1. Proč chladivo a chladicí olej zkracují životnost O-kroužků

O-pečlivky v chladicích systémech jsou současně vystaveny třem účinkům.

Za prvé, nádoru média nebo extrakci. Malé molekuly chladiva pronikají do kaučukové sítě, čímž způsobují změny hmotnosti, objemu, tvrdosti, pevnosti v tahu a prodloužení; chladicí olej může také proniknout do kaučuku a vyextrahovat plastifikátory a přísady, což způsobuje, že se materiál nejprve změkčí a poté ztvrdne nebo se smrští po ukončení účinku chladiva. Data Chemours pro R134a explicitně upozorňují, že otok, ztráta plastifikátorů a změny mechanických vlastností nesmí být posuzovány na základě jediného chladiva, protože žádná jediná kaučuková rodina nepokrývá všechna náhradní chladiva.

Za druhé, špatná odolnost proti tepelnému cyklování, nízkoteplotní odrazivost a selhání kompresní deformace. Aplikace za studena, v místě výparníku a na straně sání vyžadují nízkou kompresní deformaci; stejně tak vyžadují nízkou kompresní deformaci kompresory, výfukové strany a podmínky vysokých teplot v tepelných čerpadlech. Míra, ve které O-kroužek dlouhodobá komprese nedokáže zásadně obnovit původní stav, měří ztrátu utěsnovací síly; čím je hodnota vyšší, tím snáze se utěsnovací síla ztrácí.

Za třetí, riziko tlakového cyklování a rychlé dekomprese. Systémy s HFC/HFO se zaměřují především na rozpustnost, pronikání a stlačení; u systémů s CO₂/R744 je nutné také dbát poškození způsobeného rychlým dekompresním účinkem – molekuly CO₂ vstupují do pryže za vysokého tlaku a náhlé snížení tlaku může způsobit vnitřní puchýřky v pryži, praskliny nebo dokonce prasknutí O-kroužku.

2. Výběr materiálů podle chladivového systému jako první krok

A. R134a / HFC + PAG nebo POE: Hlavní scénář pro automobilové klimatizace a tradiční chlazení

R134a se obvykle používá společně s olejem PAG v automobilových klimatizacích a s olejem POE v chladničkách, kompresorech a zařízeních pro částečné zatížení. U O-kroužků je nutné materiál ověřit současně vzhledem k chladivu HFC, oleji PAG/POE, tepelnému stárnutí, stlačení a ztrátám při montáži. Data společnosti Chemours ukazují, že kompatibilita R134a s pryží, kovy a elastomery vyžaduje ověření specifické pro každý projekt; rozpustnost oleje POE v HFC-134a je obvykle stanovena výrobcem kompresoru nebo zařízení (OEM) prostřednictvím testování.

Doporučené směry:

V Parker v příručce pro O-kroužky je CR označován jako materiál běžně používaný pro chladiva R134a nebo R22 a podobná chladiva; typický statický teplotní rozsah je −40 až 100 °C; teplotní rozsah HNBR je často −35 až 150 °C; standardní třídy NBR jsou většinou −35 až 100 °C; EPDM se běžně používá v rozsahu −50 až 150 °C. Toto teplotní vrstvení vysvětluje: NBR může být cenově výhodný, avšak při dlouhodobém použití v automobilových klimatizacích za vysokých teplot, přítomnosti kyslíku a požadavcích na deformaci pod tlakem by neměl být považován za výchozí volbu.

B. R1234yf / HFO + PAG nebo POE: vozidla s alternativními pohony, klimatizace osobních automobilů, systémy tepelných čerpadel

R1234yf je chladivo typu HFO a stalo se důležitým směrem náhrady pro klimatizaci v automobilovém průmyslu. Data společnosti Chemours označují Opteon YF jako R-1234yf/HFO-1234yf; podle bezpečnostních tříd ASHRAE a ISO 817 je zařazeno do kategorie A2L: jeho výkon a provozní charakteristiky jsou podobné chladivu R134a, avšak musí být používáno speciálně formulované oleje PAG nebo POE určené výhradně pro R1234yf; nelze jej považovat za jednoduchou náhradu při retrofitování.

