的化學不相容性所致。 氟橡膠¹ 密封件與合成壓縮機油，為您的氣動系統提供潤滑。.

氟橡膠（FKM）在合成壓縮機油中的膨脹率會因油品化學組成而產生顯著差異，其中 聚α-烯烴 (PAO)² 油品導致2-8%體積膨脹（可接受），聚醚類（PAG）油品產生8-15%膨脹（邊緣值），特定酯類合成油則產生15-30%膨脹（不可接受），此膨脹會破壞密封幾何結構與密封力。材料相容性測試依據 ASTM D471³ 在油潤滑氣動系統中選用FKM密封件前，必須進行充分的膨脹測試，因為過度膨脹會導致密封件擠出、壓縮性能下降及過早失效——無論密封件品質如何皆然。.

上個月，我接到密西根州某汽車零件製造商可靠性工程師大衛的憂心忡忡來電。該廠近期為提升能源效率與延長維護週期，改用新型合成壓縮機油。未料六個月內，其氣動無桿氣缸中的氟氯烷烴（FKM）密封件故障率飆升至正常值的十倍。這些密封件並非磨損所致——而是因過度膨脹導致壓縮失效，最終從溝槽中擠出。 經測試發現，該新油品對我們的密封材料產生18-22%體積膨脹值——遠超出可靠密封所需的10%上限。我們為其系統重新配置了與油品化學特性相容的氫化丁腈橡膠（HNBR）密封件，如今密封件壽命已恢復至正常的3-5年水平。.

目錄

• 為何氟氯烷烴（FKM）在合成油中會膨脹？何種程度的膨脹可被接受？
• 哪些合成油類型會導致FKM橡膠產生最嚴重的膨脹？
• 如何在系統故障前測試材料相容性？
• 哪些替代密封材料能更好地應對問題性油品？

為何氟氯烷烴（FKM）在合成油中會膨脹？何種程度的膨脹可被接受？

密封膨脹未必總是壞事——但過度膨脹會破壞性能。📊

FKM的膨脹現象發生於合成油分子滲透聚合物基質時，迫使聚合物鏈分離並增加材料體積。2-10%的受控膨脹尚可接受，甚至能透過維持接觸壓力來提升密封效果；但膨脹超過15%將導致尺寸變形、硬度降低（20-30%） 海岸 A⁴ 損失)，減少 壓縮組⁵ 抗性，以及潛在的密封件從溝槽中擠出現象。膨脹速率取決於FKM氟含量（氟含量越高=抗性越佳）、油品極性（極性油會導致更嚴重膨脹）、溫度（每升高10°C會使滲透速率加倍），以及暴露時間（在操作溫度下需72-168小時方能達到平衡狀態）。.

腫脹機制

在分子層面上，彈性體是由長聚合物鏈構成的網絡結構，並透過交聯鍵相互連接。當暴露於油類環境時，微小油分子可滲透至聚合物鏈之間。若油類與聚合物化學性質相近（相容），則滲透程度極低；若油類化學性質不同但能溶解於聚合物基質中，則會導致顯著的膨脹現象。.

氟橡膠（FKM）聚合物含有氟原子，使其能抵抗大多數石油基油品。然而，不同化學結構的合成油品會與氟化聚合物主鏈產生各異的化學作用。.

可接受與問題性浪湧範圍

音量膨脹 %	硬度變化	效能影響	密封可靠性	需要採取的行動
0-5%	0-5 肖氏A硬度	最低限度，可能改善密封性	極佳	無——理想的相容性
5-10%	5-10 肖氏A硬度	輕微的尺寸變化	良好	服務期間監控
10-15%	10-20 肖氏A硬度	明顯的軟化	邊緣	考慮替代材料
15-25%	20-30 肖氏A硬度	顯著失真	貧窮	立即更換密封材料
25%	>30 肖氏A級硬度	嚴重劣化	不可接受	完全不相容

溫度加速

膨脹率隨溫度呈指數級增長。在23°C下呈現8%膨脹的密封件，於相同油品中於80°C時可能產生15-18%的膨脹。因此相容性測試必須在實際工作溫度下進行，而非僅限於室溫環境。.

