Hướng dẫn lựa chọn gioăng chữ O làm từ cao su nitrile (NBR) và fluorocarbon (FKM) cho các loại máy móc công nghiệp phổ biến

Cao su nitrile (NBR), được biết đến trên thị trường với tên thương mại là Buna-N, và cao su fluorocarbon (FKM) là những vật liệu nền tảng trong lĩnh vực làm kín công nghiệp. Việc lựa chọn chúng là yếu tố then chốt nhằm đảm bảo độ tin cậy và hiệu suất hoạt động của máy móc trong nhiều ngành như sản xuất, ô tô và thiết bị hạng nặng. NBR là một copolymer của acrylonitrile và butadiene, trong đó khả năng chống dầu tỷ lệ thuận với hàm lượng acrylonitrile —thường dao động từ 18% đến 50%. Cấu trúc này mang lại khả năng chống chịu xuất sắc đối với các loại dầu, mỡ, nhiên liệu và chất lỏng thủy lực có nguồn gốc từ dầu mỏ (theo tiêu chuẩn ASTM D1418). Dải nhiệt độ hoạt động thông thường của nó là từ -40 °°C đến +120 °°C, mặc dù các loại được pha chế đặc biệt có thể mở rộng dải nhiệt độ này. NBR cũng sở hữu độ bền kéo tốt, khả năng chống biến dạng nén và khả năng chống mài mòn cao, khiến nó trở thành một loại gioăng đa dụng, hiệu quả về chi phí cho bơm, xi-lanh, trục van và hệ thống thủy lực.

FKM, mặt khác, là một polyme hydrocarbon flor hóa. Các liên kết carbon–flo vượt trội của nó cung cấp khả năng chống chịu tuyệt vời ở nhiệt độ cao (có thể vận hành liên tục ở nhiệt độ lên tới 200 °°C, trong thời gian ngắn có thể đạt tới 230 °°C), nhiều loại hóa chất (bao gồm axit, nhiên liệu và các chất bôi trơn ăn mòn), đồng thời có khả năng chống ozon và tia UV xuất sắc. Các loại FKM phổ biến bao gồm các cấp A, B, F và GLT, mỗi loại được thiết kế riêng nhằm đáp ứng yêu cầu tương thích với các loại chất lỏng cụ thể và tính linh hoạt ở nhiệt độ thấp.

Quy trình lựa chọn giữa NBR và FKM tuân theo một sơ đồ quyết định có cấu trúc:

1. Tính tương thích với môi chất: Tham khảo biểu đồ khả năng chống hóa chất. NBR phồng lên trong một số este và xeton nhất định; FKM nói chung trơ đối với các hydrocarbon và nhiều hợp chất hữu cơ, nhưng có thể bị tấn công bởi nước nóng, hơi nước và một số amin.

2. Đặc tính nhiệt độ: Cân nhắc cả nhiệt độ vận hành liên tục và chu kỳ thay đổi nhiệt. FKM là bắt buộc cho các ứng dụng chịu nhiệt độ cao kéo dài.

3. Áp suất và hoạt động động học: Cả hai loại đều hoạt động tốt trong vai trò tĩnh và động, nhưng FKM có khả năng kháng biến dạng nén tốt hơn ở nhiệt độ cao.

4. Chuẩn hóa: Các tiêu chuẩn như AS568 quy định kích thước, trong khi các tiêu chuẩn vật liệu như SAE J515 (AS326 cho một số hợp chất FKM, AS018 cho NBR) quy định các đặc tính của hỗn hợp. Một bộ gioăng chữ O được sắp xếp theo các mã số gạch ngang (dash number) AS568, bao gồm cả gioăng NBR và FKM, là tài sản bảo trì thiết yếu.

Trên thực tế, một hệ thống thủy lực tại nhà máy sản xuất ở Hoa Kỳ có thể sử dụng gioăng NBR cho các mạch dầu khoáng, nhưng lại chuyển sang dùng gioăng FKM cho vòng tuần hoàn chất lỏng truyền nhiệt ở nhiệt độ cao. Tại Ấn Độ và Indonesia — nơi nhiệt độ môi trường và độ ẩm cao — nhật ký bảo trì thiết bị cho thấy việc nâng cấp từ gioăng NBR lên gioăng FKM cho các gioăng bơm quan trọng có thể kéo dài khoảng thời gian bảo trì định kỳ lên đến 300%, từ đó giảm đáng kể tổng chi phí sở hữu dù giá thành đơn vị của gioăng FKM cao hơn. Thiết kế cổ áo làm kín (gland) phù hợp —đảm bảo độ nén đầy đủ (thường là 15–25%), độ đầy thể tích thích hợp và bề mặt nhẵn mịn —cũng quan trọng ngang bằng việc lựa chọn vật liệu nhằm ngăn ngừa hiện tượng ép lồi (extrusion), ăn mòn mép (nibbling) hoặc hỏng do xoắn (spiral failure).