Z hlediska kompatibility materiálů ukázala testovací data společnosti Chemours o odolnosti elastomerů při konstantní deformaci při teplotě 100 °C po dobu 2 týdnů při porovnání R1234yf a R134a, že u materiálu HNBR byla změna hmotnosti vyšší při ponoření do R134a, zatímco při ponoření do HFO-1234yf byla menší; u materiálu EPDM byla změna hmotnosti výrazně vyšší než u materiálů HNBR, NBR, EPDM a CR. Nejvyšší odolnost měl materiál Viton®, avšak výsledky se mohou lišit podle výrobce a výrobního procesu, proto je nutné materiál dodat výrobci materiálů.

Doporučení pro výběr:

Poznámka: systém R134a nelze jednoduše přepnout na R1234yf, ani nelze R1234yf míchat do systému R134a. Společnost Chemours výslovně uvádí, že systém R1234yf má specifické přípojky; míchání chladiv patří mezi křížové kontaminace a součásti systému jsou navrženy pro konkrétní chladivo.

C. Směs chladiv HFC/HFO + POE/PVE: tepelná čerpadla, komerční chlazení, chlazené systémy

Tepelná čerpadla a zařízení pro komerční chlazení běžně využívají chladiva HFC, HFO nebo směsi HFC/HFO, přičemž výrobky většinou používají oleje POE, PVE nebo speciální směsové oleje. Závěry z materiálů R134a nebo R1234yf nelze přímo aplikovat na systémy s R410A, R32, R454B, R513A, R1234ze a podobnými chladivy, protože se liší polarita, tlak nasycených par, provozní teplota, rozpustnost oleje v chladivu a složení přísad.

Počáteční logika výběru:

Účelem normy ASHRAE 97 je vyhodnotit kompatibilitu těsnění s materiály chladicích systémů zkoušením uzavřené skleněné trubice; trubice obsahuje chladicí prostředek, maziva a zkušební materiály uzavřené ve skleněné trubici, která je obecně otevřena pro st

D. CO2 / R744 + PAG, POE nebo PAO: Tepelné čerpadlo vysokého tlaku, komerční chladicí zařízení, tepelné čerpadlo pro automobily

CO₂/R744 je další kategorie problému. Jeho chemická korozivita není nutně vysoká, ale riziko vysokého tlaku, pronikání a explozivní dekomprese je velmi vysoké. Parker uvádí v datech o těsnicích materiálech pro CO₂ klimatizační systémy, že provozní tlak systému R744 je výrazně vyšší než u R134a; provozní tlak R744 může dosáhnout 150–160 barů a teplota až 180 °C; při výběru měkkých těsnicích materiálů je třeba se zaměřit na odolnost proti explozivní dekompresi.

Mezi materiály, které Parker uvádí pro výběr těsnicích materiálů pro CO₂ klimatizační systémy, patří EPDM, FKM, HNBR a EPDM/BIIR; zdůrazňuje, že tyto materiály musí mít rozsah teplot od –55 do +200 °C, být vhodné pro oleje PAG/PAO/POE, mít nízkou propustnost a vynikající odolnost proti explozivní dekompresi.

Doporučení pro výběr R744:

CO2/R744 nemůže používat běžné náhražky O-kroužků střídavého proudu pro automobily. I když je název materiálu stejný jako pro HNBR nebo EPDM, je třeba také rozlišit, zda se jedná o nízkopenetranou, proti výbušné dekompresi speciální formu R744.