溫度對膨脹速率的影響：

• 23°C（室溫）：基準膨脹速率
• 40°C：1.5-2倍基準值
• 60°C：2.5-3倍基準值
• 80°C：4-5倍基準值
• 100°C：6-8倍基準值

真實世界的後果

在Bepto，我們已分析數百個來自油潤滑氣動系統的失效密封件。過度膨脹會引發可預測的失效模式：

密封件擠出膨脹的密封件因體積過大而無法容於溝槽，遂擠入間隙縫隙，導致撕裂與急速失效。.

壓縮損失隨著密封件膨脹變軟，它們會喪失維持與密封表面接觸壓力所需的壓縮力。.

永久定型膨脹的密封件會產生永久變形，即使停止接觸油品後，仍無法恢復至原始尺寸。.

加速磨損軟化的密封材料在摩擦作用下磨損更快，使使用壽命縮短60-80%。.

哪些合成油類型會導致FKM橡膠產生最嚴重的膨脹？

並非所有合成油在FKM相容性方面都具有同等性能。🧪

聚α-烯烴（PAO）合成油因其類似礦物油的碳氫化合物結構，僅會導致極輕微的FKM膨脹（典型值2-6%），是FKM密封件最安全的選擇。聚醚（PAG）油會產生中度膨脹（8-15%），需謹慎測試。 酯類合成油（含二酯、多元醇酯及磷酸酯）會導致FKM嚴重膨脹（15-35%），通常不相容。含極性化合物的油品添加劑包會使膨脹率在基礎油效應外再增加3-8%，因此必須使用完整配方油進行實際相容性測試。.

合成油化學特性比較

油類型	化學結構	典型FKM橡膠在100°C下的膨脹率	相容性評級	常見應用
礦物油	石油烴	2-5%	極佳	一般工業
聚α-烯烴（PAO）	合成烴類	3-7%	極佳	高效能壓縮機
聚醯胺醯亞胺（PAG）	醚鍵結的二醇類化合物	10-18%	普通-差	製冷，部分壓縮機
迪斯特	有機酯	18-28%	貧窮	航空、高溫應用
多元醇酯	複合酯	20-35%	非常差	渦輪機油、製冷機油
矽膠	聚矽氧烷	5-12%	良好－普通	食品級，極端溫度
磷酸酯	有機磷化合物	25-40%	不可接受	耐火液壓系統

為何PAO油品效果最佳

PAO合成油是透過將α-烯烴（乙烯衍生物）聚合為較大碳氫化合物分子製成。其最終結構在化學特性上與礦物油相似——只是更均勻且純淨。這種相似性意味著PAO油與FKM的交互作用與礦物油相近，僅會造成輕微膨脹。.

我曾與加州某食品加工廠的設備工程師麗貝卡共事。其生產線因需合成壓縮機油的優異氧化穩定性與延長換油週期而採用此類產品。她最初指定使用聚醇酯合成油，因其具備卓越的高溫性能。然而短短八個月內，該廠氣動系統中的全系列FKM密封件便相繼失效。.

我們將其油品與標準FKM化合物進行測試，在70°C工作溫度下測得24-28%體積膨脹率——完全不相容。我們建議改用具備相似性能特性的食品級PAO合成油。更換油品與密封件後，該系統已穩定運行逾三年，未再發生任何密封相關故障。.

附加包問題

基礎油的相容性僅是考量因素之一。現代壓縮機油含有5-15%添加劑組合，包括：

• 抗氧化劑通常與氟橡膠（FKM）相容
• 抗磨添加劑二烷基二硫代磷酸鋅（ZDDP）可使膨脹率增加2-5%
• 洗滌劑磺酸鈣或磺酸鎂，適度增稠效果
• 分散劑聚異丁烯琥珀酰亞胺，可顯著提高膨脹率
• 凝點降低劑變數相容性
• 泡沫抑制劑通常為矽基配方，對環境影響極小

這就是為什麼您無法僅憑基礎油類型來預測相容性——必須測試完整的配方油。.

