1. Miért rövidíti le a hűtőközeg és a hűtőolaj együtt az O-gyűrű élettartamát

O-gyűrűk a hűtőrendszerekben három hatás egyszerre éri a tömítéseket.

Elsőként a közeg okozta duzzadás vagy kivonódás. A kis hűtőközeg-molekulák behatolnak a gumihálózatba, ami súly-, térfogat-, keménység-, szakítószilárdság- és nyúlásváltozást eredményez; a hűtőolaj is behatolhat a gumi anyagába, és kivonhatja belőle a lágyítószereket és adalékanyagokat, aminek következtében az anyag először megpuhul, majd megkeményedik, illetve a hűtőközeg működésének megszűnése után összemenekedhet. A Chemours R134a-adatlapja kifejezetten rámutat arra, hogy a duzzadást, a lágyítószer-vesztést és a mechanikai tulajdonságok változását nem szabad egyetlen hűtőközeg alapján ítélni, mivel egyetlen gumicsalád sem fed le minden helyettesítő hűtőközeget.

Másodszor, gyenge hőciklus-állóság, alacsony hőmérsékleten rossz visszaállási képesség és nyomásállósági hiba. A hideg, elpárologtató és szívóoldali alkalmazásoknál alacsony nyomásállóságra van szükség; a kompresszoros, kifújó- és hőszivattyús magas hőmérsékletű körülmények között szintén alacsony nyomásállóságot igényelnek. A mérték, amelyig O-gyűrű a hosszú távú tömítés nem tudja alapvetően visszaállítani a tömítőerőt; minél nagyobb az érték, annál könnyebben veszíti el a tömítőerőt.

Harmadik: nyomásciklusok és gyors dekompresszió kockázata. Az HFC/HFO rendszerek főként a oldhatóságra, átjutásra és nyomásállóságra (compression set) koncentrálnak; a CO₂/R744 rendszerek esetében azonban figyelmet kell fordítani a gyors dekompresszió okozta károsodásra is – a CO₂ molekulák magas nyomáson jutnak be a gumiba, és a gyors nyomáscsökkenés belső buborékokat, repedéseket vagy akár az O-gyűrű teljes szétesését okozhatja.

2. Anyagválasztás hűtőközeg-rendszerek szerint elsődlegesen

A. R134a / HFC + PAG vagy POE: Az autóklíma- és a hagyományos hűtési rendszerek fő forgatókönyve

Az R134a-t általában PAG-olajjal kombinálják az autók légkondicionáló rendszereiben, és POE-olajjal hűtőberendezésekben, kompresszorokban és részterheléses berendezésekben. Az O-gyűrűk anyagát együttesen kell ellenőrizni az HFC-hűtőközeggel, a PAG/POE-olajjal, a hőlégöregedéssel, a nyomás alatti deformációval és a telepítés során fellépő veszteséggel szemben. A Chemours adatbázisa szerint az R134a kompatibilitását gumival, fémmel és elasztomerekkel projekt-specifikusan kell ellenőrizni; az HFC-134a POE-olajban való oldódása általában a kompresszor vagy a berendezés gyártójának tesztjei alapján van meghatározva.

Ajánlott alkalmazási területek:

A Parker! az O-gyűrű kézikönyvében a CR-összetételeket általában R134a vagy R22 és hasonló hűtőközegekhez valónak jelölik, a tipikus statikus hőmérséklet-tartomány -40 és 100 °C között van; az HNBR hőmérséklet-tartománya gyakran -35 és 150 °C között van; az NBR szabványos fokozatainál a tartomány legtöbbször -35 és 100 °C között van; az EPDM általában -50 és 150 °C között működik. Ez a hőmérsékleti rétegződés magyarázza: az NBR olcsó lehet, de hosszú távon az autók légkondicionáló rendszerében a magas hőmérséklet, az oxigén és a nyomás alatti deformáció (compression set) követelményei miatt nem ajánlott alapértelmezett választásként.

B. R1234yf / HFO + PAG vagy POE: Új energiájú járművek, személygépkocsik légkondicionáló rendszerei, hőszivattyús rendszerek

Az R1234yf egy HFO-hűtőközeg, és az autók légkondicionáló rendszereiben az R134a helyettesítésének egyik fontos iránya lett. A Chemours cég adatai szerint az Opteon YF termék neve R-1234yf/HFO-1234yf; az ASHRAE és az ISO 817 biztonsági osztályozás szerint az A2L kategóriába tartozik: teljesítménye és üzemelési jellemzői hasonlóak az R134a-hoz, de kizárólag az R1234yf-hez speciálisan kifejlesztett PAG vagy POE olajokat szabad használni, és nem tekinthető egyszerű utólagos felszerelésre alkalmas helyettesítő anyagnak.

