Главная
Продукция
Таблица химической стойкости уплотнительных материалов (резины, ПТФЭ, полиуретан)

Таблица химической стойкости уплотнительных материалов (резины, ПТФЭ, полиуретан)

Таблица химической стойкости уплотнительных материалов

Материал	Кислоты (неорганические)	Кислоты (органические)	Щелочи	Масла минеральные	Масла растительные	Топливо	Кетоны/Эфиры	Спирты	Вода горячая	УФ излучение
NBR (Бутадиен-нитрильный каучук)	Удовлетв.	Хорошо	Хорошо	Отлично	Хорошо	Хорошо	Плохо	Хорошо	Удовлетв.	Плохо
EPDM (Этилен-пропиленовый каучук)	Отлично	Отлично	Отлично	Плохо	Удовлетв.	Плохо	Плохо	Отлично	Отлично	Отлично
FKM (Фторкаучук/Viton)	Отлично	Отлично	Удовлетв.	Отлично	Отлично	Отлично	Хорошо	Хорошо	Хорошо	Отлично
Силиконовый каучук	Удовлетв.	Удовлетв.	Хорошо	Удовлетв.	Удовлетв.	Плохо	Плохо	Хорошо	Отлично	Отлично
PTFE (Политетрафторэтилен)	Отлично	Отлично	Отлично	Отлично	Отлично	Отлично	Отлично	Отлично	Отлично	Отлично
FEP (Фторированный этилен-пропилен)	Отлично	Отлично	Отлично	Отлично	Отлично	Отлично	Отлично	Отлично	Отлично	Хорошо
Полиуретан (PU)	Плохо	Удовлетв.	Удовлетв.	Хорошо	Удовлетв.	Удовлетв.	Плохо	Удовлетв.	Удовлетв.	Удовлетв.
Хлоропреновый каучук (CR/Неопрен)	Удовлетв.	Хорошо	Хорошо	Хорошо	Хорошо	Удовлетв.	Плохо	Хорошо	Удовлетв.	Удовлетв.
FFKM (Перфторэластомер)	Отлично	Отлично	Отлично	Отлично	Отлично	Отлично	Отлично	Отлично	Отлично	Отлично
Калрез (Kalrez)	Отлично	Отлично	Отлично	Отлично	Отлично	Отлично	Отлично	Отлично	Отлично	Отлично

* Оценки: Отлично, Хорошо, Удовлетв. (удовлетворительно), Плохо. Конкретные условия могут повлиять на стойкость.

Содержание

Введение в химическую стойкость уплотнительных материалов
Основные типы эластомеров (резин)
PTFE и фторполимеры
1. Свойства PTFE
2. FEP и PFA материалы
Полиуретан (PU)
Перфторэластомеры высокой производительности
1. FFKM (Перфторэластомер)
2. Калрез (Kalrez) и специализированные материалы
Воздействие различных химических групп
Факторы, влияющие на химическую стойкость
Рекомендации по выбору материала
Практические примеры применения
Сравнительный анализ материалов
Методы тестирования химической стойкости
Заключение

Введение в химическую стойкость уплотнительных материалов

Химическая стойкость уплотнительных материалов — критический фактор при выборе компонентов для промышленных применений. Понимание устойчивости различных эластомеров и полимеров к воздействию агрессивных сред позволяет оптимизировать срок службы уплотнений, снизить затраты на обслуживание и предотвратить аварийные ситуации, связанные с выходом уплотнений из строя.

Универсальных уплотнительных материалов, идеально устойчивых ко всем возможным химическим средам, не существует. Даже PTFE и перфторэластомеры, обладающие выдающейся химической стойкостью, имеют определенные ограничения. Выбор оптимального материала всегда представляет собой компромисс между химической стойкостью, механическими свойствами, температурным диапазоном эксплуатации и экономическими соображениями.

Ключевые параметры выбора уплотнительных материалов:

Химическая стойкость к рабочей среде
Рабочий диапазон температур
Механические характеристики (твердость, прочность, эластичность)
Давление в системе
Совместимость с сопрягаемыми материалами
Стоимость и доступность материала
Требуемый срок службы уплотнения

Основные типы эластомеров (резин)

NBR (Бутадиен-нитрильный каучук)

Бутадиен-нитрильный каучук (NBR) — один из наиболее распространенных материалов для уплотнений в промышленности, особенно в нефтегазовом секторе и автомобилестроении. Содержание акрилонитрила в NBR варьируется от 18% до 50%, что определяет его свойства: чем выше содержание акрилонитрила, тем выше маслостойкость, но ниже эластичность при низких температурах.

