Химическая совместимость уплотнения с жидкостями в системе имеет решающее значение для получения надежного и долговечного уплотнения. К сожалению, процесс выбора может быть чрезвычайно сложным, особенно если он основан исключительно на таблицах химической совместимости.
Реакции между полимерами, используемыми в уплотнениях, и химическими веществами, содержащимися в жидкостях, сильно различаются. Например, некоторые химические вещества «атакуют» полимеры, разрушая химические связи и ухудшая свойства полимеров.

В некоторых случаях химические вещества извлекают ингредиенты из полимера, делая его слабым и/или лишённым важных функциональных свойств. Другие химические вещества могут проникать в полимер и вызывать набухание. Это может быть как преимуществом, так и недостатком, дополнительно усложняя технические характеристики уплотнения.

Во всех случаях важно понимать, какое влияние химические вещества оказывают на уплотнения, и выбирать материал, совместимый с герметизируемым химическим веществом. Вот некоторые рекомендации по выбору правильного материала для конкретного применения с позиции химической герметизации.

Эластомеры.

Наиболее широкой классификацией полимеров являются эластомеры и пластмассы. Сначала мы рассмотрим эластомеры, которые могут быть термопластичными или термореактивными.

Термопласты способны повторно расплавляться после полимеризации, поэтому их формуют с помощью операции обработки расплава, такой как литье под давлением или экструзия.

Термореактивные материалы вступают в реакцию или сшиваются во время формования, поэтому их обычно формуют сжатием или экструдируют.

Эластомеры характеризуются своими эластичными свойствами. За некоторыми исключениями они, как правило, очень эластичны и отлично подходят для уплотнений, которые будут контактировать с жидкостями. Однако некоторые эластомеры особенно склонны к набуханию (жидкость поглощается материалом путем диффузии), а другие склонны к усадке (пластификаторы и добавки растворяются в среде и извлекаются из материала).

В общем, взаимодействие между эластомерами и химическими веществами следует правилу, согласно которому подобное растворяет подобное. Например, большинство полярных полимеров растворяются в полярных растворителях и редко растворяются в неполярных растворителях (и наоборот).

Степень набухания можно предсказать, используя параметры растворимости. Если герметизируемая жидкость имеет параметр растворимости, близкий к параметру эластомера, притяжение будет высоким, что приведет к набуханию. Степень набухания уменьшается, когда увеличивается разница между растворимостью эластомера и окружающей средой.

Уплотнение набухает из-за градиента диффузии, который создаётся между внутренней частью эластомера и жидкостью снаружи. Для эластомеров, набухающих в воде, набухание определяется температурой и солёностью воды. Они определяют скорость и абсолютное набухание эластомера.

Абсолютное набухание определяется как количество набухания, которое происходит в зависимости от времени для конкретной ситуации. Независимо от толщины эластомера, он никогда не должен набухать больше, чем это конкретное количество в течение определенного периода времени.

Во время специальных испытаний можно рассчитать набухание, и иногда степень набухания может быть преимуществом для функции уплотнения. Это специализированная область спецификации уплотнений, и такие приложения должны быть рассмотрены с поставщиком эластомеров или уплотнений, имеющим полное представление об этом процессе и используемых соединениях.

Химическое взаимодействие между эластомерным соединением и средой называется химической атакой. Деградация может происходить в результате воздействия жидкости на саму полимерную основу (например, разрушение или образование дополнительных поперечных связей или не насыщение) или при взаимодействии с ингредиентами, составляющими смесь (например, окисление наполнителей). Химическая атака проявляется потерей механических свойств, затвердеванием и разрушением поверхности.

Вот некоторые типы эластомеров, обычно используемых в уплотнениях, и их характеристики химической совместимости:

EPM/EPDM.
Неполярный синтетический полимер, этиленпропиленовый каучук (EPM) представляет собой сополимер этилена и пропилена; Этилен-пропилен диеновый каучук (EPDM) обозначает терполимер этилена, пропилена и несопряженного диена.

Рекомендуется для:

• Горячая вода и пар
• Тормозные жидкости
• Щелочи и кислоты
• Кетоны и спирты
• Солнечный свет и озон

Не рекомендуется для:

• Нефтяные масла
• Минеральные масла
• Топливо

NBR.
Нитриловый каучук (NBR) считается рабочей лошадкой резиновой промышленности. Содержание акрилонитрила (в диапазоне от 18 до 50 процентов) определяет сопротивление эластомера текучести.

Рекомендуется для:

• Алифатические и ароматические углеводороды
• Масла
• Бензин
• Смазки
• Гидравлические жидкости

Не рекомендуется для:

• Хлорированные углеводороды
• Кетоны и сложные эфиры

HNBR.
Получаемый частичным или полным гидрированием акрилонитрил-бутадиенового каучука, общее название этого вещества — гидрированный нитрильный каучук (HNBR).
Основным различием между HNBR и NBR является высоко насыщенная основа, что приводит к повышению стойкости к тепловому и химическому воздействию.

