Ako vybrať správny materiál tesnenia z pomedzi NBR, EPDM, VITON a PTFE

Štyri materiály dominujú v priemyselnej tesniaci technike: NBR, EPDM, VITON a PTFE. Každý z nich má iné chemické zloženie, iný teplotný rozsah a inú odolnosť voči médiám. Práve preto neexistuje jeden univerzálny materiál vhodný pre všetky aplikácie.

Ak hľadáte odborného partnera, ktorý vám pomôže s výberom vhodného riešenia, tesnenia od AFINIS Group® pokrývajú všetky štyri materiálové skupiny v rozsiahlom sortimente vrátane skladových položiek aj zákazkovej výroby na mieru. S viac ako 31-ročnými skúsenosťami v tesniacej technike je AFINIS Group® schopný poradiť pri výbere materiálu priamo na prevádzke zákazníka.

Päť parametrov, ktoré určujú výber materiálu

Skôr ako siahnete po konkrétnom materiáli, je nevyhnutné poznať päť základných parametrov aplikácie. Bez tejto analýzy je akákoľvek voľba materiálu len tipom.

Médium (tesnená látka) je najdôležitejší parameter. Tesnenie prichádza do priameho kontaktu s tesnenou látkou, a preto musí byť voči nej chemicky inertné. Otázky sú jednoduché: Ide o minerálny olej, vodu, paru, kyselinu, lúh, palivo, alebo o kombináciu niekoľkých látok?

Teplota definuje, v akom rozsahu musí materiál zachovávať mechanické vlastnosti. Každý elastomér má minimálnu teplotu použitia (krehlosť za mrazu) aj maximálnu teplotu použitia (degradácia, tvrdnutie, strata pružnosti).

Tlak ovplyvňuje konštrukčné prevedenie tesnenia, no zároveň kladie nároky na creep odolnosť materiálu. Pri vysokých tlakoch musí materiál odolať vytlačeniu zo spoja.

Pohyb tesnenia rozlišuje statické spoje (príruby, veka, zásobníky) a dynamické spoje (piestnice, rotujúce hriadele, pneumatické valce). Dynamické aplikácie kladú vyššie nároky na opotrebenie, klzné vlastnosti a únavu materiálu.

Prostredie zahŕňa vonkajšie vplyvy: UV žiarenie, ozón, vlhkosť, prach, chemické výpary. Tesnenia umiestnené vo vonkajšom prostredí čelia iným degradačným mechanizmom ako tesnenia vo vnútri uzavretých systémov.

NBR – nitrilo-butadiénový kaučuk

Čo je NBR a ako vzniká

NBR (Nitrile Butadiene Rubber) je syntetický elastomér vyrábaný kopolymerizáciou akrylonitrilu a butadiénu. Obsah akrylonitrilu (ACN) sa v komerčných typoch pohybuje od 18 % do 50 %. Vyšší obsah ACN zvyšuje odolnosť voči olejom a palivám, no znižuje pružnosť pri nízkych teplotách. Nižší obsah ACN zlepšuje nízkoteplotné vlastnosti na úkor odolnosti voči uhľovodíkom.

Vlastnosti NBR

NBR je štandardný priemyselný elastomér s dobrou rovnováhou mechanických vlastností a ceny. Teplotný rozsah závisí od receptúry, no typicky sa pohybuje od −30 °C do +100 °C, pri špeciálnych typoch (H-NBR, hydrogenizovaný NBR) až do +150 °C. Pevnosť v ťahu 10 až 20 MPa a dobrá odolnosť voči opotrebeniu ho predurčujú na dynamické aplikácie.

NBR dobre odolá: minerálnym olejom, hydraulickým kvapalinám na báze minerálneho oleja, palivám (nafta, benzín), mazivám, tukom, alifatickým uhľovodíkom a vodným roztokom solí.

NBR neodolá: aromatickým uhľovodíkom, halogenovaným rozpúšťadlám, ketónom, esterom, koncentrovaným kyselinám, ozónu a UV žiareniu.