Ключевые характеристики NBR:

Температурный диапазон: от -30°C до +100°C (специальные составы до +120°C)
Превосходная стойкость к минеральным маслам и топливам
Хорошая стойкость к алифатическим углеводородам
Удовлетворительная стойкость к слабым кислотам и основаниям
Низкая стойкость к кетонам, сложным эфирам, ароматическим углеводородам
Плохая озоно- и атмосферостойкость

Пример применения: Уплотнения в топливных системах автомобилей, где NBR устойчив к бензину, дизельному топливу и минеральным маслам. Для подтверждения совместимости было проведено исследование, показавшее снижение объема не более 5% при погружении NBR в дизельное топливо в течение 1000 часов при 70°C.

EPDM (Этилен-пропиленовый каучук)

Этилен-пропиленовый каучук (EPDM) широко применяется в системах с водой, паром, слабыми кислотами и щелочами. Этот материал отличается высокой устойчивостью к озону, ультрафиолетовому излучению и атмосферным воздействиям.

Ключевые характеристики EPDM:

Температурный диапазон: от -45°C до +150°C (кратковременно до +175°C)
Отличная стойкость к воде и пару
Превосходная устойчивость к кислотам и щелочам
Отличная озоно- и атмосферостойкость
Хорошая стойкость к полярным растворителям (спиртам, кетонам)
Плохая стойкость к минеральным маслам и топливам

Важно: Никогда не используйте EPDM в системах с углеводородами, минеральными маслами и топливами! Это приведет к быстрому разрушению уплотнения. Исследования показывают, что при контакте с минеральным маслом EPDM может увеличиться в объеме на 100-300% в течение 72 часов.

FKM (Фторкаучук/Viton)

Фторкаучук (FKM), известный также под торговой маркой Viton® (DuPont), обладает исключительной термо- и химической стойкостью. Этот материал содержит от 65% до 71% фтора, что обеспечивает его стойкость к большинству агрессивных сред.

Ключевые характеристики FKM:

Температурный диапазон: от -15°C до +200°C (кратковременно до +230°C)
Превосходная стойкость к минеральным и синтетическим маслам
Высокая стойкость к топливам, включая авиационные
Отличная стойкость к большинству кислот
Хорошая стойкость к ароматическим и хлорированным углеводородам
Ограниченная стойкость к кетонам, сложным эфирам и аминам
Отличная озоно- и атмосферостойкость

В зависимости от состава, FKM подразделяется на несколько типов:

Тип FKM	Состав	Особенности	Типичное применение
Тип A	Сополимер VF2/HFP	Базовый тип, хорошая общая химстойкость	Автомобильная промышленность, общее применение
Тип B	Терполимер VF2/HFP/TFE	Повышенная химстойкость к кислотам	Химическая промышленность
Тип F	Терполимер VF2/HFP/TFE (↑TFE)	Улучшенная стойкость к топливам и растворителям	Авиация, системы с агрессивными топливами
Тип GF	Тетраполимер VF2/HFP/TFE/PMVE	Улучшенная низкотемпературная гибкость	Низкотемпературные применения

Пример из практики: На нефтеперерабатывающем заводе уплотнения из FKM типа B в насосах, перекачивающих серную кислоту концентрацией 98% при температуре 80°C, показали срок службы 18 месяцев без деградации, что в 3 раза превышает результаты для стандартных эластомеров.

Силиконовый каучук

Силиконовый каучук (VMQ) отличается исключительным температурным диапазоном и превосходной эластичностью при низких температурах. Основу материала составляет полиорганосилоксан, что определяет его уникальные свойства.

Ключевые характеристики силиконового каучука:

Температурный диапазон: от -60°C до +200°C (специальные составы до +230°C)
Превосходная эластичность при низких температурах
Отличная озоно-, УФ- и атмосферостойкость
Хорошая стойкость к полярным растворителям (спирты)
Ограниченная стойкость к концентрированным кислотам и щелочам
Плохая стойкость к неполярным растворителям, маслам и топливу
Низкая механическая прочность и износостойкость

Существуют специальные модификации силиконовых каучуков с улучшенными свойствами:

FVMQ (фторсиликон) — повышенная стойкость к топливам и маслам
PVMQ (фенилсиликон) — повышенная радиационная стойкость

CR (Хлоропреновый каучук/Неопрен)

Хлоропреновый каучук (CR), известный также как неопрен, представляет собой универсальный эластомер среднего уровня химической стойкости, обладающий хорошим балансом свойств и умеренной стоимостью.