區域與品牌差異

即使是同類通用名稱（例如「PAO合成壓縮機油」）的潤滑油，不同製造商或地區的配方也可能存在差異。歐洲、亞洲與北美地區的潤滑油配方常因添加劑化學成分不同而有所區別，以符合當地法規與性能標準。.

在Bepto，我們維護著一個相容性測試資料庫，收錄全球主要製造商超過150種常見壓縮機油品。當客戶指定其油品品牌與等級時，我們通常能立即提供針對密封材料的相容性指引。.

如何在系統故障前測試材料相容性？

預防需要檢測，而非猜測。🔬

根據ASTM D471標準進行的材料相容性測試，需將密封件樣本浸入實際壓縮機油中，於最高操作溫度下持續70小時（最低要求），隨後測量體積膨脹率、硬度變化及抗拉強度保留率。專業測試費用為每種油品/材料組合$200-500美元，但可避免$10,000-50,000+美元的系統故障與停機損失。 簡易現場測試可將備用密封件浸入加熱油樣168小時後測量尺寸變化，但關鍵應用領域仍需實驗室測試以獲取更精準且具法律效力的結果。.

ASTM D471 標準測試方法

業界標準的相容性測試遵循此協議：

1. 樣品製備

• 從密封材料上切割標準化測試樣本
• 測量初始尺寸、重量及硬度
• 記錄基準屬性

2. 浸漬測試

• 將樣品浸入測試油中，並維持最高操作溫度
• 標準時長：最少70小時（建議168小時）
• 在整個測試過程中維持溫度在±2°C範圍內

3. 浸入後測量

• 取樣，擦拭表面油漬
• 在取出後30分鐘內進行測量
• 記錄體積變化、重量變化、硬度變化
• 可選：抗拉強度、延伸率測試

4. 結果解讀

• 計算體積膨脹百分比
• 評估硬度變化（肖氏A硬度計）
• 評估物理狀態（開裂、軟化、黏性）

替代方案的實地測試

對於需要快速解答且無需實驗室成本的客戶，我們推薦此簡化現場測試：

所需材料：

• 每種待測材料各備有3-5個備用密封件
• 實際壓縮機油樣本（最低500毫升）
• 維持測試溫度之熱源（烤箱、具溫度控制功能的電熱板）
• 帶蓋玻璃容器
• 卡尺或千分尺
• 硬度計（肖氏A型硬度計）

程序：

1. 測量並記錄初始密封件的尺寸與硬度
2. 將密封件浸入加熱的油中168小時（1週）
3. 移除、吸乾水分，並立即測量尺寸與硬度
4. 計算百分比變化

驗收標準：

• 音量膨脹 <10%：可接受
• 硬度損失 <10 肖氏A：可接受
• 無可見裂紋、黏性或嚴重軟化

何時進行測試

系統設計之前在設計階段，對所有候選密封材料進行指定油品的測試。.

更換機油後每次更換壓縮機機油品牌或類型時，即使新機油標示為「等效」，仍須重新測試相容性。“

密封失效後若發生原因不明的密封失效，請測試實際現場油樣——油品劣化或污染會隨時間改變相容性。.

新供應商資格認證在評估新密封件供應商時，請確認其材料符合與您特定油品的相容性要求。.

在Bepto，我們為指定使用我司無桿油壓缸於油潤滑系統的客戶提供免費相容性測試。請將您的油品樣本與應用細節寄送給我們，我們將針對密封材料進行測試，並於兩週內提供詳細的相容性報告。.

哪些替代密封材料能更好地應對問題性油品？

當氟橡膠（FKM）不適用時，尚有其他選項可供選擇。🔧

氫化丁腈橡膠（HNBR）與多數合成油（包括聚醯亞胺酯及多種酯類）具有優異相容性，在廣泛的油品化學體系中典型膨脹率為5-12%，使其成為取代氟橡膠（FKM）的最佳通用替代品。 全氟彈性體（FFKM）具備全面化學抗性，在幾乎所有油類中膨脹率均低於3%，但成本高出FKM的10至15倍。 聚氨酯密封件適用於PAO及礦物油（膨脹率3-8%），具備優異耐磨性，但相較於FKM的200°C耐溫等級，其高溫適用範圍受限（<90°C）。.