Az anyagkompatibilitás tekintetében a Chemours cég rögzített deformációs gumielasztomer-kompatibilitási tesztadatai (100 °C-on, 2 hétig) összehasonlították az R1234yf-et és az R134a-t: az HNBR anyag súlyváltozása nagyobb volt az R134a-ban való áztatás során, míg az HFO-1234yf esetében kisebb volt; az EPDM súlyváltozása egyértelműen magasabb volt, mint az HNBR, az NBR, az EPDM és a CR típusú anyagoké. A Viton® bizonyult a legstabilabbnak, azonban különböző gyártók és gyártási eljárások eltérő eredményeket adhatnak, ezért az anyagokat a szállító cégeknek kell biztosítaniuk.

Kiválasztási ajánlások:

Megjegyzés: az R134a rendszer nem egyszerűen cserélhető le R1234yf-re, és az R1234yf nem keverhető az R134a rendszerbe. A Chemours kifejezetten megállapítja, hogy az R1234yf rendszerhez különleges csatlakozók szükségesek; a hűtőközepek keverése keresztszennyezést jelent, és a rendszer alkatrészei egy meghatározott hűtőközre vannak tervezve.

C. HFC/HFO kevert hűtőközeg + POE/PVE: hőszivattyúk, kereskedelmi hűtőberendezések, hűtött rendszerek

A hőszivattyúk és a kereskedelmi hűtőberendezések gyakran HFC-, HFO- vagy HFC/HFO-kevert hűtőközegeket használnak, a termékek többsége pedig POE-, PVE- vagy speciális keverékolajokat alkalmaz. Itt az R134a vagy az R1234yf anyagokra vonatkozó következtetések nem alkalmazhatók közvetlenül az R410A, az R32, az R454B, az R513A, az R1234ze és hasonló rendszerekre, mivel a polaritás, a gőznyomás, az üzemelési hőmérséklet, valamint az olaj-hűtőközeg oldhatósága és az adalékanyag-csomagok mindegyike eltérő.

Kezdeti kiválasztási logika:

Az ASHRAE 97-es szabvány célja a tömítőanyagok hűtőrendszer-anyagokkal való kompatibilitásának értékelése zárt üvegcsöves vizsgálat segítségével; a csőben hűtőközeg, kenőanyag és vizsgálati anyagok vannak zárva üvegcsőbe, általában az öregedés után nyitják meg, majd minőségi vagy mennyiségi elemzést végeznek, hogy megítéljék a kompatibilitást vagy kémiai stabilitást.

D. CO₂ / R744 + PAG, POE vagy PAO: Nagynyomású hőszivattyú, kereskedelmi hűtés, autóipari hőszivattyú

A CO₂/R744 egy másik problémás kategória. Vegyi korróziós hatása nem feltétlenül erős, de a nyomás, az átjutás és a robbanásszerű dekompresszió kockázata rendkívül magas. A Parker CO₂ légkondicionáló tömítőanyag-adatai kiemelik, hogy az R744 rendszer működési nyomása lényegesen magasabb az R134a-hoz képest; az R744 működési nyomása elérheti a 150–160 bar-t, hőmérséklete akár 180 °C-ig is emelkedhet; a puha tömítőanyagok kiválasztásánál különös figyelmet kell fordítani a robbanásszerű dekompresszió elleni ellenállásra.

A Parker ugyanazon anyagokat sorolja fel a CO₂ légkondicionáló tömítésekhez: EPDM, FKM, HNBR és EPDM/BIIR, és hangsúlyozza, hogy ezeknek az anyagoknak –55 °C-tól +200 °C-ig terjedő hőmérséklettartományban kell működniük, alkalmazhatóknak kell lenniük PAG/PAO/POE olajokhoz, alacsony átjutási tulajdonságúknak és kiváló robbanásszerű dekompresszió elleni ellenállásúknak kell lenniük.

R744 kiválasztási ajánlások:

A CO2/R744 nem használhatja a szokásos autóipari AC-O-gyűrű helyettesítőit. Még ha az anyag neve is ugyanaz, mint a HNBR vagy az EPDM, meg kell különböztetni, hogy az R744-re szánt alacsony átjárhatóságú, robbanásgátló dekompressziós készítmény-e.

