1. Hvorfor forkorter kølemiddel og køleolie levetiden af O-ringe?

O-ringer i kølesystemer udsættes samtidigt for tre effekter.

For det første mediesvulmning eller -udtrækning. Små kølemiddelmolekyler trænger ind i gummiet, hvilket medfører ændringer i vægt, volumen, hårdhed, trækstyrke og forlængelse; køleolien kan ligeledes trænge ind i gummiet og ekstrahere plastificeringsmidler og tilsætningsstoffer, hvilket får materialet til først at blive blødt og derefter hårdt, eller til at krympe, når kølemidlet ikke længere er i brug. Chemours' R134a-data fremhæver eksplicit, at svulmning, tab af plastificeringsmidler og ændringer i mekaniske egenskaber ikke bør vurderes ud fra én enkelt kølemiddeltype, da ingen enkelt gummi-familie dækker alle erstatningskølemidler.

For det andet dårlig termisk cyklus, lavtemperatur-restitution og fejl ved kompressionsfastholdelse. Kold-, fordamper- og sugesideanvendelser kræver lav kompressionsfastholdelse; kompressor-, udstødnings- og varmepumpe-anvendelser ved høj temperatur kræver ligeledes lav kompressionsfastholdelse. Udstrækningen, hvormed O-ring langvarig kompression ikke kan genoprettes, måler grundlæggende tætningskraften; jo større værdien er, jo lettere går tætningskraften tabt.

For det tredje risiko for trykcycluser og hurtig dekompression. HFC/HFO-systemer fokuserer primært på opløselighed, permeation og kompressionsforringelse; CO₂/R744-systemer skal også tage højde for skade ved hurtig dekompression — CO₂-molekyler trænger ind i gummi under højt tryk, og hurtig trykfald kan få gummi til at blære indvendigt, revne eller endda sprænge O-ringene.

2. Vælg materialer ud fra kølemiddelsystemet først

A. R134a / HFC + PAG eller POE: Det almindelige scenarie for bil-AC og traditionel køling

R134a kombineres typisk med PAG-olie i bil-AC og med POE-olie i køleskabe, kompressorer og delbelastningsudstyr. For O-ringe skal materialet verificeres samlet i forhold til HFC-kølemiddel, PAG/POE-olie, termisk ældning, kompressionsforringelse og monteringsrelateret tab. Ifølge Chemours skal kompatibiliteten mellem R134a og gummi, metal og elastomere verificeres projekt-specifikt; POE-oliens opløselighed i HFC-134a specificeres normalt af kompressor- eller udstyrs-OEM via test.

Anbefalede retninger:

I PARKER ifølge 's O-Ring Handbook er CR-forbindelser typisk anført som almindeligt anvendte til R134a eller R22 samt lignende kølemidler, med et typisk statisk temperaturområde på -40 til 100 °C; HNBR-temperaturområdet er ofte -35 til 150 °C; standardgrader af NBR ligger for det meste mellem -35 og 100 °C; EPDM anvendes typisk i området -50 til 150 °C. Denne temperaturstratificering forklarer: NBR kan være billigt, men ved langvarig automobilklimaanlæg under høj temperatur, iltoptag og krav til kompressionsfasthed bør det ikke bruges som standardvalg.

B. R1234yf / HFO + PAG eller POE: Elbiler, personbilens klimaanlæg, varmepumpesystemer

R1234yf er et HFO-kølemiddel og er blevet en vigtig erstatningsretning for bilklimaanlæg. Chemours’ data angiver Opteon YF som R-1234yf/HFO-1234yf; det klassificeres som A2L i henhold til ASHRAE- og ISO 817-sikkerhedsklassifikationer: Det har ydeevne og driftsegenskaber, der ligner R134a, men der skal bruges specielt formuleret PAG- eller POE-olie til R1234yf, og det kan ikke betragtes som en simpel retrofit-erstatning.

Hvad angår materialekompatibilitet, viste Chemours’ fastspændings-elastomer-kompatibilitetstestdata ved 100 °C i 2 uger, der sammenlignede R1234yf og R134a, at HNBR havde større vægtændring ved nedsænkning i R134a, mens vægtændringen var mindre ved nedsænkning i HFO-1234yf; EPDM-vægtændringen var tydeligt højere end den for HNBR-, NBR-, EPDM- og CR-typer. Viton® var mest robust, men forskellige producenter og fremstillingsprocesser kan give forskellige resultater, så materialet bør leveres af materialeleverandørerne.