Ключевые характеристики CR:

Температурный диапазон: от -40°C до +120°C
Хорошая стойкость к маслам и топливам (лучше чем у натуральной резины, хуже чем у NBR)
Хорошая атмосферо- и озоностойкость
Удовлетворительная стойкость к слабым кислотам и щелочам
Умеренная стойкость к многим химическим веществам
Хорошая огнестойкость

Пример применения: В холодильной технике CR часто используется для уплотнений в системах с фреонами, обеспечивая надежную работу при температурах от -30°C до +100°C. Лабораторные испытания показали, что CR сохраняет 92% исходной прочности после 1000 часов воздействия фреона R134a.

PTFE и фторполимеры

Свойства PTFE

Политетрафторэтилен (PTFE), известный под торговой маркой Teflon®, обладает выдающейся химической инертностью благодаря структуре, полностью состоящей из атомов углерода, связанных с атомами фтора. Сильная связь C-F и защита углеродного скелета атомами фтора обеспечивают исключительную химическую стойкость материала.

Ключевые характеристики PTFE:

Температурный диапазон: от -200°C до +260°C
Практически универсальная химическая стойкость (за редкими исключениями)
Инертность к большинству агрессивных химических веществ
Низкий коэффициент трения
Высокая термическая стойкость
Отличные диэлектрические свойства
Не поглощает влагу
Ограниченная механическая прочность и склонность к холодной текучести

Основные ограничения химической стойкости PTFE:

Расплавленные щелочные металлы (натрий, калий)
Элементарный фтор при высоких температурах
Хлортрифторид и другие сильные окислители
Щелочные металлы в жидком аммиаке

Для улучшения механических свойств PTFE часто модифицируют наполнителями:

Наполнитель	Содержание	Улучшенные свойства	Типичное применение
Стекловолокно	15-25%	Прочность, жесткость, износостойкость	Подшипники, уплотнения высокого давления
Углерод/графит	5-15%	Износостойкость, теплопроводность	Поршневые кольца, подвижные уплотнения
Бронза	40-60%	Теплопроводность, стойкость к деформации	Подшипники, направляющие
Молибдена дисульфид	5%	Улучшенные антифрикционные свойства	Высокоскоростные уплотнения

Интересный факт: PTFE был случайно открыт Роем Планкеттом в 1938 году в лабораториях компании DuPont при работе с фреонами. Он обнаружил, что баллон с тетрафторэтиленом после хранения преобразовался в белый порошок с уникальными свойствами. Коммерческое производство PTFE началось в 1947 году.

FEP и PFA материалы

Фторированный этилен-пропилен (FEP) и перфторалкокси (PFA) представляют собой модификации PTFE с улучшенными технологическими свойствами при сохранении высокой химической стойкости.

Сравнение FEP и PFA с PTFE:

Свойство	PTFE	FEP	PFA
Максимальная рабочая температура	260°C	200°C	260°C
Термоплавкость	Нет	Да	Да
Прозрачность	Непрозрачный	Прозрачный	Прозрачный
Химическая стойкость	Отличная	Отличная	Отличная
Механическая прочность	Умеренная	Низкая	Высокая
Проницаемость	Низкая	Умеренная	Очень низкая

FEP часто используется в качестве оболочки для O-колец из эластомеров, где его химическая стойкость защищает эластомерное ядро от агрессивных сред, а эластомер обеспечивает упругие свойства.

Пример применения: В производстве полупроводников уплотнения из PFA используются в системах с особо агрессивными средами, такими как плавиковая кислота и горячие окислители. Испытания показали отсутствие изменений в весе и размерах PFA-уплотнений после 2000 часов воздействия 49% HF при 50°C.

Полиуретан (PU)

Полиуретановые эластомеры (PU) отличаются исключительной износостойкостью и высокой механической прочностью, что делает их идеальными для гидравлических применений и условий с высокими механическими нагрузками.

