Руководство по твердости по Шору: как выбрать правильную твердость резины для герметизации

Это общие ориентиры, а не фиксированные правила — фактические ощущения и характеристики по-прежнему зависят от конкретного компаунда. Твердость — это лишь один из показателей, а не вся картина. Остаточная деформация, температурный диапазон и химическая совместимость имеют такое же, а иногда и большее значение. Два компаунда могут иметь одинаковое значение по Шору А и при этом вести себя совершенно по-разному, если учесть, насколько сильно они деформируются после многократного сжатия или как они выдерживают воздействие определенного масла или чистящего средства. Силикон 70A (SIL), NBR 70A и EPDM 70A будут ощущаться одинаково сразу после покупки, но их характеристики быстро различаются при воздействии тепла, масла или озона — силикон лучше выдерживает экстремальные температуры, NBR эффективнее противостоит маслу, а EPDM лучше справляется с атмосферными воздействиями и озоном. FKM находится в своей собственной категории, как правило, более твердый (60A и выше) и ценится в основном за химическую стойкость и устойчивость к высоким температурам, а не за гибкость. Именно поэтому твердость следует рассматривать как начальный фильтр, а не как окончательный ответ — семейство материалов имеет такое же значение, как и числовое значение.

Где твердость действительно имеет значение для герметизации

Сила сжатия и герметизация. Более мягкие компаунды легче заполняют неровности поверхности, поэтому в статических уплотнениях низкого давления часто используется мягкий материал (30A–50A). Однако при слишком сильном давлении материал выдавливается в зазор, который он должен герметизировать. Более твердые компаунды сохраняют свою форму под давлением, но для правильной посадки им требуется большая сила сжатия — при недостаточном сжатии уплотнения 90A оно может вообще не герметизировать.

Износ и срок службы. Динамические уплотнения — поршни возвратно-поступательного движения, вращающиеся валы — подвергаются постоянному трению. Мягкие материалы изнашиваются быстрее в таких условиях. Большинство динамических уплотнений имеют твердость в диапазоне 60A–80A, что в обмен на большую износостойкость обеспечивает более длительный срок службы.

Насколько сложно это установить на самом деле. Этот момент часто упускается из виду. Очень мягкие уплотнительные кольца скручиваются или защемляются во время сборки, что впоследствии проявляется в виде брака или поломок в полевых условиях. Очень жесткие уплотнения недостаточно гибкие, чтобы плотно прилегать, и могут царапать сопрягаемую поверхность при установке. Стоит проверить это, сопоставив с вашим реальным процессом сборки, а не просто со спецификацией.

Температура и воздействие среды. Твердость не является фиксированным значением после ввода детали в эксплуатацию. Холод затвердевает резину и снижает ее эластичность; тепло размягчает ее и ускоряет остаточную деформацию при сжатии. Длительное воздействие масел или растворителей также может размягчить компаунд ниже его номинальной твердости. Твердость, указанная в технических характеристиках, обычно измеряется при комнатной температуре — если ваше применение выходит за пределы этого диапазона или включает агрессивные среды, стоит проверить данные о твердости и остаточной деформации при сжатии при фактической рабочей температуре, а не полагаться только на стандартные характеристики.

Твердость по методу травления в зависимости от области применения

Для статических уплотнений — фланцевых прокладок, неподвижных уплотнительных колец — обычно важнее гибкость, поэтому разумным начальным диапазоном является 40–70 А. Для динамических уплотнений — любых возвратно-поступательных или вращающихся — необходимо найти баланс между износостойкостью и гибкостью, и более распространенным диапазоном является 60–80 А. Несколько отраслевых закономерностей, которые стоит знать:

