Cao su NBR là gì: hàm lượng ACN 18 đến 50%, dải nhiệt và khả năng chịu dầu

Cao su NBR (nitrile, Buna-N) là cao su tổng hợp từ acrylonitrile (ACN) và butadien, hàm lượng ACN từ 18% tới 50%. ACN càng cao thì càng chịu dầu và nhiên liệu, nhưng càng kém dẻo ở nhiệt độ lạnh. Oring, phớt chắn dầu NBR làm việc từ −30 °C tới +100 °C trong dầu khoáng, mỡ và diesel.

Cao su NBR là gì

NBR là cao su tổng hợp làm từ acrylonitrile và butadien, có cơ tính tốt và chịu mòn cao so với nhiều loại cao su khác. Parker gọi chung là cao su nitrile, với hàm lượng acrylonitrile trong hợp chất làm kín thay đổi từ 18% tới 50%. Loại NBR thông dụng thường chứa khoảng 34% ACN.

BASF và Bayer (khi đó thuộc IG Farben) phát triển NBR năm 1931, và sản xuất thương mại đầu tiên ở Đức năm 1935. Đến nay NBR là vật liệu quen thuộc của vòng làm kín tiết diện tròn, nên bài oring là gì mô tả cả kích thước lẫn vật liệu. Kho nhập oring NBR cho dầu khoáng và mỡ, cùng phớt chắn dầu TC NBR cho trục quay trong hộp dầu.

Thông số	Giá trị
Thành phần	Acrylonitrile (ACN) và butadien
Hàm lượng ACN	18% tới 50%
ACN của NBR thông dụng	Khoảng 34%
Nhiệt làm việc oring, phớt NBR	−30 °C tới +100 °C
Nhiệt ngắn hạn oring, phớt (Parker)	Tới 121 °C
Độ cứng oring NBR	70 và 90 Shore A
Nhiệt làm việc tấm NBR của kho	−30 °C tới +120 °C
Độ cứng tấm NBR	72 Shore A
Bền kéo tấm NBR	4,76 MPa
Giãn dài khi đứt tấm NBR	383%
Trương nở thể tích tấm khi ngâm dầu	3,36%
Độ dày tấm NBR (dung sai ±0,03 mm)	1, 2, 3, 4, 5, 10 mm

Hàm lượng ACN thấp, vừa, cao ảnh hưởng thế nào tới cao su NBR

ACN càng cao thì cao su càng chịu dầu và nhiên liệu, đổi lại độ đàn hồi và khả năng chống nén dư giảm, nên hợp chất làm kín thường chọn mức ACN trung bình. Theo hình 2-2 của Parker, khi ACN tăng từ 20% lên 50%, độ trương nở trong dầu IRM 903 giảm và độ dẻo lạnh cũng giảm.

Mức ACN	Chịu dầu, nhiên liệu	Dẻo ở nhiệt độ lạnh
Thấp (gần 18%)	Kém hơn với nhiên liệu, dầu bôi trơn phân cực	Tốt hơn
Trung bình (khoảng 33 đến 34%, NBR thông dụng)	Cân bằng	Cân bằng
Cao (tới 50%)	Cao, cần cho dầu gốc naphten	Kém hơn, đàn hồi và chống nén dư giảm

Loại dầu gốc cũng quyết định mức ACN. Dầu gốc naphten, nhiều vòng thơm, làm NBR trương nở nên cần ACN cao. Dầu gốc parafin, nhiều mạch thẳng, ít làm trương kể cả với NBR ACN thấp. Với môi trường lạnh, hợp chất NBR chịu lạnh của Trelleborg (NBR 70, mã N7T40) làm việc từ −55 °C tới +80 °C, so với −30 °C tới +100 °C của NBR 70 thường.

Dải nhiệt và độ cứng của cao su NBR

Oring NBR 70 làm việc từ −30 °C tới +100 °C, NBR 90 từ −25 °C tới +100 °C theo Trelleborg. Phớt chắn dầu NBR 70 đến 75 Shore A cũng nằm trong khoảng −30 °C tới +100 °C. Số của tấm cao su khác với số của oring, phớt và được tách riêng ở đoạn dưới.

Parker ghi NBR chịu nhiệt tới 100 °C, ngắn hạn 121 °C, còn nhiệt độ lạnh giới hạn từ −34 °C tới −57 °C tuỳ hợp chất. Về độ cứng, oring NBR có hai cấp chuẩn là 70 và 90 Shore A. Trelleborg làm các cấp 50, 60, 70, 80, 90 Shore A, mỗi cấp sai số ±5. Phớt thuỷ lực NBR dùng nhiều ở 70 đến 90 Shore A.

