Из какого материала делают манжетные уплотнения

Из какого материала делают манжетные уплотнения — вопрос, от которого напрямую зависит ресурс узла. Рабочую кромку армированной манжеты (сальника) изготавливают из эластомеров: бутадиен-нитрильного каучука (NBR), фторкаучука (FKM), силиконового каучука (VMQ), а в особо тяжёлых по среде и температуре условиях — из фторопласта (PTFE). Каждый материал отличается температурным диапазоном и стойкостью к маслам и агрессивным средам, поэтому выбор делают под конкретную пару «среда — температура».

В этой статье разобрано, из чего состоит армированная манжета, какие каучуки и полимеры применяют для рабочей кромки, в каких температурных пределах они работают, как соотносятся группы резины по стандарту с марками NBR, FKM и VMQ, и как выбрать материал манжеты под среду и режим. Приведены данные по действующему стандарту на резиновые армированные манжеты для валов.

Из чего состоит армированная манжета

Армированная манжета (сальник) — это радиальное уплотнение вращающегося вала кольцевой формы. Конструкция состоит из трёх элементов: эластомерной рабочей части с уплотнительной кромкой, жёсткого металлического каркаса и браслетной пружины, поджимающей кромку к валу.

Материал рабочей кромки определяет совместимость со средой, температурный диапазон и срок службы. Именно поэтому вопрос материала — ключевой при подборе манжеты.

Материалы рабочей кромки

Для рабочей части армированных манжет применяют резиновые смеси на основе бутадиен-нитрильного, фтор- и силиконового каучуков. Для особых условий используют фторопласт. Ниже — основные материалы и их свойства.

NBR — бутадиен-нитрильный каучук

NBR (нитрильный каучук) — самый распространённый материал манжет. Это сополимер бутадиена и акрилонитрила; чем выше содержание акрилонитрила, тем выше маслостойкость, но ниже эластичность на холоде. NBR хорошо держит минеральные масла, дизельное топливо и воду, обладает высокой износостойкостью. Основное ограничение — сравнительно узкий температурный диапазон и невысокая стойкость к озону.

FKM — фторкаучук

FKM (фторкаучук, в обозначении ISO — FPM) отличается высокой термо- и химической стойкостью. Выдерживает синтетические масла, многие агрессивные среды и высокие температуры, работает там, где нитрил быстро стареет. Отечественные смеси — на основе фторкаучуков СКФ-26 и СКФ-32. Материал заметно дороже нитрила, но окупается ресурсом в тяжёлых условиях.

VMQ — силиконовый каучук

VMQ (силиконовый каучук) обладает широким температурным диапазоном и хорошей эластичностью на холоде, химически инертен. Уступает по механической прочности и износостойкости, поэтому в тяжелонагруженных динамических узлах его применяют с осторожностью; типичная область — узлы с широким диапазоном температур.

Температурные диапазоны и стойкость к средам

Температурный диапазон — главный критерий при выборе эластомера. Приведённые значения отражают типичные пределы материалов; конкретные границы зависят от рецептуры смеси, поэтому при подборе ориентируются на документацию изготовителя.

Никогда не определяйте материал манжеты «на глаз» или по цвету — цветовая маркировка эластомеров жёстко не регламентирована. Перепутанный материал может разрушиться в рабочей среде за короткое время. При подборе указывайте среду, температуру, давление и скорость.

Группы резины по стандарту на манжеты

Действующий стандарт на резиновые армированные манжеты для валов делит резины на группы по типу каучука. Группа резины указывается в обозначении манжеты последней цифрой. Соответствие групп и эластомеров приведено ниже.

Стандарт распространяется на однокромочные манжеты с пружиной для работы в минеральных маслах, воде и дизельном топливе при избыточном давлении до 0,05 МПа, скорости скольжения до 29 м/с и температуре от −60 до +170 °C в зависимости от группы резины. Для резин групп 4–6 (фторкаучук, силикон) верхний предел температуры уплотняемой среды выше, чем у нитрильных резин групп 1–3.

Группы 1, 2, 3 — нитрильный каучук; группы 4 и 5 — фторкаучук (СКФ-32 и СКФ-26); группа 6 — силиконовый каучук.

Фторопласт (PTFE) в манжетах

Фторопласт-4 (политетрафторэтилен, PTFE) — не эластомер, а кристаллический полимер. Его применяют в манжетах и уплотнениях тогда, когда условия по температуре, химической стойкости или трению выходят за пределы возможностей резин.

Чистый PTFE имеет невысокую прочность и текучесть под нагрузкой, поэтому для уплотнений под нагрузкой применяют наполненные композиции (с коксом, стекловолокном, углеродным волокном, дисульфидом молибдена), которые повышают износостойкость и сопротивление ползучести.

Пружина и каркас

Помимо рабочей кромки, в манжете есть два металлических элемента. Браслетная (спиральная) пружина из пружинной стальной проволоки закладывается в канавку за кромкой и создаёт постоянное радиальное усилие прижатия, компенсируя износ кромки, тепловое расширение и биение вала. Металлический каркас, обрезиненный снаружи, обеспечивает жёсткую посадку манжеты в корпусе.

Для валов малого диаметра (до 20 мм) и большого диаметра пружина может не устанавливаться; по согласованию изготовителя и потребителя допускается поставка манжет без пружины. Замена манжеты с пружиной на манжету без пружины сокращает ресурс уплотнения.

Как выбрать материал манжеты

Выбор материала — это подбор под конкретные условия работы, а не выбор «самого лучшего» каучука. Порядок действий следующий.

1. Определите среду. Минеральные масла, топливо и вода — обычно NBR; синтетические масла и агрессивная химия — FKM; химически сложные среды и предельные температуры — PTFE.
2. Уточните температуру. Сверьте рабочую температуру с диапазоном материала и оставьте запас по верхнему пределу. Для широкого диапазона подходит VMQ или FKM.
3. Учтите скорость и давление. Армированные манжеты рассчитаны на ограниченное избыточное давление (до 0,05 МПа); за этим пределом нужен другой тип уплотнения или манжета с опорным конусом.
4. Сверьте с документацией. Конкретные пределы зависят от рецептуры смеси, поэтому итоговый выбор подтверждают по даташиту изготовителя.

Вопросы и ответы