3. Věříme, že Jak se materiály porovnávají

HNBR: hlavní volba pro automobilové klimatizační systémy

Výhodou HNBR je dobrá odolnost vůči oleji, tepelná odolnost, mechanická pevnost a kombinovaná výkonnost při stlačení. Pro chladiva R134a, R1234yf a olejové systémy PAG a POE je HNBR obvykle preferovaným materiálem pro O-kroužky automobilových klimatizačních systémů, statické těsnění kompresorů a těsnění řídicích ventilů. Údaje společnosti Parker ukazují, že několik tříd HNBR pokrývá rozsah teplot od −35 °C/−40 °C do 150 °C a některé třídy s nízkou teplotní odolností jsou speciálně označeny pro aplikace za nízkých teplot.

Použití: automobilové klimatizační systémy, potrubí pro chladiva R134a/R1234yf, statické těsnění kompresorů, část tepelných čerpadel.

Poznámka: obsah akrylonitrilu (ACN) v HNBR, stupeň hydrogenace, síťovací systém a plnivový systém významně ovlivňují pružnost při nízkých teplotách, náděj a změny stlačení.

EPDM: dobrá odolnost vůči nízkým teplotám, ozónu a tepelnému stárnutí, ale odolnost vůči oleji je nutno ověřit

Nízkoteplotní vlastnosti EPDM, odolnost vůči ozónu a tepelné stárnutí jsou dobré; při srovnání Chemours R134a/R1234yf byla změna hmotnosti u EPDM relativně malá. EPDM však není přirozeně vhodný pro všechny typy olejů, zejména pro R744 specifický „EPDM odolný vůči všem PAG/POE/přidaným chladivům“, který vyžaduje speciální formulaci. Pro systémy s vysokým tlakem CO₂ lze zvážit R744 specifický EPDM nebo EPDM/BIIR, avšak každý případ je nutné posoudit individuálně.

FKM: Odolný vůči vysokým teplotám, nízká propustnost, ale není univerzálním materiálem pro R134a/R1234yf

Výhodou FKM je odolnost vůči vysokým teplotám a stárnutí, nízká plynová propustnost a široká chemická kompatibilita; podle dat společnosti Parker jsou třídy Viton® označené jako vhodné pro vysoké teploty, horké oleje, aromatické rozpouštědla a široké chemické prostředí; ve zkoušce elastomerů za pevného deformace Chemours R1234yf/R134a byla změna hmotnosti u Viton® zřetelně nižší než u HNBR, NBR, EPDM a CR.

Proto by měl FKM v chladicích systémech odpovídat konkrétní značce a konkrétnímu prostředí, a neměl by být chápán jako „FKM je vysoce kvalitní, a proto je vhodný pro všechny chladiva.“

NBR: Nízká cena, ale nevhodný jako výchozí volba pro dlouhodobé automobilové klimatizace

NBR je cenově výhodný, má dobrou odolnost vůči minerálním olejům a některou stabilitu produktu, avšak jeho environmentální stabilita – tepelná odolnost, odolnost vůči ozónu a dlouhodobá kompresní deformace – je obecně nižší než u HNBR. Graf firmy Parker uvádí, že běžný teplotní rozsah pro NBR je převážně −35 až 100 °C. Může být použit v cenově citlivých scénářích s nízkými požadavky na teplotu a tlak, avšak není doporučen jako výchozí volba pro automobilové klimatizace s chladivem R1234yf, tepelná čerpadla ani vysokoteplotní oblasti kompresorů.

CR: Tradiční chladiva lze použít, avšak schopnost odolávat vysokým teplotám je omezená

CR/Chloroprenová pryž má dlouhou historii použití v tradičních chladivech; tabulka společnosti Parker také označuje CR jako materiál často používaný s chladivem R134a nebo R22, přičemž jeho typický horní teplotní limit dosahuje přibližně 100 °C. Pro moderní automobilové klimatizační systémy a tepelná čerpadla pracující za vysokých teplot již CR často není preferovaným řešením.

VMQ/FVMQ: Dobrá nízkoteplotní odolnost, ale vyžaduje opatrnost při vysokém tlaku a permeaci

Silikonová pryž a fluorosilikonová pryž mají při nízkých teplotách nízkou pružnost, což je vhodné pro některá nízkoteplotní statická těsnění. Jejich mechanická pevnost, odolnost proti řezání, permeabilita plynů a odolnost proti extruzi za vysokého tlaku jsou však obvykle nižší. Pokud se používají v chladicích systémech, měly by být omezeny na statická těsnění za nízkého zatížení a musí být provedeno úplné ověření těsnosti i tepelného cyklování.