Ключевые характеристики полиуретанов:

Температурный диапазон: от -30°C до +80°C (специальные составы до +110°C)
Превосходная износостойкость и стойкость к абразивному износу
Высокая механическая прочность и устойчивость к разрыву
Хорошая стойкость к минеральным маслам и нефтепродуктам
Удовлетворительная стойкость к воде и спиртам
Плохая стойкость к кислотам, щелочам и полярным растворителям
Ограниченная гидролитическая стабильность при высоких температурах

Существуют два основных типа полиуретанов для уплотнений:

Полиэфирные полиуретаны — более устойчивы к маслам и топливам, но менее стойки к гидролизу
Полиэфирные полиуретаны — лучшая гидролитическая стабильность, но хуже стойкость к углеводородам

Важное ограничение: Полиуретаны склонны к гидролитической деградации при температурах выше 80°C во влажных средах. Исследования показывают, что при 90°C в воде срок службы стандартных полиуретанов может сократиться в 5-7 раз по сравнению с работой при 60°C.

Пример из практики: В гидравлических системах шахтного оборудования использование полиуретановых уплотнений показало увеличение срока службы в 3-4 раза по сравнению с NBR в условиях интенсивного абразивного воздействия. Полиуретановые манжеты выдержали 2 миллиона циклов без значительного износа.

Перфторэластомеры высокой производительности

FFKM (Перфторэластомер)

Перфторэластомеры (FFKM) сочетают химическую стойкость PTFE с эластичностью каучуков, представляя собой материалы с высочайшими эксплуатационными характеристиками. Они содержат более 71% фтора в своей структуре, благодаря чему обладают исключительной химической стойкостью практически ко всем средам.

Ключевые характеристики FFKM:

Температурный диапазон: от -15°C до +330°C (зависит от конкретной марки)
Практически универсальная химическая стойкость
Отличная стойкость к высоким температурам
Стойкость к агрессивным химическим веществам, включая концентрированные кислоты и окислители
Очень низкая газопроницаемость
Отличная стойкость к большинству растворителей

Основные недостатки FFKM — высокая стоимость (в 10-30 раз выше, чем FKM) и ограниченная эластичность при низких температурах.

Химическая стойкость FFKM может быть количественно оценена изменением объема после воздействия различных сред. Ниже приведены результаты исследований:

Химическая среда	Температура, °C	Время воздействия, ч	Изменение объема, %
98% H₂SO₄	150	168	+1.2
70% HNO₃	100	168	+2.1
Метилэтилкетон	85	168	+4.5
Толуол	120	168	+3.8
Пар	250	1000	+0.8

Калрез (Kalrez) и специализированные материалы

Kalrez® — торговая марка перфторэластомеров, производимых компанией DuPont. Для различных отраслей промышленности разработаны специализированные марки с оптимизированными свойствами.

Специализированные марки Kalrez:

Марка	Макс. температура, °C	Оптимизирована для	Типичное применение
Kalrez® 7075	327	Высокотемпературное применение, химическая стойкость	Нефтехимия, процессы полимеризации
Kalrez® 6375	275	Универсальная химическая стойкость	Общепромышленное применение, химическая промышленность
Kalrez® 8575	300	Стойкость к горячему маслу и аминам	Нефтедобыча, насосы
Kalrez® 9100	300	Полупроводниковые процессы, плазмостойкость	Производство электроники

Другие производители выпускают аналогичные перфторэластомеры под своими торговыми марками:

Chemraz® (Greene, Tweed & Co.)
Simriz® (Freudenberg-NOK)
Perlast® (Precision Polymer Engineering)
Tecnoflon® PFR (Solvay)

Пример применения: В полупроводниковой промышленности использование уплотнений из Kalrez® 9100 в процессах травления и осаждения с применением плазмы показало увеличение срока службы в 5 раз по сравнению с обычными эластомерами, что привело к снижению времени простоя оборудования и увеличению выхода годной продукции на 12%.

Воздействие различных химических групп

Различные классы химических соединений оказывают специфическое воздействие на уплотнительные материалы. Понимание этих механизмов помогает правильно выбрать материал для конкретного применения.

Химическая группа	Механизм воздействия	Рекомендуемые материалы	Материалы с низкой стойкостью
Неорганические кислоты (HCl, H₂SO₄)	Окисление, разрушение сшивок, гидролиз	PTFE, FFKM, FKM, EPDM	NBR, PU, SBR
Органические кислоты (уксусная)	Набухание, пластификация	PTFE, FFKM, FKM, EPDM	NBR, PU
Щелочи (NaOH, KOH)	Гидролиз эфирных связей, омыление	PTFE, FFKM, EPDM	Силикон, PU
Алифатические углеводороды	Набухание, экстракция пластификаторов	NBR, FKM, PTFE, FFKM	EPDM, силикон
Ароматические углеводороды	Сильное набухание, растворение	FKM, PTFE, FFKM	NBR, EPDM, силикон
Кетоны, эфиры	Разрушение поперечных связей, растворение	PTFE, FFKM	NBR, FKM, EPDM
Спирты	Умеренное набухание	EPDM, NBR, PTFE, FFKM	Силикон (некоторые спирты)
Окислители (озон, H₂O₂)	Окисление, разрыв двойных связей	PTFE, FFKM, EPDM, силикон	NBR, SBR
Пар, горячая вода	Гидролиз, выщелачивание компонентов	EPDM, PTFE, FFKM	NBR, PU