替代材料比較

密封材質	溫度範圍	油品相容性	典型膨脹劑（PAO/PAG/酯類）	耐磨性	相對成本	必托供應狀況
FKM (Viton)	-20 至 200°C	優秀／差／差	5% / 15% / 25%	良好	$$$	標準
HNBR	-40 至 150°C	優異／良好／良好	6% / 10% / 12%	非常好	$$	標準
FFKM (Kalrez)	-15 至 300°C	通用	2% / 3% / 3%	良好	$$$$$	客製化訂單
聚氨酯	-40 至 90°C	優異／尚可／欠佳	4% / 12% / 18%	傑出	$$	標準
NBR (丁腈)	-40 至 100°C	優秀／差／差	5% / 15% / 20%	極佳	$	標準

HNBR：多功能解決方案

氫化丁腈橡膠（HNBR）是透過氫化標準丁腈橡膠製成，此過程使聚合物主鏈飽和，大幅提升耐熱性、抗臭氧性及化學相容性。HNBR在維持丁腈橡膠優異耐油性的同時，更增添了對更具侵蝕性合成油的相容性。.

HNBR 優勢：

• 廣泛的油品相容性（PAO、PAG、多種酯類）
• 良好的溫度範圍（-40 至 150°C）
• 優異的機械性能
• 合理成本（比丁腈橡膠高出20-40%）
• 提供多種硬度等級

HNBR 限制：

• 不適用於極端溫度（>150°C）
• 中等耐化學性（不像FFKM那樣適用於所有化學物質）
• 耐磨性略低於聚氨酯

材料選擇決策樹

選擇FKM時：

• 使用聚亞苯乙烯醇或礦物油基潤滑劑
• 需在高溫環境下運作（>100°C）
• 需要優異的耐化學性
• 經測試確認相容性

何時選擇丁腈橡膠：

• 使用聚醚（PAG）或酯類基底的合成油
• 溫度範圍 -40 至 150°C 適用
• 需具備廣泛的油品相容性
• 需要成本效益高的解決方案

選擇FFKM時：

• 需具備普遍化學相容性
• 遭遇極端溫度（>200°C）
• 對密封失效採取零容忍政策
• 預算允許相較於氟氯烷基橡膠（FKM）高出10至15倍的溢價

選擇聚氨酯的時機：

• 使用聚亞苯乙烯醇或礦物油
• 最高耐磨性優先
• 操作溫度 <90°C
• 存在磨蝕性環境

貝普托材料選用流程

當客戶就油潤滑氣動系統聯繫我們時，我們遵循一套系統化的方法：

1. 識別油品壓縮機油的品牌、型號及等級
2. 確定操作條件溫度範圍、壓力、循環速率
3. 查閱我們的資料庫與我們超過150項的油品相容性記錄進行比對
4. 推薦材料提供2-3個兼容選項及其取捨點
5. 提供測試若油品未收錄於我們的資料庫，可提供免費相容性測試
6. 供應文件提供測試數據及材料認證文件

這種諮詢式方法正是客戶能實現比通用OEM替換件延長40-60%密封壽命的原因——我們根據實際操作條件匹配密封件化學特性，而非僅僅供應「標準」密封件。.

總結

FKM密封件與合成壓縮機油的相容性取決於化學特性，必須透過測試驗證而非憑空假設，因為不相容的油封組合會導致快速失效，無論密封件品質或安裝工藝如何。🎯

關於氟碳橡膠與合成油相容性的常見問題

1. 深入了解氟橡膠（FKM）的化學結構與工業應用。. ↩

2. 探索PAO合成潤滑劑在工業系統中的技術特性與優勢。. ↩

3. 查閱官方標準，用以測試液體（如油類）如何影響橡膠材料的特性。. ↩

4. 理解肖氏硬度一種用於測量彈性體密封件柔韌性與抗壓能力的硬度量表。. ↩

5. 探索壓縮永久變形如何影響工業墊片的長期性能與密封能力。. ↩