4. Návrh nesmí záviset pouze na náhradě materiálů

Poruchy O-kroužků v chladicích systémech jsou často způsobeny nejen samotným materiálem, ale kombinací materiálu, drážky a výrobního procesu.

Povolená míra náduše. Průvodce Parkerem uvádí, že statické těsnění může tolerovat nárůst objemu těsnicího materiálu v důsledku jeho nasáknutí médiem až o 25–30 %, zatímco u dynamického těsnění by tento nárůst obvykle neměl překročit 10 %; nadměrné nafouknutí zvyšuje riziko vyšlapání, zejména při snížení tlakového zatížení.

Ochrana proti vyšlapání. V systémech s vysokým tlakem, kompresory a systémy CO₂/R744 je nutné zmenšit mezery pro vyšlapání a v případě potřeby použít podpůrné kroužky; vysoký tlak tlačí O-kroužek směrem k mezeře na straně nízkého tlaku, což vede k jeho vyšlapání, a podpůrné kroužky toto riziko snižují.

Výběr tvrdosti. tvrdost 70 A se běžně používá pro obecné statické těsnění a spoje potrubí automobilových klimatizačních systémů; tvrdost 80 A se používá při vyšších tlacích nebo při přísnějších požadavcích na montáž; tvrdost 90 A se běžně používá u systémů CO₂/R744, vysokotlakých kompresorů nebo tam, kde je vyžadována ochrana proti vyšlapání, avšak schopnost pružného návratu při nízkých teplotách a těsnění během montáže může klesnout.

Ověření při nízkých teplotách. Nelze se zaměřit pouze na hodnotu „-40 °C“ u technického listu materiálu. U automobilových tepelných čerpadel a zkoušek chladicích systémů za nízkých teplot je nutné ověřit parametry TR10, návrat stlačení při nízkých teplotách, únik při studeném startu a únik při tepelném cyklování; ztvrdnutí gumy při nízkých teplotách a nedostatečné stlačení – nejčastěji dochází k úniku v okamžiku studeného startu po delším stání.

Povrch a montáž. U těsnicích kroužků (O-kroužků) na potrubních spojích často vznikají problémy jako řezání, zkroucení, suchá montáž a tření při instalaci. Je nutné kontrolovat zaoblení hran, drsnost povrchu, použití montážního maziva a kompatibilitu s chladivem; u systémů s chladivem R1234yf a CO₂ je také nutné vyhnout se olejovým produktům, které by mohly znečistit systém nebo ovlivnit detekci úniku.

5. Doporučený postup ověřování

Výběr těsnicích kroužků (O-kroužků) pro chladivo a chladicí olej doporučujeme ověřit alespoň ve čtyřech kategoriích:

ASTM D471 se vztahuje na změny kvality, objemu, tvrdosti, pevnosti v tahu a prodloužení kaučuku po ponoření do kapaliny a je základní metodou pro zjišťování kompatibility chladicího oleje. V případě, že je to možné, je třeba použít pouze ty, které jsou v souladu s požadavky na účinnost. Trelleborg rovněž připomíná, že tabulky kompatibility jsou založeny na veřejných údajích a laboratorních zkouškách a krátkodobé zkoušky při pokojové teplotě nemohou plně reprezentovat podmínky v terénu; uživatelé by to měli potvrdit pomocí skutečných zkoušek aplikací.

Systémy s vysokým tlakem CO2/R744 by měly být rovněž testovány na dekompresi výbušnin RGD/AED. ISO 23936-2 a NORSOK M710 se týkají potvrzení kvalifikace nekovových materiálů, kde NORSOK M710 příloha B je přesně zkušebou rychlé dekompresí plynu, nazývanou také zkouškou dekompresí výbušnin.