3. A szülői család. Hogyan hasonlítanak össze az anyagok

HNBR: Az autóipari légkondicionálás fő választása

A HNBR előnye az olajálló, hőálló, mechanikai szilárdságú és tömörítőkészlet kombinált teljesítmény. Az R134a, R1234yf, PAG, POE olajrendszerek esetében a HNBR általában az autóipari AC O-gyűrűk, kompresszor statikus tömítőkötegek és vezérlőbillentyűk tömítőkötegek számára előnyben részesített anyag. A Parker-adatok szerint több HNBR-minőség is terjedhet -35/-40 és 150 °C között, és néhány alacsony hőmérsékletű szintet jelölnek ki alacsony hőmérsékletű forgatókönyvekre.

A következőkhez alkalmas: autós AC, R134a/R1234yf csővezeték, kompresszor statikus tömítő, hőpumpakészülékek része.

Megjegyzés: A HNBR ACN-tartalma, hidrogénezési fok, keresztszelés-rendszer és töltőrendszer jelentős mértékben befolyásolja az alacsony hőmérsékletű visszacsapást, duzzanatot és tömörítési változást.

EPDM: Jó alacsony hőmérsékletű, ózon, hővel öregedő, de az olajat megerősíteni kell

Az EPDM alacsony hőmérsékletű teljesítménye, ózonálló, hőfáradás-teljesítménye jó; a Chemours R134a/R1234yf összehasonlításában az EPDM súlyváltozásának kiválasztása viszonylag kicsi. Az EPDM azonban nem minden olajtípusra természetes módon alkalmas, különösen az R744-re vonatkozó "EPDM, amely ellenáll minden PAG/POE/ hozzáadott hűtőanyagnak", és amely speciális formulacióra van szüksége. Az R744-re szánt EPDM vagy EPDM/BIIR jelölhetők a CO2 magasnyomású rendszerekhez, de az esetről esetre ki kell értékelni.

FKM: Magas hőmérséklet-álló, alacsony áthatású, de nem R134a/R1234yf univerzális anyag

Az FKM előnye a magas hőmérséklet, az öregedési ellenállás, az alacsony gázátömeg és a széles kémiai kompatibilitás; a Parker adatkategóriák jelöltek alkalmazhatóak magas hőmérsékletű, forró olaj, aromás oldószer és széles kémiai környezetben, a Chemours R

Ezért az FKM-et a hűtőrendszerekben egy adott márkához és konkrét közeg-ellenőrzéshez kell igazítani, és nem szabad úgy értelmezni, hogy „az FKM prémium minőségű, ezért minden hűtőközegre alkalmazható”.

NBR: Alacsony költség, de nem ajánlott alapértelmezett megoldásként hosszú távú autós légkondicionáló rendszerekhez

Az NBR olcsó, jó ásványolaj-állósággal és bizonyos termékstabilitással rendelkezik, de a környezeti stabilitása – például a hőállóság, az ózonnállóság és a hosszú távú nyomásmentesítés – általában gyengébb, mint az HNBR-é. A Parker diagramja szerint az NBR általános hőmérséklet-tartománya leginkább -35–100 °C. Költségérzékeny, alacsony hőmérséklet- és nyomáskövetelményeket támasztó alkalmazásokban használható, de nem ajánlott alapértelmezett választásként az R1234yf autós légkondicionáló rendszerekhez, hőszivattyúkhoz vagy kompresszorok magas hőmérsékletű területeihez.

CR: A hagyományos hűtőközegek használhatók, de a magas hőmérsékleten való alkalmazhatóságuk korlátozott

A CR/kloropréngumi használatának hosszú története van a hagyományos hűtőközegekkel; a Parker táblázata szerint a CR-t gyakran használják az R134a vagy az R22 hűtőközegekkel, és tipikus felső hőmérséklet-határa körülbelül 100 °C. A modern autóklímákhoz és magas hőmérsékletű hőszivattyúkhoz a CR gyakran már nem a preferált megoldás.

VMQ/FVMQ: Alacsony hőmérsékleten jó, de a magas nyomás és a átjutás figyelmet igényel

A szilikon- és fluoroszilikon-gumi alacsony rugalmasságot mutat alacsony hőmérsékleten, így alkalmas néhány alacsony hőmérsékletű statikus tömítésre. Azonban mechanikai szilárdságuk, szakadási ellenállásuk, gáztömörségük és magas nyomás elleni extrudálási ellenállásuk általában gyengébb. Hűtőközeg-rendszerekben csak alacsony terhelésű statikus tömítésekre szabad őket használni, és teljes szivárgásvizsgálatot és hőciklus-vizsgálatot kell elvégezni.