Механизмы воздействия химических сред на эластомеры включают:

Набухание — проникновение молекул среды между полимерными цепями, приводящее к увеличению объема и снижению механической прочности
Экстракция — вымывание пластификаторов и других низкомолекулярных компонентов, приводящее к потере эластичности и усадке
Окисление — химическая реакция с кислородом или окислителями, приводящая к разрушению полимерных цепей
Гидролиз — разрушение полимерных связей под действием воды или водных растворов
Термическое разложение — деградация материала под действием температуры

При оценке химической стойкости важно учитывать концентрацию среды, температуру и время воздействия. Например, FKM может быть устойчив к 50% серной кислоте при комнатной температуре, но разрушаться при воздействии той же кислоты при 100°C.

Факторы, влияющие на химическую стойкость

Химическая стойкость уплотнительных материалов определяется не только их химическим составом, но и рядом других факторов, которые могут значительно влиять на фактический срок службы уплотнений в реальных условиях.

Основные факторы, влияющие на химическую стойкость:

Температура — повышение температуры ускоряет химические реакции. По правилу Вант-Гоффа, повышение температуры на 10°C примерно удваивает скорость химических реакций. Исследования показывают, что срок службы NBR в трансформаторном масле при 70°C в 4 раза меньше, чем при 50°C.
Концентрация среды — в большинстве случаев более высокая концентрация агрессивных компонентов увеличивает скорость деградации. Например, FKM устойчив к 98% серной кислоте, но может разрушаться в 30-65% H₂SO₄ из-за образования промежуточных продуктов окисления.
Давление — высокое давление может усиливать проникновение агрессивных сред в структуру полимера. При давлении 40 МПа скорость проникновения CO₂ в NBR увеличивается в 3 раза по сравнению с атмосферным давлением.
Механические нагрузки — динамические нагрузки (растяжение, сжатие, сдвиг) могут ускорять химическую деградацию, создавая микротрещины и увеличивая площадь контакта с агрессивной средой.
Многокомпонентные среды — смеси химических веществ могут оказывать синергетический эффект. Например, смесь углеводородов с небольшим количеством полярных растворителей может преодолеть химическую стойкость материалов, устойчивых к обоим компонентам по отдельности.
Структура и состав эластомера — на химическую стойкость влияют:
- Содержание наполнителей и их тип
- Степень вулканизации
- Молекулярная масса полимера
- Тип пластификаторов
- Присутствие антиоксидантов и стабилизаторов

Пример из практики: В химической промышленности было проведено исследование влияния температуры на срок службы уплотнений из FKM в среде 95% серной кислоты. Результаты показали, что при увеличении температуры с 60°C до 100°C срок службы сократился с 12 месяцев до 47 дней. Математический анализ показал соответствие полученных данных уравнению Аррениуса для скорости химических реакций.

Количественная оценка химической стойкости:

При экспериментальном определении химической стойкости обычно измеряют следующие параметры после воздействия агрессивной среды:

Изменение массы (набухание или усадка)
Изменение объема
Изменение твердости по Шору
Изменение прочности на разрыв
Изменение относительного удлинения при разрыве
Изменение модуля упругости

Стандартные методы испытаний регламентируются нормами ASTM D471, ISO 1817 и другими международными стандартами.

Практические примеры применения

Для иллюстрации подхода к выбору уплотнительных материалов на основе химической стойкости рассмотрим несколько практических примеров из различных отраслей промышленности.

Пример 1: Насос для перекачки 98% серной кислоты при 80°C

Условия: Концентрированная серная кислота при повышенной температуре представляет крайне агрессивную среду. Рабочее давление 0,5 МПа.

