Cách chọn vật liệu cao su NBR, EPDM, Silicone và Viton

Trong số các đơn đặt gioăng, ron và phớt mà Vu Tri nhận được, câu hỏi gặp nhiều nhất là: "Nên dùng NBR, EPDM, Silicone hay Viton?". Bốn vật liệu này đều phổ biến, đều có thể làm ra cùng một hình dạng chi tiết, nhưng mỗi loại chỉ thực sự bền trong một nhóm điều kiện nhất định. Chọn đúng thì chi tiết làm việc ổn định nhiều năm; chọn sai thì có khi chỉ vài ngày đã trương nở, chai cứng hoặc nứt vỡ. Bài viết chia sẻ kinh nghiệm chọn vật liệu theo điều kiện làm việc thực tế.

Bắt đầu từ môi chất, không bắt đầu từ giá

Nguyên tắc đầu tiên khi chọn cao su là xác định chi tiết sẽ tiếp xúc với thứ gì. Dầu khoáng, nước nóng, hơi nước, axit, dung môi hay thực phẩm đều tác động lên cao su theo cách khác nhau. Một vật liệu chịu dầu tuyệt vời có thể hỏng rất nhanh trong hơi nước, và ngược lại. Sau môi chất mới đến nhiệt độ, áp suất, chuyển động của chi tiết và cuối cùng mới là giá thành. Làm ngược thứ tự này là cách nhanh nhất để mua một chi tiết rẻ nhưng phải thay liên tục.

Bảng so sánh nhanh bốn vật liệu

Bảng dưới đây so sánh các đặc tính chính để quý khách định hướng ban đầu. Mức đánh giá mang tính tương đối và có thể thay đổi theo công thức phối liệu cụ thể.

NBR: lựa chọn mặc định cho dầu mỡ

NBR, hay cao su nitrile, là vật liệu được dùng nhiều nhất cho gioăng, phớt và O-ring trong hệ thống thủy lực, khí nén, động cơ và hộp số. Thế mạnh của NBR là chịu dầu khoáng, mỡ bôi trơn, dầu diesel và xăng với chi phí hợp lý, đồng thời có độ bền cơ học và chịu mài mòn tốt.

Điểm yếu của NBR là chịu ozone và thời tiết kém. Lắp ngoài trời hoặc gần động cơ điện, bề mặt NBR có thể xuất hiện vết nứt nhỏ sau một thời gian. NBR cũng không phù hợp với dầu phanh gốc glycol, xeton và nhiều dung môi phân cực. Nếu chi tiết vừa gặp dầu vừa phải phơi ngoài trời, nên trao đổi để cân nhắc phương án phối liệu có phụ gia bảo vệ hoặc chuyển sang vật liệu khác.

EPDM: bền với nước, hơi nóng và thời tiết

EPDM là lựa chọn hàng đầu cho các chi tiết tiếp xúc nước, nước nóng, hơi nước và làm việc ngoài trời. Ron cửa, ron kính, ron tủ điện, gioăng đường ống nước nóng, màng chống thấm và ống dẫn hơi thường dùng EPDM. Vật liệu này chịu tia cực tím và ozone rất tốt, giữ được đàn hồi nhiều năm dưới nắng mưa.

Cần nhớ một điều quan trọng: EPDM gần như không chịu dầu khoáng. Một chiếc gioăng EPDM lắp nhầm vào vị trí có dầu sẽ trương nở, mềm và mất kín rất nhanh. Đây là lỗi chọn vật liệu chúng tôi gặp khá thường xuyên khi khách hàng chỉ ghi yêu cầu "cao su chịu nhiệt" mà không ghi môi chất.

Silicone: dải nhiệt rộng và an toàn thực phẩm

Silicone giữ được tính đàn hồi trong dải nhiệt rất rộng, từ khoảng -60°C ở kho lạnh đến khoảng 230°C trong lò sấy. Vật liệu không mùi, trơ về mặt sinh học nên được dùng nhiều trong ngành thực phẩm, đồ uống, dược phẩm và thiết bị gia nhiệt: gioăng nồi hấp, đệm máy ép nhiệt, ron cửa lò, ống dẫn chất lỏng thực phẩm.

Đổi lại, Silicone có cường lực kéo đứt và khả năng chịu xé thấp hơn các vật liệu khác, không phù hợp với vị trí ma sát mạnh hoặc chịu áp suất cao có khe hở lớn. Với chi tiết động như phớt trục quay hay piston, Silicone thường không phải lựa chọn tối ưu.