6. Doporučení pro výběr zákazníků

Zákazníci z oboru automobilových klimatizací

O-kroužky pro spojení potrubí chladiva R134a nebo R1234yf – upřednostňujte materiál HNBR 70A/80A; pro spojení na straně vysokého tlaku a u kompresoru lze zvážit HNBR 80A/90A. U tepelných čerpadel a elektrických kompresorů pro vozidla s novou energií je nutné nezávisle ověřit použití oleje POE nebo specializovaného oleje PAG – nelze se spoléhat pouze na zkušenosti s oleji pro vozidla se spalovacím motorem a chladivem R134a/PAG.

Zákazníci tepelných čerpadel

Náročnost systémů tepelných čerpadel spočívá v širokém rozsahu teplotních cyklů (vysoké i nízké teploty), který vyžaduje současně nízkoteplotní odskok na sací straně a vysokoteplotní kompresi na výstupní straně. Doporučuje se upřednostnit hodnocení materiálů HNBR, EPDM a osvědčených typů FKM pro nízké teploty – nezaložené pouze na běžných tabulkách kompatibility s prostředím.

Zákazníci kompresorů

Zaměření těsnicích materiálů pro kompresory je na odolnost vůči vysokoteplotnímu chladicímu oleji, rozpustnosti chladiva, tlakovým pulsům a dlouhodobému stlačení. HNBR je běžnou volbou; ve vysokoteplotní oblasti lze vyhodnotit speciální FKM, avšak musí být ověřeno v reálném chladicím oleji a chladivu. Kompressory pro CO₂ musí být navrženy podle logiky těsnění pro vysokotlaké prostředí R744.

Zákazníci chladicích zařízení pro CO₂/R744

Upřednostňujte požadavek, aby dodavatel poskytl údaje o formulaci speciálně určené pro R744/CO₂, včetně odolnosti proti explozivní dekomprezi, nízké permeability, cyklickému tlaku, odrazu při nízkých teplotách a kompatibility s oleji PAG/POE/PAO. Běžné označení materiálů HNBR, EPDM nebo FKM nestačí jako důkaz.

7. Oblasti, které je nutné potvrdit při zakoupení nebo technické komunikaci

Při žádosti o cenové nabídky od dodavatelů těsnicích dílů uveďte alespoň tyto informace:

8. Nejčastější chyby

Chyba č. 1: Zaměření pouze na chladivo, nikoli na chladicí olej. Rozpínání a vlastnosti při nízkých teplotách PAG, POE, PAO a PVE se liší; olej často ovlivňuje rozpínání a ztvrdnutí pryže více než chladivo.

Chyba číslo dvě: Přímé převádění zkušeností s R134a na R1234yf. Výkon R1234yf je blízký výkonu R134a, ale systém, olej, bezpečnostní požadavky třídy A2L a servisní rozhraní se liší; materiály musí být také nezávisle ověřeny pro použití s R1234yf a specifikovaným olejem.

Chyba číslo tři: Předpoklad, že FKM je vždy lepší než HNBR. FKM má výhody při vysokých teplotách a nízké propustnosti, avšak v testech výběru pro R134a/R1234yf není změna hmotnosti Viton® nutně nejmenší; je třeba zkontrolovat konkrétní složení a skutečné testování.

Chyba číslo čtyři: Výběr CO₂/R744 pouze na základě chemické kompatibility. Hlavní riziko R744 spočívá ve vysokém tlaku, propustnosti, rychlé dekomprezi, odolnosti proti vyvrtávání a návratu při nízkých teplotách; obvyklé tabulky kompatibility chladiv nejsou postačující.

Chyba číslo pět: Považování barvy za důkaz materiálu. Zelené O-kroužky se v automobilových klimatizačních systémech HNBR běžně vyskytují, avšak barva není důkazem materiálu; je třeba zkontrolovat třídu materiálu, šarži, tvrdost, zprávu o testování a ověření pro dané použití.