Kde sa NBR najčastejšie používa

NBR je materiálom číslo jedna pre hydraulické systémy s minerálnym olejom. O-krúžky, hriadeľové tesnenia (guferá), piestnicové tesnenia, membrány čerpadiel a tesnenia v automobilovom priemysle sú najčastejšie aplikácie. V rámci sortimentu AFINIS GROUP® sa NBR nachádza v gumových a mikroporéznych doskách, vo výrobe o-krúžkov, hriadeľových tesnení aj v kategórii rotačných tesnení vyrábaných expresne podľa požiadaviek zákazníka.

NBR je správna voľba, ak: tesnenie pracuje s minerálnym olejom alebo palivom, prevádzková teplota nepresahuje +100 °C a prostredie nie je vystavené ozónu ani UV žiareniu.

EPDM – etylén-propylénový kaučuk

Čo je EPDM a ako vzniká

EPDM (Ethylene Propylene Diene Monomer) je syntetický kaučuk na báze etylénového, propylénového a diénového monoméru. Nasýtená hlavná reťaz polyméru mu dáva výnimočnú odolnosť voči teplu, ozónu a atmosferickým vplyvom. EPDM je v porovnaní s NBR a prírodnými kaučukmi výrazne menej náchylný na oxidačnú degradáciu.

Vlastnosti EPDM

Teplotný rozsah EPDM dosahuje od −40 °C do +150 °C, pričom špeciálne formulácie vydržia krátkodobo aj vyššie teploty. Materiál je odolný voči pôsobeniu ozónu a UV žiarenia bez viditeľnej degradácie aj po dlhých rokoch vonkajšej prevádzky. Elektrické izolačné vlastnosti EPDM sú výborné, čo umožňuje jeho použitie aj v elektrotechnike.

EPDM dobre odolá: vode (vrátane pitnej vody, pri certifikácii podľa EN 681-1), horúcej vode a pare do +150 °C, glykolovým brzdovým kvapalinám (DOT 3 a DOT 4), riedeným kyselinám a lúhom, ketónom, alkoholom, ozónu, UV žiareniu a vonkajším poveternostným podmienkam.

EPDM neodolá: minerálnym olejom, palivám, mazivám a ropným produktom. Kontakt EPDM s uhľovodíkmi spôsobuje silné napučanie a degradáciu materiálu. Táto chyba sa v praxi vyskytuje prekvapivo často, keď sa tesnenia z kúrenárskeho systému (kde EPDM funguje správne) omylom použijú v olejovom okruhu.

Kde sa EPDM najčastejšie používa

Kúrenárske sústavy, rozvody pitnej vody, systémy na odvod dažďovej vody, tesnenia v klimatizáciách, parné rozvody a vonkajšie inštalácie. EPDM je certifikovaný pre kontakt s pitnou vodou podľa noriem ACS (Attestation de Conformité Sanitaire) a KTW, čo ho robí štandardným materiálom vo vodoinštalačnej technike. V sortimente AFINIS GROUP® je EPDM zastúpený v gumových doskách, mikroporéznych doskách aj vo výrobe rotačných tesnení.

EPDM je správna voľba, ak: tesnenie pracuje s vodou, parou, glykolom alebo vonkajšou atmosférou a nie je v kontakte s olejom ani palivom.

VITON (FPM, FKM) – fluoroelastomér

Čo je VITON a ako vzniká

VITON je registrovaná ochranná známka spoločnosti Chemours (pôvodne DuPont) pre fluoroelastomér typu FKM alebo FPM. Ide o fluorovaný kopolymér vinylidenfluoridu a hexafluórpropylénového monoméru. Obsah fluóru v štandardných typoch dosahuje 65 až 70 %, v špeciálnych typoch (VITON Extreme) až 73 %. Vyšší obsah fluóru znamená lepšiu chemickú odolnosť, no zároveň horšiu odolnosť voči nízkym teplotám.