Анализ вариантов:

NBR, EPDM, Силикон — быстро разрушаются в этих условиях
FKM — может работать, но срок службы ограничен (3-4 месяца)
PTFE — отличная химическая стойкость, но проблемы с упругостью для динамического уплотнения
FFKM — отличная химическая стойкость, хорошие упругие свойства, но высокая стоимость

Решение: Оптимальным выбором является PTFE-оболочка с эластичным сердечником для статических уплотнений и FFKM для динамических уплотнений. Лабораторные испытания показали, что специальные марки FFKM (Kalrez® 7075) обеспечивают срок службы более 12 месяцев в этих условиях.

Экономическое обоснование: Несмотря на то, что FFKM-уплотнения в 15 раз дороже FKM, затраты на остановку производства и замену уплотнений каждые 3-4 месяца значительно превышают разницу в стоимости материалов, делая FFKM экономически оправданным выбором.

Пример 2: Гидравлическая система экскаватора с минеральным маслом

Условия: Рабочая температура от -30°C до +80°C, присутствие абразивных частиц, давление до 32 МПа, требуется высокая износостойкость.

Анализ вариантов:

NBR — хорошая стойкость к маслу, но ограниченная износостойкость и проблемы при низких температурах
FKM — отличная стойкость к маслу, но недостаточная эластичность при -30°C
PTFE — хорошая химическая стойкость, но неподходящие механические свойства для данного применения
PU — отличная износостойкость, хорошая стойкость к маслам, достаточная эластичность при -30°C

Решение: Полиуретановые уплотнения выбраны в качестве оптимального решения. Полевые испытания показали, что манжеты из PU с твердостью 93-95 Shore A обеспечивают срок службы в 3,5 раза больше, чем NBR в аналогичных условиях. Для статических уплотнений в местах с ограниченной подвижностью выбран NBR.

Пример 3: Клапан регулирования подачи пара в энергетике

Условия: Насыщенный пар при температуре 230°C, давление 2,8 МПа, требуется длительный срок службы.

Анализ вариантов:

NBR, PU — непригодны для таких высоких температур
EPDM — хорошая стойкость к пару, но верхний температурный предел ограничен (150°C)
FKM — подходит по температурному диапазону, но имеет ограниченную стойкость к пару при высоких температурах
PTFE — отличная химическая стойкость и температурный диапазон

Решение: Выбраны армированные уплотнения из PTFE с наполнителем из стекловолокна. Эксплуатационные испытания показали срок службы более 24 месяцев без утечек.

Пример 4: Оборудование для производства полупроводников

Условия: Контакт с различными агрессивными химикатами (плавиковая кислота, растворители), требуется высокая чистота, минимальное выделение газов (outgassing).

Анализ вариантов:

Стандартные эластомеры — недостаточная химическая стойкость, проблемы с чистотой
FKM — ограниченная стойкость к некоторым химикатам
PTFE — отличная химическая стойкость, но проблемы с эластичностью
FFKM — превосходная химическая стойкость и термостойкость

Решение: Специальные марки FFKM с низким уровнем выделения газов (Low outgassing), такие как Kalrez® 9100. Тесты показали отсутствие загрязнения продукции и срок службы в 5 раз больше, чем у обычных эластомеров.

Сравнительный анализ материалов

Для облегчения выбора уплотнительных материалов полезно иметь представление об их относительных свойствах. Ниже приведены сравнительные характеристики основных материалов и экономические аспекты их применения.

Материал	Температурный диапазон, °C	Химическая стойкость (общая)	Механические свойства	Относительная стоимость
NBR	-30 до +100	Средняя	Хорошие	1 (базовая)
EPDM	-45 до +150	Средняя	Хорошие	1-1,5
FKM	-15 до +200	Высокая	Хорошие	3-5
Силикон	-60 до +200	Низкая	Средние	2-3
PTFE	-200 до +260	Очень высокая	Низкая эластичность	4-8
Полиуретан	-30 до +80	Низкая	Отличные	2-4
CR (Неопрен)	-40 до +120	Средняя	Хорошие	1-2
FFKM	-15 до +330	Превосходная	Хорошие	20-50

Экономические аспекты выбора материала:

При анализе экономической эффективности необходимо учитывать не только начальную стоимость уплотнения, но и совокупную стоимость владения (TCO), которая включает:

Стоимость самого уплотнения
Затраты на монтаж и демонтаж
Стоимость простоя оборудования при замене
Потери, связанные с возможными утечками
Затраты на утилизацию

Расчеты TCO показывают, что в критически важных применениях использование более дорогих, но долговечных материалов (например, FFKM вместо FKM) может быть экономически оправдано. Например, в нефтехимической промышленности замена уплотнений насоса может стоить более 10 000 долларов с учетом потерь от простоя, тогда как разница в стоимости между FKM и FFKM уплотнениями составляет около 300-500 долларов.