Valg anbefalinger:

Bemærk: R134a-systemet kan ikke blot udskiftes med R1234yf, og R1234yf må ikke blandes i R134a. Chemours angiver eksplicit, at R1234yf-systemer har unikke tilslutninger; blanding af kølemidler udgør krydsforurening, og systemkomponenter er designet til et specifikt kølemiddel.

C. HFC/HFO-blandet kølemiddel + POE/PVE: Varmepumper, kommerciel køling, kølede systemer

Varmepumpe- og kommercielle køleanlæg bruger ofte HFC-, HFO- eller HFC/HFO-blandede kølemidler, hvor produkterne typisk anvender POE-, PVE- eller specialblandede smøremidler. Her kan konklusioner for R134a eller R1234yf ikke direkte overføres til R410A-, R32-, R454B-, R513A-, R1234ze- og lignende systemer, da polaritet, damptryk, driftstemperatur samt opløselighed mellem olie og kølemiddel og tilsætningsstoffer er forskellige.

Indledende valglogik:

Formålet med ASHRAE-standard 97 er at vurdere tætningsmaterialers kompatibilitet med kølesystemers materialer via test i forseglet glasrør; røret indeholder kølemiddel, smøremiddel og testmaterialer, der er forseglet i et glasrør og typisk åbnes efter en aldringsperiode til kvalitativ eller kvantitativ analyse for at vurdere kompatibilitet eller kemisk stabilitet.

D. CO₂ / R744 + PAG, POE eller PAO: Højtryksvarmepumpe, kommerciel køling, automobilvarmepumpe

CO₂/R744 er en anden kategori af problem. Dens kemiske korrosivitet er ikke nødvendigvis stærk, men trykket, permeationen og risikoen for eksplosiv dekompression er meget høj. Parkers data om CO₂-AC-tætningsmaterialer fremhæver, at det driftstryk, som R744-systemer arbejder med, er betydeligt højere end det for R134a; R744’s driftstryk kan nå 150–160 bar, og temperaturen kan nå 180 °C; valg af bløde tætningsmaterialer skal derfor fokusere på modstandsdygtighed mod eksplosiv dekompression.

Materialer, som Parker anfører til brug i CO₂-AC-tætning, inkluderer EPDM, FKM, HNBR og EPDM/BIIR, og understreger, at disse materialer skal have et temperaturområde fra –55 til +200 °C, være kompatible med PAG/PAO/POE-olie, have lav permeabilitet og fremragende modstandsdygtighed mod eksplosiv dekompression.

Anbefalinger for R744-valg:

CO₂/R744 kan ikke bruge almindelige bil-AC O-ring-erstatninger. Selv hvis materialebetegnelsen er den samme – HNBR eller EPDM – skal det afgøres, om det er et R744-specifikt materiale med lav permeabilitet og modstandsdygtighed mod eksplosiv dekompression.

3. Hvordan sammenlignes materialerne

HNBR: Det primære valg til bilens klimaanlæg

HNBRs fordele er god oliebestandighed, hedtbestandighed, mekanisk styrke og kompressionsfasthed i kombination. For R134a-, R1234yf-, PAG- og POE-oliesystemer er HNBR normalt det foretrukne materiale til O-ringe, kompressors statiske tætninger og reguleringssystemets ventiltætninger i bilens klimaanlæg. Parker-data viser, at flere HNBR-kvaliteter dækker temperaturområdet fra -35/-40 °C til 150 °C, og nogle lavtemperaturkvaliteter er specifikt mærket til lavtemperaturanvendelser.

Anvendeligt til: bilens klimaanlæg, R134a/R1234yf-rørledninger, kompressors statiske tætninger samt dele af varmepumpesystemer.

Bemærk: HNBRs ACN-indhold, hydrogeneringsgrad, tværbindingssystem og fyldstofsystem påvirker betydeligt den lavtempererede elasticitet samt svulmning og kompressionsfasthed.

EPDM: God lavtemperatur-, ozon- og termisk aldringsbestandighed – men oliebestandigheden skal bekræftes

EPDM's lavtemperatur-ydelse, ozonbestandighed og termisk aldringsydelse er gode; i Chemours' sammenligning af R134a/R1234yf er vægtændringen for EPDM relativt lille. Men EPDM er ikke naturligt velegnet til alle olletyper, især R744-specifik "EPDM modstandsdygtig over for alle PAG/POE/tillagte kølemidler", som kræver en dedikeret formulering. R744-specifik EPDM eller EPDM/BIIR kan være kandidater til CO₂-højtrykssystemer, men skal vurderes tilfælde for tilfælde.