Vlastnosti VITON

VITON je jeden z najodolnejších elastomérov dostupných na trhu. Teplotný rozsah štandardného FKM je od −20 °C do +200 °C, špeciálnych typov FPM73 od −15 °C do +220 °C. Odolnosť voči agresívnym chemikáliám, kyselinám, palivám s vysokým obsahom aromatov a oxidačným médiám je mimoriadna.

VITON dobre odolá: minerálnym olejom, syntetickým olejom, palivám (vrátane palív s vysokým obsahom aromatov a biopalív), kyselinám, hydraulickým kvapalinám, alifatickým aj aromatickým uhľovodíkom, chlorovaným rozpúšťadlám, ozónu a UV žiareniu.

VITON neodolá: ketónom (acetón, metyl-etyl-ketón), esterom, glykolovým brzdovým kvapalinám na báze DOT 3 a DOT 4, anhydridu kyseliny octovej a koncentrovaným lúhom pri vysokých teplotách. Odolnosť voči nízkym teplotám je slabinou štandardného VITON, pod −20 °C materiál tuhne a stráca tesniaci účinok.

Kde sa VITON najčastejšie používa

Chemický a petrochemický priemysel, automobilové motory a prevodovky vystavené agresívnym palivám, vysokoteplotné hydraulické systémy, letecký priemysel, priemyselné čerpadlá pracujúce s kyselinami. VITON je preferovanou voľbou vždy, keď NBR zlyhá kvôli agresívnemu médiu alebo vyššej teplote. Výrobné varianty AFINIS GROUP® pre rotačné tesnenia zahŕňajú FPM a FPM73, čo pokrýva štandardné aj náročnejšie aplikácie.

VITON je správna voľba, ak: tesnenie pracuje s agresívnymi palivami, kyselinami, aromatickými uhľovodíkmi alebo pri teplotách nad +100 °C, kde NBR nestačí, a zároveň nie je v kontakte s ketónmi ani glykolovými brzdovými kvapalinami.

PTFE – polytetrafluóretylén

Čo je PTFE a ako vznikol

PTFE (polytetrafluóretylén), obchodne známy ako Teflon, je fluoropolymér objavený v roku 1938 chemikom Royom Plunkettom v laboratóriách DuPont. Chemický vzorec (CF₂-CF₂)ₙ, v ktorom atómy fluóru obklopujú uhlíkový reťazec, mu dáva mimoriadne vlastnosti, ktoré sú priamo spojené so stabilitou väzby uhlík-fluór.

Vlastnosti PTFE

PTFE nie je elastomér, ale termoplast, čo sa odráža v jeho správaní. Nenaťahuje sa a nevraciá sa do pôvodného tvaru tak ako guma, čo je pri montáži a aplikácii dôležitý rozdiel. Teplotný rozsah pokrýva od −200 °C do +260 °C pri dlhodobej prevádzke. Chemická odolnosť je prakticky absolútna pre pH 0 až 14 a pri kontakte s väčšinou známych chemikálií. Koeficient trenia je jedným z najnižších spomedzi všetkých pevných materiálov.

PTFE dobre odolá: takmer všetkým kyselinám, lúhom, organickým rozpúšťadlám, oxidačným médiám, palivám, olejom, ropným produktom, halogenovaným zlúčeninám a vode vrátane pary.

PTFE neodolá: roztaveným alkalickým kovom (sodík, lítium), elementárnemu fluóru pri vysokých teplotách a zlúčeninám chlorotrifluoridu. V bežnej priemyselnej praxi sa s týmito médiami stretnete len zriedkavo.

Slabina PTFE oproti elastomérom je tendencia k tečeniu (creep) pod tlakom, najmä pri čistom PTFE. Práve preto sa v dynamických aplikáciách používajú kompozitné verzie s plnivami: PTFE bronz pre hydrauliku, PTFE MoS₂ pre rotačné tesnenia, PTFE uhlík pre aplikácie s vysokým kontaktným tlakom a PTFE grafit pre prostredie s nedostatočným mazaním. AFINIS GROUP® v rámci produktovej línie AFINIS EXPRESS® vyrába rotačné tesnenia vo všetkých týchto materiálových prevedeniach, od prototypov až po série, s expresnou výrobou do 24 hodín.