Формула для расчета экономической эффективности:

Экономический эффект = (Стоимость одной замены × Количество замен дешевого материала за период) - (Стоимость дорогого материала + Стоимость одной замены × Количество замен дорогого материала за тот же период)

Пример расчета: Сравнение FKM и FFKM для агрессивной среды

Стоимость FKM-уплотнения: 100 $
Стоимость FFKM-уплотнения: 1500 $
Срок службы FKM: 3 месяца
Срок службы FFKM: 24 месяца
Затраты на замену (включая простой): 5000 $

За 24 месяца:

Общие затраты с FKM = (100 $ + 5000 $) × 8 замен = 40 800 $

Общие затраты с FFKM = (1500 $ + 5000 $) × 1 замена = 6 500 $

Экономия при использовании FFKM: 34 300 $

Методы тестирования химической стойкости

Для объективной оценки химической стойкости уплотнительных материалов используются стандартизированные методы испытаний, позволяющие прогнозировать поведение материалов в реальных условиях эксплуатации.

Основные методы тестирования:

Погружение образцов — наиболее распространенный метод (ASTM D471, ISO 1817)
- Образцы стандартной формы погружаются в испытуемую среду
- Выдерживаются при заданной температуре определенное время
- Измеряются изменения массы, объема, механических свойств
Испытания на сжатие (ASTM D395, ISO 815)
- Образцы подвергаются сжатию на определенную величину
- Выдерживаются в сжатом состоянии в контакте с испытуемой средой
- Измеряется остаточная деформация сжатия
Испытания на старение (ASTM D573, ISO 188)
- Образцы подвергаются воздействию повышенных температур в течение длительного времени
- Измеряются изменения физико-механических свойств
Динамические испытания
- Моделирование реальных условий эксплуатации (давление, движение)
- Проводятся на специальных стендах, имитирующих работу реальных узлов
- Более точно прогнозируют поведение материалов в реальных условиях
Ускоренные испытания
- Проводятся при повышенных температурах и концентрациях
- Позволяют сократить время испытаний
- Требуют корреляции с реальными условиями эксплуатации

При тестировании химической стойкости оцениваются следующие параметры:

Параметр	Методика измерения	Критерий оценки
Изменение массы	Взвешивание до и после воздействия	Изменение не более ±10% обычно приемлемо
Изменение объема	Измерение объема до и после воздействия	Изменение не более ±15% обычно приемлемо
Изменение твердости	Измерение твердости по Шору А или D	Изменение не более ±5-10 единиц
Прочность на разрыв	Растяжение образца до разрушения	Сохранение не менее 70% исходной прочности
Относительное удлинение	Растяжение образца до разрушения	Сохранение не менее 50% исходного значения
Остаточная деформация сжатия	Измерение после выдержки в сжатом состоянии	Не более 25-30% для динамических уплотнений

Рейтинги химической стойкости:

На основании результатов испытаний материалам присваиваются следующие рейтинги стойкости:

Отлично — материал практически не подвергается воздействию, сохраняет 90-100% исходных свойств.
Хорошо — материал подвергается ограниченному воздействию, сохраняет 80-90% исходных свойств.
Удовлетворительно — заметные изменения свойств, но материал сохраняет работоспособность в течение ограниченного времени.
Плохо — быстрая деградация материала, не рекомендуется для применения.

Пример интерпретации результатов испытаний: Образцы FKM погружались в 50% раствор серной кислоты при 80°C в течение 168 часов. После испытаний наблюдалось увеличение массы на 5%, твердость уменьшилась на 3 единицы по Шору А, прочность на разрыв составила 85% от исходной. Данные результаты соответствуют рейтингу "Хорошо", что указывает на возможность применения FKM в данных условиях со сроком службы не менее 1 года.

Заключение

Выбор уплотнительных материалов с учетом их химической стойкости является критически важной задачей при проектировании надежных и долговечных технических систем. В данной статье были рассмотрены основные типы уплотнительных материалов, их сравнительные характеристики, факторы, влияющие на химическую стойкость, и методы тестирования.