FKM: Højtemperaturbestandig, lav gennemtrængelighed, men ikke universelt materiale til R134a/R1234yf

FKM's fordele er højtemperaturbestandighed, aldringsbestandighed, lav gasgennemtrængelighed og bred kemisk kompatibilitet; Parker-dataklasser er mærket som anvendelige ved høje temperaturer, varm olie, aromatiske opløsningsmidler og brede kemiske miljøer; i Chemours' elastomertest med fast spænding for R1234yf/R134a var Viton®'s vægtændring tydeligt lavere end for HNBR, NBR, EPDM, CR og andre materialer.

Derfor bør FKM i kølesystemer svare til et specifikt mærke og en specifik medieverificering og ikke forstås som «FKM er high-end, så det kan anvendes med alle kølemidler.»

NBR: Lav omkostning, men ikke anbefalet som standardvalg til langvarig bilkøling

NBR er billigt, har god modstandsdygtighed over for mineralolie og en vis produktstabilitet, men den miljømæssige stabilitet ved høj temperatur, ozonmodstand og langvarig kompressionsdeformation er generelt svagere end HNBR. Parkers diagram viser, at det almindelige temperaturområde for NBR typisk er -35 til 100 °C. Det kan anvendes i omkostningssensitive scenarier med lav krav til temperatur og tryk, men anbefales ikke som standardvalg til bilkøling med R1234yf, varmepumper eller kompressors højtemperaturområder.

CR: Traditionelle kølemidler kan anvendes, men højtemperaturkapaciteten er begrænset

CR/kloropren-gummi har en lang historie med brug i traditionelle kølemidler; Parkers diagram angiver også CR som ofte anvendt med R134a eller R22, med en typisk øvre temperaturgrænse på omkring 100 °C. For moderne bilklimaanlæg og højtemperatur-varmepumper er CR ofte ikke længere den foretrukne løsning.

VMQ/FVMQ: God ved lav temperatur, men kræver særlig opmærksomhed ved højt tryk og gennemtrængning

Silikonegummi og fluorosilikonegummi har lav elasticitet ved lav temperatur og er derfor egnet til visse statiske tætninger ved lav temperatur. Deres mekaniske styrke, revbestandighed, gasgennemtrængning og modstand mod udpressning ved højt tryk er dog normalt ringere. Ved brug i kølemiddelsystemer bør de begrænses til statiske tætninger under lav belastning, og der skal udføres fuldstændig lækkage- og termisk cyklus-verificering.

4. Konstruktionen kan ikke kun bygge på udskiftning af materialer

Fejl i O-ringe i kølesystemer skyldes ofte ikke kun materialet, men er snarere et samspil mellem materiale, fordybning og fremstillingsproces.

Svulmargen. Parker Handbook påpeger, at en statisk tætningsmediums volumenudvidelse på 25 %–30 % er nogle gange acceptabel, men en dynamisk tætningsmediums volumenudvidelse bør normalt ikke overstige 10 %; overdreven udvidelse øger risikoen for ekstrusion, når kompressionen reduceres.

Ekstrusionsbeskyttelse. Højdtryk-, kompressor- og CO₂/R744-systemer kræver reduceret ekstrusionsklaring og brug af støtteringeringe, hvor det er nødvendigt; højdtryk presser O-ringens mod den lavtryksidede klaringsekstrusion, og støtteringeringe kan mindske denne risiko.

Hårdhedsvalg. 70A anvendes ofte til almindelige statiske tætninger og bilens klimaanlægs rørforbindelser; 80A anvendes ved højere tryk eller strengere monteringskrav; 90A anvendes ofte til CO₂/R744, højdtrykskompressorer eller hvor ekstrusionsbeskyttelse kræves, men lavtemperatur-restitutionsevne og monterings-tæthedsformåen kan falde.

Lavtemperatur-verifikation. Kan ikke kun se på '-40 °C' på materialearket. Automobilvarmepumper og lavtemperaturkøleprøvning skal verificere TR10, lavtemperaturkompressionsrebound, koldstartlækkage og termisk cykluslækkage; lavtemperaturgummihardning og utilstrækkelig kompression fører oftest til lækkage i øjeblikket lige efter parkering og kold start.

Overflade og montering. O-ringe til rørforbindelser oplever ofte problemer med skæring, vridning, tør montering og installationsgnidning. Fasning, overfladeruhed, monteringsmængde og kompatibilitet mellem smøremiddel og kølemiddel skal kontrolleres; R1234yf- og CO₂-systemer bør også undgå olieprodukter, der kan forurene eller påvirke lækkagedetektering.