• Автомобильные уплотнения Подвергаясь воздействию тепла и масла (двигатель, гидравлические системы), такие системы часто работают при токе 70–90 А.
• Для уплотнений медицинских изделий, контактирующих с телом или жидкостями, обычно используются уплотнения класса 30A–60A, при этом приоритет отдается мягкости и биосовместимости, помимо любых применимых сертификатов.
• В электронных и гидроизоляционных прокладках обычно используется мягкий силикон 20A–50A, поскольку герметизация основана на мягком, равномерном сжатии, а не на сопротивлении давлению. Если вы начинаете с нуля: сначала определите условия эксплуатации — статические или динамические, давление, температура, среда — затем выберите семейство материалов, а затем точно настройте твердость внутри этого семейства в зависимости от того, как деталь собирается и сжимается. Также стоит проверить, была ли конструкция канавки или корпуса разработана с учетом определенного значения твердости; замена на более мягкий или более твердый состав без корректировки коэффициента сжатия или заполнения канавки может свести на нет преимущества, которые вы пытались получить изначально.

Несколько ошибок, которых стоит избегать.

Предположение, что более твердый материал всегда обеспечивает лучшую герметизацию. Это не так — эффективность герметизации зависит от сжатия, посадки и отскока, а не от твердости как таковой. Не следует рассматривать одно и то же значение твердости как эквивалентное для разных материалов. Силикон 70A и FKM 70A будут вести себя совершенно по-разному под нагрузкой или при нагревании, даже при одинаковом показателе твердости — то же самое относится к NBR и EPDM при одинаковой твердости, поскольку один предназначен для маслостойкости, а другой — для атмосферных воздействий. Выбор следует делать исключительно на основе технических характеристик. Твердость при комнатной температуре является ориентиром. Фактическое воздействие на уплотнение в процессе эксплуатации — нагрев, охлаждение, воздействие химических веществ — может существенно изменить его поведение в реальных условиях.

FAQ

1. Всегда ли более высокая твердость по Шору обеспечивает большую долговечность?

Не автоматически. Он лучше сопротивляется экструзии, но снижается его эластичность, а долговечность в конечном итоге зависит от конкретного применения — давления, движения и воздействия на уплотнение.

2. Какая твердость лучше всего подходит для уплотнительных колец?

70 А — это разумный универсальный вариант по умолчанию. Для статических уплотнений низкого давления иногда лучше подходит более мягкий ток, около 50–60 А, в то время как для динамических уплотнений высокого давления может потребоваться 80–90 А.

3. Меняется ли твердость уплотнения в течение срока его службы?

Да. Остаточная деформация, термическое старение и воздействие химических веществ со временем изменяют эффективную твердость уплотнения, что отчасти объясняет постепенное ослабление герметизирующей способности.

4. Могут ли два материала с одинаковыми показателями твердости вести себя по-разному?

Безусловно. Твердость — это лишь одно из нескольких свойств. NBR, EPDM, силикон и FKM могут производиться с одинаковым значением твердости по Шору А, но при этом значительно различаться по эластичности, остаточной деформации при сжатии и химической стойкости — семейство материалов часто имеет большее значение, чем само значение твердости.

5. Как определить необходимую твердость для моего проекта?

Укажите диапазон давления, диапазон температур, тип рабочей среды и тип уплотнения (статическое или динамическое). Обычно этого достаточно, чтобы инженер смог сузить диапазон и предложить образец для тестирования.

Заключение

Выбор твердости должен основываться на том, как уплотнение фактически используется — в статическом или динамическом режиме, под каким давлением, при каком способе установки — а не на предположении, что чем тверже, тем лучше. Одинаковое значение твердости не означает одинаковые характеристики для разных составов, и реальные условия эксплуатации будут изменять поведение уплотнения по сравнению с заявленными в технической документации значениями. Соответственно, следует закладывать запас прочности.

Твердость редко выбирается изолированно — она учитывается при выборе состава, конструкции пресс-формы и способа сборки детали. LT Резина Наша команда анализирует ваше рабочее давление, температуру и условия окружающей среды, чтобы порекомендовать подходящий материал и диапазон твердости, а также может изготовить небольшие партии образцов для проверки перед запуском полномасштабного производства. Не уверены, какая твердость подходит для вашего применения? Свяжитесь с нашей инженерной командой для бесплатной консультации по материалам.