Với hàng tấm, tấm cao su làm gioăng NBR chịu dầu dạng cuộn khổ 1.000 mm của kho có nhiệt làm việc −30 °C tới +120 °C, độ cứng 72 Shore A, bền kéo 4,76 MPa, giãn dài khi đứt 383%. Ngâm dầu, thể tích trương 3,36%. Dung sai độ dày ±0,03 mm, các độ dày 1, 2, 3, 4, 5 và 10 mm. Các số này chỉ áp dụng cho tấm.

Cao su NBR chịu được gì và không chịu được gì

NBR chịu hydrocarbon mạch thẳng như propan, butan, dầu mỏ, dầu khoáng, mỡ, diesel và dầu đốt. Nhóm không chịu gồm nhiên liệu nhiều chất thơm, benzen, hydrocarbon có clo, xeton, este, dầu phanh gốc glycol, ozon và thời tiết. Ranh giới này quyết định môi trường nào nên chọn NBR.

• Chịu tốt: dầu khoáng, mỡ, dầu mỡ thực vật, chất lỏng thuỷ lực HFA, HFB, HFC, axit và kiềm loãng, dung dịch muối loãng ở nhiệt độ thấp, nước (hợp chất đặc biệt tới 100 °C).
• Không chịu: hydrocarbon thơm và hydrocarbon có clo (trichloroethylene), dung môi phân cực (axeton, axit axetic, este), axit mạnh, dầu phanh gốc glycol, ozon, ánh nắng, ete và chất lỏng thuỷ lực phosphate ester.

Silicone trương nở trong dầu khoáng, vì vậy môi trường dầu dùng NBR thay cho silicone. Ở vị trí chắn bụi, bùn cho ổ trục chạm dầu, v ring cũng chọn vật liệu theo cùng nguyên tắc môi chất.

HNBR và XNBR: hai biến thể của cao su NBR

HNBR là NBR hydro hoá các liên kết đôi trong mạch, chịu nhiệt tới 149 °C; XNBR là NBR carboxyl hoá, chịu xé và mòn tốt hơn NBR thường. Hai biến thể này mở rộng giới hạn nhiệt hoặc độ bền cơ học mà NBR thường không đạt.

• HNBR: làm kín tĩnh tới −32 °C, chuyển động từ −23 °C; cơ tính cao nên chống đùn và mòn; chịu nước, hơi nước tới 149 °C và ozon. Trelleborg HNBR 70 làm việc −30 °C tới +140 °C. HNBR không chịu hydrocarbon có clo, xeton, este và axit mạnh.
• XNBR: terpolymer của butadien, acrylonitrile và axit acrylic, nhóm carboxyl chiếm 10% trở xuống. Hay làm phớt ty và gạt bụi; chịu nhiệt tới 100 °C, ngắn hạn 121 °C; lạnh từ −18 °C tới −48 °C tuỳ hợp chất.

So sánh cao su NBR với FKM, EPDM và CR

NBR rẻ và chịu dầu khoáng; FKM chịu nhiệt tới 200 °C; EPDM chịu nước, hơi, ozon nhưng không chịu dầu khoáng; CR chịu ozon và thời tiết tốt hơn NBR. Chọn theo môi chất tiếp xúc và nhiệt độ làm việc liên tục, không theo giá đơn thuần.

Cao su	Dải nhiệt	Dầu khoáng, mỡ	Ozon, thời tiết	Dầu phanh glycol	Hơi nước, nước nóng
NBR	−30 °C tới +100 °C (oring, phớt); tấm kho −30 °C tới +120 °C	Tốt	Không chịu	Không chịu	Hợp chất đặc biệt tới 100 °C
HNBR	Tới 149 °C (Parker); −30 °C tới +140 °C (Trelleborg)	Tốt	Chịu	Không công bố	Tới 149 °C
FKM (Viton)	−20 °C tới +200 °C	Tốt	Rất tốt	Không chịu	Chỉ mác đặc biệt
EPDM	Tới 150 °C, lạnh khoảng −57 °C (Parker)	Không chịu	Chịu	Chịu	Tới 149 °C (đặc biệt 204 °C)
CR (neoprene)	−40 °C tới khoảng +120 °C	Chịu dầu parafin, hạn chế dầu naphten	Tốt hơn NBR	Hạn chế	Nước ở nhiệt độ thấp

Khi nhiệt vượt 100 °C liên tục hoặc nhiên liệu có chất thơm, cặp thay thế là FKM. Kho có oring viton và phớt chắn dầu chịu nhiệt làm từ FKM cho các vị trí đó. Dầu phanh gốc glycol thì cả NBR lẫn FKM đều không dùng, chọn EPDM.

Số liệu trong bài theo phiếu kiểm tra COA của lô cao su NBR nhập và datasheet vật liệu của nhà sản xuất; tiêu chuẩn tham chiếu: ASTM D2000 (phân loại cao su kỹ thuật), ASTM D2240 (độ cứng Shore).

Câu hỏi thường gặp về cao su NBR