Kde sa PTFE najčastejšie používa

Chemický a petrochemický priemysel, farmácia (biokompatibilita, splnenie požiadaviek USP Class VI), potravinársky priemysel (certifikácia FDA 21 CFR a nariadenie EU 10/2011), papierenský priemysel, prírubové spoje v agresívnych médiách (norma EN 1514-1), rotačné tesnenia a vodiace krúžky v hydraulických valcoch.

PTFE je správna voľba, ak: médium je agresívna chemikália, kyselina alebo lúh pri ktorom elastoméry nedostačujú, ak teplota presahuje +150 °C alebo ak aplikácia vyžaduje FDA a farmaceutické certifikácie.

Prehľadné porovnanie štyroch materiálov tesnenia

Najčastejšie chyby pri výbere materiálu tesnenia

V priemyselnej praxi sa opakujú chyby, ktoré vedú k predčasným poruchám tesnení. Poznať ich dopredu je najjednoduchší spôsob, ako sa im vyhnúť.

Použitie EPDM v olejovom systéme je zrejme najčastejšia chyba. EPDM v kontakte s minerálnym olejom napučiava, zmäkčuje a stráca tesniaci tlak. Výsledkom je únik oleja a poškodenie zariadenia.

Použitie NBR v kúrení alebo v parnom systéme vedie k rýchlemu stvrdnutiu a praskaniu. NBR neobsahuje ozónovú a tepelnú stabilizáciu, ktorú EPDM má.

Výber NBR pri agresívnych palivách s vysokým obsahom aromatov (napríklad biopalivá E10, E85, vysokooktánový benzín) spôsobuje napučanie a stratu tesniacej funkcie. V tomto prípade je VITON jedinou správnou voľbou.

Zámena PTFE tesnenia za elastomérové tesnenie bez úpravy dosadacej plochy je technická chyba. PTFE vyžaduje iný dosadací tlak a inú povrchovú drsnosť príruby ako gumové tesnenie. Nedostatočný dosadací tlak vedie k úniku, nadmerný tlak k vytlačeniu PTFE zo spoja (creep extrusion).

Ignorovanie ozónového prostredia pri výbere NBR tesnení do vonkajších aplikácií. NBR je voči ozónu veľmi citlivý a pri vonkajšom použití rýchlo praská. Pre vonkajšie podmienky je EPDM alebo VITON správnou náhradou.

Podceňovanie vplyvu teploty pri výbere VITON pre nízke teploty. Štandardný VITON pod −20 °C tuhne, čo pri spustení stroja za mrazivého počasia vedie k netesnosti spoja. Pre nízke teploty je NBR alebo špeciálny VITON GF (low-temperature grade) vhodnejší.

Špeciálne situácie a kombinované podmienky

Nie každá aplikácia spadá do jednej čistej kategórie. V praxi sa stretávate s kombináciami médií alebo podmienok, pri ktorých výber materiálu vyžaduje hlbšiu analýzu.

Striedavý kontakt s olejom a vodou nastáva napríklad v emulzných chladiacich kvapalinách pre obrábacie centrá. Emulzie na báze vody majú olej ako minoritnú zložku. NBR zvyčajne obstojí, no pri vysokom podiele syntetických olejov alebo pri zvýšenej teplote je H-NBR (hydrogenizovaný NBR) spoľahlivejšia voľba.

Vysokoteplotné parné systémy nad +150 °C vylučujú EPDM v štandardnom prevedení a NBR definitívne. VITON obstojí do +200 °C, no pri saturovanej pare pri vyšších tlakoch (napríklad v energetike) sú grafitové tesnenia s nerezovou vložkou (SS316) preferovanou voľbou, keďže odolávajú aj teplotám nad +400 °C. AFINIS GROUP® ich ponúka v rámci sortimentu AFINIS GASKET®.