Рекомендуется для:

• Горячая вода и пар
• Масло и топливо

Не рекомендуется для:

• Полярные растворители
• Сильные кислоты
• Хлорированные углеводороды

FKM.
Химическая стойкость фторэластомера (FKM) определяется содержанием фтора (от 65% до 70%) и типом используемых мономеров. Существует пять различных классов материалов FKM, основанных на типах мономеров, используемых в процессе полимеризации.

Рекомендуется для:

• Алифатические и ароматические углеводороды
• Бензин, смеси бензина и спирта
• Хлорированные растворители

Не рекомендуется для:

• Кетоны
• Прочные основания
• Амины

FVMQ.
Фторсиликоновый каучук (FVMQ) — это модифицированный силиконовый каучук, обладающий многими свойствами силиконового каучука, но с улучшенной химической стойкостью.

Рекомендуется для:

• Разбавленные кислоты и щелочи
• Нефтяные масла
• Углеводородное топливо

Не рекомендуется для:

• Спирты
• Кетоны
• Амины

FFKM.
Перфтороэластомеры, иногда называемые эластомерной версией ПТФЭ, являются самой высокоэффективной группой эластомеров. Они имеют полностью фторированную основу и максимально возможную химическую стойкость.
Уплотнения, изготовленные из FFKM, используются в экстремальных химических средах, таких как химическая переработка и транспортировка, нефть и газ, а также на рынках полупроводников. Некоторые сорта не устойчивы к воздействию пара, а некоторые обладают пониженной стойкостью к аминам и основаниям.

Рекомендуется для:

• чрезвычайно широкого спектра химических веществ

Не рекомендуется для:

• расплавленных щелочных металлов

Пластмассы.
Пластмассы также могут быть термопластичными или термореактивными. Вообще говоря, они более жёсткие, чем эластомеры, но их поведение может варьироваться от очень пластичного до хрупкого, а их химическая стойкость сильно варьируется.
Ниже приведены некоторые пластмассы, используемые в уплотнениях, с описанием их химической совместимости.
Все они обладают хорошей совместимостью с водой и маслами.

PTFE.
Политетрафторэтилен (ПТФЭ) обладает устойчивостью практически ко всем средам. Существует лишь несколько химических веществ, способных воздействовать на ПТФЭ в экстремальных условиях, включая расплавленные щелочные металлы, газообразный фтор при высоких температурах и давлениях и несколько органических галогенированных соединений. Кроме того, ПТФЭ обладает широким диапазоном рабочих температур и низким коэффициентом трения, что делает его первоклассным уплотнительным материалом.
Поскольку ПТФЭ не обладает эластичными свойствами, эти типы уплотнений обычно используются в сочетании с эластомерным усилителем или пружиной. Обеспечение полной совместимости этой комбинации уплотнителя и усилителя с химическими веществами системы может быть затруднено и требует от поставщиков полного понимания свойств материалов.

PEEK.
Полиэфирэфиркетон (PEEK) обладает превосходными высокотемпературными свойствами и хорошей химической стойкостью. PEEK отличается стойкостью к высокой температуре пара, что делает его отличным выбором для применения в нефтегазовой отрасли.

UHMWPE.
Полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы (UHWMPE) чрезвычайно прочен и обладает хорошими свойствами трения и износа. Он хорошо работает в жидкостях на водной основе и большинстве масел, но может подвергаться воздействию некоторых агрессивных химических веществ.

Факторы, влияющие на совместимость.

Колебания, как высоких, так и низких температур изменяют свойства материала, поэтому полимер должен оставаться достаточно гибким, чтобы герметизировать при низких температурах, сохраняя структурную целостность при самой высокой температуре воздействия.
Температура также может влиять на химическую стойкость. Химическая активность возрастает с повышением температуры, поэтому уплотнительный материал, совместимый с химическим веществом при комнатной температуре, может подвергнуться воздействию при более высокой температуре.

В динамическом уплотнении тепловыделение при трении может привести к тому, что фактическая температура на границе раздела уплотнения будет выше, чем температура объемной жидкости, поэтому это может быть важным фактором.

Химическая атака — процесс, зависящий от времени. Некоторые материалы могут противостоять химическим веществам при кратковременном воздействии, но не рекомендуются для длительного воздействия.

Тесное сотрудничество с опытным поставщиком уплотнений, возможно, является лучшим способом обеспечить технические характеристики полностью совместимого полимера. Поставщик должен быть знаком со своими конкретными материалами, протестировать их на стойкость и иметь опыт использования этих материалов в конкретных областях применения.

Ищите поставщика уплотнений, который полностью понимает сложности сочетания полимеров с жидкостями; в идеале поставщик должен иметь опыт использования конкретного полимера в применении, над которым вы работаете, чтобы была возможность точно определить, как материал будет вести себя в этой системе.