5. Anbefalet verifikationsproces

Valg af O-ringe til kølemiddel og køleolie anbefales at omfatte mindst fire kategorier af verifikation:

ASTM D471 omfatter gummiskvalitet, volumen, hårdhed, trækstyrke og elongation efter nedsænkning i væske og er den grundlæggende metode til screening af kølieolieoverensstemmelse. Men kølemidlet i sig selv er ikke den eneste relevante væske, og prøvningerne bør udføres sammen med prøvning af koexistens mellem trykt kølemiddel og olie. Trelleborg minder også om, at kompatibilitetstabeller er baseret på offentlige data og laboratorieforsøg, og at kortvarige prøvninger ved stuetemperatur ikke fuldt ud kan repræsentere feltsituationen; brugerne bør bekræfte dette ved at foretage faktiske anvendelsesundersøgelser.

CO2/R744-højtrykssystemer bør også have RGD/AED-prøvning af eksplosiv dekompression. ISO 23936-2 og NORSOK M710 vedrører bekræftelse af kvalifikationen af ikke-metalliske materialer, hvor NORSOK M710 bilag B netop er den hurtige gasdekompressionsprøve, også kaldet eksplosive dekompressionsprøver.

6. Anbefalinger til udvælgelse af kunder

Kunder til bilkørsel

R134a eller R1234yf rørflade O-ringe, start prioritet fra HNBR 70A/80A; højtrykssider og kompressorflade kan overveje HNBR 80A/90A. Varmepumper til nye energibil og elektriske kompressorer bør uafhængigt bekræfte POE eller dedikeret PAG-olie og ikke blot kontrollere det i forhold til brændstofbilens R134a/PAG-erfaring.

Kunder af varmepumper

Vanskeligheden ved varmepumpeanlæg er et bredt cyklusområde på høj-lav temperatur, hvor der samtidig er behov for et lavtemperatur-sug-side-lavtemperatur-rebound- og en højtemperatur-udstødningssæt. Det anbefales at prioritere evaluering af lavtemperatur HNBR, EPDM og erfaren FKM, og ikke blot at anbefale udvælgelse baseret på almindelige medieoverensstemmelsestabeller.

Kompressorkunder

Fokus ved kompressortætninger er højtemperatur-køleolie, opløselighed i kølemiddel, trykpuls og langvarig kompressionsdeformation. HNBR er et almindeligt valg; i højtemperaturzonen kan specielle FKM-materialer vurderes, men det skal verificeres i den faktiske køleolie og det faktiske kølemiddel. CO₂-kompressorer skal udformes i henhold til R744-højtryks-tætningslogik.

Kunder inden for CO₂/R744-køleanlæg

Prioriter krav om, at leverandøren fremlægger formuleringsdata specifikt til R744/CO₂, herunder modstand mod eksplosiv dekompression, lav permeabilitet, trykcyklus, afkølingsafprøvet elastisk genopretning ved lave temperaturer samt kompatibilitet med PAG/POE/PAO-olie. Almindelige HNBR-, EPDM- og FKM-materialebetegnelser er ikke tilstrækkelig dokumentation.

7. Områder, der skal bekræftes i indkøbs- eller teknisk kommunikation

Når der anmodes om tilbud fra leverandører af tætningsdele, skal følgende oplysninger mindst angives:

8. De mest almindelige fejl

Fejl ét: At kun se på kølemiddel og ikke på køleolie. PAG-, POE-, PAO- og PVE-oliers svulmeevne og egenskaber ved lave temperaturer adskiller sig; olie bestemmer ofte gummis svulmeevne og udfældning mere end kølemidlet.

Fejl to: Direkte anvendelse af R134a-erfaring på R1234yf. R1234yf-præstationen er tæt på R134a, men system, olie, A2L-sikkerhedskrav og servicestruktur er alle forskellige; materialer skal også kontrolleres uafhængigt af R1234yf + specificeret olie.

Fejl tre: At tro, at FKM altid er bedre end HNBR. FKM har fordele ved høj temperatur og lav permeabilitet, men i R134a/R1234yf-udvælgelsestestests er vægtændringen i Viton® ikke nødvendigvis den mindste; der skal kontrolleres specifik formulering og faktisk testning.

Fejl 4: CO2/R744 udvælges kun efter kemisk kompatibilitet. R744's kernefarer er højt tryk, permeation, hurtig dekompression, anti-ekstrudering og lavtemperatur-rebound; almindelige kølemiddelkompatibilitetstabeller er ikke tilstrækkelige.

Fejl fem: at behandle farve som materiale. Grønne O-ringe ses almindeligvis i AC HNBR i biler, men farven er ikke materialebevis; materialekvalitet, parti, hårdhed, testrapport og applikationsverifikation skal kontrolleres.