Potravinárske aplikácie s agresívnymi čistiacimi prostriedkami (CIP procedúry s kyselinou dusičnou alebo hydroxidom sodným pri +85 °C) vylučujú NBR a kladú nároky na EPDM alebo PTFE s FDA certifikáciou.

Hydraulické zariadenia pracujúce s ekologickými hydraulickými kvapalinami (HE skupiny podľa ISO 15380) vyžadujú overenie kompatibility, pretože niektoré biologicky rozložiteľné kvapaliny na báze syntetických esterov napadajú NBR rýchlejšie ako minerálne oleje.

Kedy je nevyhnutné konzultovať výber materiálu s odborníkom

Existujú situácie, kedy sa na tabuľkovú kompatibilitu spoľahnúť nestačí a kde skúsenosť odborníka predchádza nákladnej poruche.

Zariadenia pracujúce v kombinácii teplotných výkyvov a agresívnych médií, zákazníci s prísnou hygienickou certifikáciou výrobnej linky, aplikácie v atex prostredí s rizikom výbuchu, tesniace systémy v tlakových nádobách podliehajúcich certifikácii podľa PED (Pressure Equipment Directive 2014/68/EU) a zariadenia s neštandardnými rozmermi alebo zastaralými konštrukciami bez dostupných katalógových tesnení sú prípadmi, kde technická konzultácia výrazne znižuje riziko.

AFINIS GROUP® ponúka v rámci služby AFINIS FLEX® technické poradenstvo a meranie priamo na prevádzke zákazníka, vykonávané odborne vyškolenými pracovníkmi. Tento prístup umožňuje diagnostikovať existujúce tesnenie, vyhodnocovať médium, tlak a teplotu v kontexte reálnych prevádzkových podmienok a navrhnúť optimálne materiálové prevedenie namiesto generického odporúčania z katalógu.

Rýchly rozhodovací sprievodca

Ak potrebujete rýchlu orientáciu, nasledujúce otázky vás zavedú k správnemu materiálu.

Médium je minerálny olej, nafta alebo hydraulická kvapalina na báze oleja? Áno: NBR ako prvá voľba, VITON pri vyšších teplotách alebo agresívnejšom médiu.

Médium je voda, para alebo glykol a prostredie je vonkajšie? Áno: EPDM je správna voľba. Pozor, EPDM nesmie prísť do kontaktu s olejom.

Médium je agresívna chemikália, kyselina, lúh alebo palivo s vysokým obsahom aromatov? Áno: VITON alebo PTFE. PTFE pre statické ploché spoje a extrémne médium, VITON pre dynamické o-krúžky a tesnenia s potrebou pružnosti.

Aplikácia vyžaduje FDA certifikáciu, farmaceutickú čistotu alebo kontakt s potravinami? Áno: PTFE (čistý virgín PTFE) alebo EPDM s príslušnou certifikáciou pre kontakt s potravinami.

Teplota presahuje +150 °C? Áno: VITON do +200 °C, PTFE do +260 °C, grafitové tesnenia nad +260 °C.

Materiálová voľba ako investícia do spoľahlivosti

Správne zvolený materiál tesnenia nie je len technická podmienka. Je to ekonomické rozhodnutie. Tesnenie z nevhodného materiálu zlyhá predčasne, vyvolá odstávku, vyžaduje opravárske práce a v horšom prípade spôsobí poškodenie iných komponentov alebo kontamináciu produktu. Náklady na neplánovanú odstávku stroja v priemyselnej prevádzke mnohonásobne prevyšujú cenu správneho tesnenia.

NBR, EPDM, VITON a PTFE pokrývajú spoločne takmer celé spektrum priemyselných aplikácií. Kľúč k správnej voľbe je dôkladná analýza piatich parametrov (médium, teplota, tlak, pohyb, prostredie) a znalosť základných vlastností každého materiálu. Pre náročné a kombinované aplikácie je odborná konzultácia investíciou, ktorá sa vráti.