4. A tervezés nem támaszkodhat kizárólag anyagcsere alapján

A hűtőrendszer O-gyűrűinek meghibásodása gyakran nem csupán az anyag miatt következik be, hanem az anyag, a hornyolás és a gyártási folyamat együttes hatására.

Duzzadási tartalék. A Parker kézikönyv megjegyzi, hogy statikus tömítések esetén a közeg általi duzzadás 25–30 térfogatszázaléka néha elfogadható, de dinamikus tömítések esetén a duzzadás általában nem haladhatja meg a 10%-ot; túlzott duzzadás növeli az extrúzió kockázatát, ha a nyomás csökken.

Extrúzió-ellenes tulajdonság. Magas nyomású kompresszoros, CO₂/R744 rendszerek esetén csökkenteni kell az extrúziós rést, és szükség esetén támasztógyűrűket kell használni; a magas nyomás az O-gyűrűt a kis nyomású oldali rés felé tolja, ami extrúzióhoz vezethet, és a támasztógyűrűk csökkenthetik ezt a kockázatot.

Keménység kiválasztása. 70A keménység általában statikus tömítéseknél és autóklíma-csőcsatlakozásoknál használatos; 80A keménység magasabb nyomás vagy szigorúbb szerelési követelmények esetén alkalmazandó; 90A keménység általában CO₂/R744 rendszerekhez, magas nyomású kompresszorokhoz vagy extrúzió-ellenes tulajdonságot igénylő alkalmazásokhoz használatos, de a hideg-állóság és a szerelési tömítési képesség csökkenhet.

Alacsony hőmérsékleten történő ellenőrzés. Nem elegendő csupán a anyaglapra írt „–40 °C” értéket figyelni. Az autóipari hőszivattyúk és alacsony hőmérsékleten történő hűtési vizsgálatoknak ellenőrizniük kell a TR10 értéket, az alacsony hőmérsékleten történő tömítés visszatérését, a hideg indításnál fellépő szivárgást és a hőciklusok során keletkező szivárgást; az alacsony hőmérsékleten bekövetkező gumikeményedést és a tömítés hiányos összenyomódását – ezek leggyakrabban a parkolás utáni hideg indítás pillanatában okoznak szivárgást.

Felület és szerelés. A csőcsatlakozások O-gyűrűi gyakran szeletelésnek, torzulásnak, száraz szerelésnek és felszerelés közbeni súrlódásnak teszik ki magukat. A lekerekítés, a felület érdessége, a szerelési kenőanyag és a hűtőközeg szoros kompatibilitása ellenőrzésre szorul; az R1234yf és CO₂ rendszerek esetében el kell kerülni az olyan olajtermékek használatát, amelyek szennyezhetik vagy befolyásolhatják a szivárgásdetektálást.

5. Ajánlott ellenőrzési folyamat

A hűtőközeg és a hűtőolajhoz szükséges O-gyűrű kiválasztását legalább négy ellenőrzési kategóriában javasolt elvégezni:

Az ASTM D471 szabvány a gumik minőségére, térfogatára, keménységére, húzószilárdságára és megnyúlására vonatkozó változásokat írja le folyadékba merítés után, és ez az alapvető módszer a hűtőolaj-kompatibilitás előzetes vizsgálatára. Azonban a hűtőközeg maga nem az egyetlen releváns folyadék, és a vizsgálatot nyomás alatti hűtőközeg/olaj együttes jelenléte mellett is el kell végezni. A Trelleborg emlékeztet arra is, hogy a kompatibilitási táblázatok nyilvános adatokon és laboratóriumi tesztek eredményein alapulnak, és a rövid idejű szobahőmérsékleten végzett vizsgálat nem tükrözi teljes mértékben a gyakorlati körülményeket; a felhasználóknak az alkalmazási körülmények közötti tényleges teszteléssel kell megerősíteniük az eredményeket.

A CO₂/R744 nagynyomású rendszerek esetében a RGD/AED robbanásszerű dekompressziós vizsgálatot is hozzá kell adni. Az ISO 23936-2 és az NORSOK M710 szabványok a nemfémes anyagok minősítésének megerősítésére vonatkoznak, ahol az NORSOK M710 melléklet B éppen a gyors gázdekompressziós vizsgálatot – más néven robbanásszerű dekompressziós vizsgálatot – írja elő.