Ключевые выводы:

Не существует универсального уплотнительного материала, идеально подходящего для всех применений. Выбор всегда представляет собой компромисс между химической стойкостью, механическими свойствами, температурным диапазоном и экономическими соображениями.
Наибольшей химической стойкостью обладают фторированные материалы (PTFE, FFKM), но они имеют ограничения по механическим свойствам или высокую стоимость.
Для правильного выбора материала необходимо учитывать не только состав рабочей среды, но и условия эксплуатации (температуру, давление, механические нагрузки), которые могут существенно влиять на химическую стойкость.
Экономический анализ должен основываться на совокупной стоимости владения, а не только на начальной стоимости уплотнений.
Стандартизированные методы испытаний химической стойкости позволяют объективно сравнивать различные материалы и прогнозировать их поведение в реальных условиях.

Тенденции в развитии уплотнительных материалов включают создание новых композиций с улучшенными свойствами, разработку гибридных уплотнений (PTFE-оболочка с эластичным сердечником), улучшение существующих эластомеров путем добавления специальных наполнителей и применение нанотехнологий для модификации поверхностей.

Правильный выбор уплотнительного материала с учетом его химической стойкости позволяет не только обеспечить надежную работу оборудования, но и значительно снизить затраты на обслуживание, предотвратить внеплановые остановки и аварийные ситуации, связанные с выходом уплотнений из строя. В критически важных применениях рекомендуется проводить лабораторные испытания материалов в условиях, максимально приближенных к реальным.

Список использованных источников

Parker O-Ring Handbook, Parker Hannifin Corporation, 2018.
Flitney R. Seals and Sealing Handbook, 6th Edition, Butterworth-Heinemann, 2014.
ISO 1817:2015 Rubber, vulcanized or thermoplastic — Determination of the effect of liquids.
ASTM D471-16 Standard Test Method for Rubber Property — Effect of Liquids.
DuPont Kalrez® Application Guide, E.I. du Pont de Nemours and Company, 2019.
Jerschow P. Silicone Elastomers, Rapra Technology Limited, 2001.
Drobny J.G. Fluoroelastomers Handbook: The Definitive User's Guide, William Andrew Publishing, 2016.
Technische Datenblätter, COG Resist GmbH, 2020.
Мюллер Б., Пот У. Лакокрасочные материалы и покрытия. Принципы составления рецептур. М.: Пэйнт-Медиа, 2007.
White Paper: Elastomer Sealing Performance in Aggressive Chemical Environments, Precision Polymer Engineering Ltd., 2018.

Отказ от ответственности

Данная статья носит исключительно ознакомительный характер и предназначена для информационных целей. Приведенные данные основаны на общедоступной информации и результатах исследований, но могут не учитывать все возможные факторы, влияющие на поведение материалов в конкретных условиях.

Автор и издатель не несут ответственности за любые убытки или ущерб, прямой или косвенный, возникший в результате использования информации, содержащейся в данной статье. При выборе уплотнительных материалов для конкретного применения рекомендуется проводить собственные испытания и консультироваться с производителями материалов.

Все торговые марки, упомянутые в статье, являются собственностью соответствующих владельцев.

Заказать товар

ООО «Иннер Инжиниринг»

Ваше имя: *
Телефон: *
E-mail:
Товар:
Сообщение:

Введите код:*

Калькуляторы

Таблица химической стойкости уплотнительных материалов (резины, ПТФЭ, полиуретан)

Таблица химической стойкости уплотнительных материалов

Содержание

Введение в химическую стойкость уплотнительных материалов

Основные типы эластомеров (резин)

NBR (Бутадиен-нитрильный каучук)

EPDM (Этилен-пропиленовый каучук)

FKM (Фторкаучук/Viton)

Силиконовый каучук

CR (Хлоропреновый каучук/Неопрен)

PTFE и фторполимеры

Свойства PTFE

FEP и PFA материалы

Полиуретан (PU)

Перфторэластомеры высокой производительности

FFKM (Перфторэластомер)

Калрез (Kalrez) и специализированные материалы

Воздействие различных химических групп

Факторы, влияющие на химическую стойкость

Рекомендации по выбору материала

Практические примеры применения

Пример 1: Насос для перекачки 98% серной кислоты при 80°C

Пример 2: Гидравлическая система экскаватора с минеральным маслом

Пример 3: Клапан регулирования подачи пара в энергетике

Пример 4: Оборудование для производства полупроводников

Сравнительный анализ материалов

Методы тестирования химической стойкости

Заключение

Список использованных источников

Отказ от ответственности

Заказать товар