Viton: khi hóa chất và nhiệt độ cùng khắc nghiệt

Viton (FKM) là vật liệu dành cho những vị trí mà các loại cao su khác không trụ được: tiếp xúc axit mạnh, nhiên liệu có chất thơm, dầu tổng hợp ở nhiệt độ cao, hoặc môi trường vừa nóng vừa có hóa chất. Trong ngành hóa chất, dầu khí và động cơ hiệu suất cao, O-ring và phớt Viton được dùng phổ biến nhờ tuổi thọ dài và độ ổn định cao.

Viton có giá thành cao hơn đáng kể, độ dẻo ở nhiệt độ thấp kém hơn và không phù hợp với hơi nước nóng áp suất cao, kiềm mạnh hay một số xeton. Vì vậy, không nên chọn Viton chỉ vì nghĩ "đắt thì bền hơn"; ở nhiều vị trí, EPDM hoặc NBR mới là lựa chọn đúng và kinh tế hơn.

Một số tình huống thường gặp

• Gioăng bơm dầu thủy lực, phớt xi lanh: ưu tiên NBR; nếu dầu nóng trên 100°C thường xuyên, cân nhắc Viton.
• Ron cửa tủ điện, ron kính ngoài trời: EPDM là lựa chọn bền và kinh tế.
• Gioăng nắp nồi hấp, máy chiết rót thực phẩm: Silicone hoặc EPDM dòng chuyên dụng cho thực phẩm.
• Gioăng van, bơm hóa chất axit: Viton, sau khi đối chiếu bảng tương thích với đúng loại hóa chất.
• Đường ống hơi nước, nước nóng: EPDM; tránh NBR và Viton ở hơi nước áp suất cao.

Chọn độ cứng phù hợp sau khi đã chọn vật liệu

Cùng một vật liệu, độ cứng khác nhau sẽ cho chi tiết có hành vi rất khác. Với gioăng làm kín tĩnh như ron mặt bích, độ cứng khoảng 60 đến 70 Shore A thường đủ mềm để điền đầy bề mặt nhám mà vẫn không bị ép phọt ra khe hở. O-ring trong hệ thống thủy lực phổ biến ở mức 70 Shore A; khi áp suất cao và khe hở lớn, người ta tăng lên 80 đến 90 Shore A hoặc dùng thêm vòng chống đùn. Ron cửa và ron kính cần mềm hơn, khoảng 40 đến 60 Shore A, để đóng mở nhẹ nhàng mà vẫn kín.

Độ cứng quá cao khiến lực ép cần thiết tăng lên, bu lông phải siết mạnh hơn và bề mặt làm kín dễ bị rò ở chỗ cong vênh. Độ cứng quá thấp thì chi tiết dễ bị đùn, rách mép khi áp suất dao động. Vì vậy, khi gửi yêu cầu, quý khách nên ghi kèm áp suất làm việc và tình trạng bề mặt lắp ghép để kỹ thuật viên đề xuất mức độ cứng hợp lý.

Khi nào nên nghĩ tới vật liệu khác?

Bốn vật liệu trên chưa phải là tất cả. Với chi tiết chịu mài mòn và va đập mạnh như bánh xe, con lăn, tấm sàng, PU thường bền hơn hẳn. Neoprene (CR) là phương án cân bằng khi cần chịu thời tiết và chịu dầu ở mức vừa phải, phù hợp đệm chống va, ống bọc và chi tiết ngoài trời có dính dầu nhẹ. Cao su thiên nhiên vẫn là lựa chọn tốt cho giảm chấn và tấm lót ở nhiệt độ thường nhờ đàn hồi cao và chịu xé tốt.

Kinh nghiệm khi đặt hàng

Màu sắc không phải căn cứ để nhận biết vật liệu: NBR và EPDM thường cùng màu đen, Silicone và Viton có thể được pha nhiều màu khác nhau. Vì vậy, khi thay thế chi tiết cũ, quý khách nên cung cấp thông tin về vị trí lắp đặt và môi chất thay vì chỉ gửi mẫu. Nếu có thể, hãy cho biết chi tiết cũ hỏng theo dạng nào; trương phồng, chai cứng hay nứt bề mặt đều là manh mối để chọn đúng vật liệu mới.

Đối với vị trí quan trọng hoặc môi chất lạ, nên làm mẫu và chạy thử trước khi đặt số lượng lớn. Vu Tri nhận gia công gioăng, ron, phớt và chi tiết cao su theo bản vẽ bằng cả bốn loại vật liệu trên. Quý khách cần tư vấn có thể liên hệ 0703 270 450 để trao đổi trực tiếp với bộ phận kỹ thuật.