6. Ajánlások az ügyfelek számára történő kiválasztáshoz

Autóipari AC-ügyfelek

R134a vagy R1234yf hűtőközeg-csőcsatlakozók O-gyűrűi: elsődlegesen HNBR 70A/80A anyagokat érdemes figyelembe venni; a nagynyomású oldalon és a kompresszor csatlakozóinál HNBR 80A/90A is megfontolandó. Az új energiájú járművek hőszivattyús rendszerei és elektromos kompresszorai esetében külön kell megerősíteni a POE vagy a speciális PAG olaj alkalmazását – nem elegendő pusztán a hagyományos, üzemanyaggal működő járművek R134a/PAG tapasztalataira támaszkodni.

Hőszivattyús ügyfelek

A hőszivattyús rendszerek nehézségét a széles hőmérséklet-tartomány jelenti, amely egyszerre igényli a szívóoldali alacsony hőmérsékleten történő visszapattanást és a fúvóoldali magas hőmérsékleten történő összenyomást. Ajánlott elsődlegesen alacsony hőmérsékletre optimalizált HNBR, EPDM és tapasztalt FKM anyagok értékelését elvégezni – nem elegendő csupán az általános közegkompatibilitási táblázatok alapján javasolni a választást.

Kompresszor-ügyfelek

A kompresszor tömítések fókuszpontja a magas hőmérsékletű hűtőolaj, a hűtőközeg oldódása, a nyomáspulzus és a hosszú távú összenyomódás. Az HNBR gyakori választás; a magas hőmérsékletű tartományban különleges FKM anyagokat is értékelni lehet, de azokat tényleges hűtőolajjal és hűtőközeggel kell ellenőrizni. A CO₂-kompresszorokat az R744 nagynyomású tömítési logikája szerint kell tervezni.

CO₂/R744 hűtőberendezés-ügyfelek

Előnyt kell élveznie annak, ha a szállító R744/CO₂-specifikus összetételi adatokat szolgáltat, beleértve a robbanásmentes dekompresszió elleni ellenállást, alacsony áteresztést, nyomásciklus-állóságot, alacsony hőmérsékleten való rugalmasságot, valamint PAG/POE/PAO olajkompatibilitást. Az általános HNBR, az általános EPDM és az általános FKM anyagnevek nem elegendő bizonyítékot jelentenek.

7. Területek, amelyeket a beszerzés vagy a műszaki kommunikáció során kötelező megerősíteni

Amikor tömítőelem-szállítóktól árajánlatot kérnek, legalább a következő információkat kell megadni:

8. A leggyakoribb hibák

Első hiba: Csak a hűtőközegre figyelnek, nem a hűtőolajra. A PAG, POE, PAO és PVE duzzadási és alacsony hőmérsékleten való viselkedése eltérő; az olaj gyakran meghatározza a gumik duzzadását és megkeményedését jobban, mint a hűtőközeg.

Hiba kettő: Az R134a-ra vonatkozó tapasztalatok közvetlen alkalmazása az R1234yf-re. Az R1234yf teljesítménye közel van az R134a-hoz, de a rendszer, a kenőolaj, az A2L biztonsági követelmények és a szervizfelület mind eltérő; az anyagokat szintén függetlenül kell ellenőrizni az R1234yf + megadott olaj kombinációra.

Hiba három: A FKM mindig jobbnak tartása az HNBR-nél. A FKM előnyöket biztosít magas hőmérsékleten és alacsony átjutási tulajdonságok esetén, de az R134a/R1234yf kiválasztási tesztekben a Viton® tömegváltozása nem feltétlenül a legkisebb; a konkrét összetétel és a tényleges tesztek ellenőrzése szükséges.

Hiba négy: A CO₂/R744 kiválasztása kizárólag kémiai kompatibilitás alapján. Az R744 fő kockázata a magas nyomás, az átjutás, a gyors dekompresszió, az extrúzió elleni védelem és az alacsony hőmérsékleten való visszaugrás; az általános hűtőközeg-kompatibilitási táblázatok nem elegendőek.

Hiba öt: A szín anyagi igazolásként való kezelése. A zöld O-gyűrűk gyakran előfordulnak az autóklímákban használt HNBR anyagból, de a szín nem anyagi igazolás; az anyag minőségi osztálya, tételszáma, keménysége, teszttanúsítványa és alkalmazási ellenőrzése szükséges.