Czym różni się guma przemysłowa od „zwykłej” gumy?
Guma przemysłowa to nie jeden materiał, ale szeroka grupa mieszanek elastomerowych projektowanych pod konkretne warunki pracy. W odróżnieniu od „zwykłej” gumy użytkowej (np. domowe uszczelki, proste dywaniki) mieszanki przemysłowe są dobierane tak, aby jednocześnie sprostać wymaganiom chemicznym (oleje, paliwa, smary), mechanicznym (ścieranie, rozrywanie, uderzenia) i środowiskowym (ozon, UV, temperatura).
W praktyce oznacza to, że jedna guma świetnie wytrzyma olej, ale szybko rozsypie się pod wpływem ozonu, a inna przetrwa lata na zewnątrz, lecz zostanie „zjedzona” przez olej hydrauliczny w kilka miesięcy. Sedno doboru polega na zrozumieniu kompromisów i dobraniu takiej mieszanki, która najlepiej zniesie konkretne warunki procesu.
Przy wyborze gumy przemysłowej do kontaktu z olejem, ścieraniem i ozonem kluczowe są trzy grupy parametrów:
odporność chemiczna na oleje, smary, paliwa, chemikalia pomocnicze,
odporność mechaniczna na ścieranie, rozdzieranie, uderzenia,
odporność środowiskowa na ozon, promieniowanie UV, warunki atmosferyczne.
Nie ma jednej uniwersalnej mieszanki, która będzie najlepsza we wszystkich trzech aspektach. Da się jednak zbudować profil wymagań i dobrać materiał, który w praktyce zapewni najdłuższą i najbezpieczniejszą pracę elementu: płyty, uszczelki, węża, rolki czy odbojnika.
Podstawowe rodzaje gum przemysłowych i ich charakterystyka
Najpopularniejsze elastomery stosowane w przemyśle
Na rynku funkcjonuje kilkanaście typów elastomerów. W kontekście oleju, ścierania i ozonu najczęściej rozważa się kilka podstawowych rodzajów:
NBR (kauczuk nitrylowy) – bardzo dobra odporność na oleje mineralne i paliwa, średnia odporność na ozon, średnia odporność na warunki atmosferyczne.
CR (neopren) – umiarkowana odporność na oleje, dobra odporność na ozon i starzenie atmosferyczne, dobra odporność na ścieranie.
EPDM – znakomita odporność na ozon, UV i warunki atmosferyczne, słaba odporność na oleje mineralne, dobra elastyczność w niskich temperaturach.
SBR – uniwersalny, tani elastomer o dobrej odporności na ścieranie, słaba odporność na oleje, przeciętna odporność na starzenie.
NR (kauczuk naturalny) – bardzo wysoka odporność na ścieranie i dynamiczne obciążenia, słaba odporność na oleje i ozon, dobra elastyczność.
FKM (Viton i podobne) – wybitna odporność na oleje, paliwa, wysoką temperaturę i ozon, wysoka cena, używany do wymagających aplikacji.
HNBR – uwodorniony NBR, łączy bardzo dobrą odporność na oleje z lepszą odpornością na ozon i wyższą temperaturę niż klasyczny NBR.
W obrębie jednego typu elastomeru (np. NBR) istnieje wiele odmian – różnią się twardością, zawartością wypełniaczy, typem sieciowania. To powoduje, że dwa wyroby opisane jako „guma NBR” mogą zachowywać się zupełnie inaczej przy tym samym medium i tej samej temperaturze.
Główne kompromisy przy doborze mieszanki
Elastomery są z natury „kompromisowe”. Zwykle:
im lepsza odporność na olej mineralny, tym gorsza odporność na niskie temperatury i często słabsza odporność na parę wodną i gorącą wodę (NBR, FKM),
im lepsza odporność na ozon i atmosferę, tym częściej gorsza na oleje mineralne (EPDM),
im lepsza odporność na ścieranie i uderzenia, tym częściej słabsza odporność na ozon i starzenie (NR, SBR).
W praktyce trzeba ustalić, które uszkodzenie jest najbardziej krytyczne: pękanie od ozonu, puchnięcie w oleju, zrywanie od ścierania czy może twardnienie w wysokiej temperaturze. Następnie, bazując na tym priorytecie, zawęża się listę możliwych elastomerów, a na końcu dobiera konkretną mieszankę (twardość, grubość, konstrukcję).
Guma ogólnego przeznaczenia a guma do zadań specjalnych
W wielu zastosowaniach wystarcza guma „ogólnego przeznaczenia”, np. SBR lub mieszanina NR/SBR. Sprawdza się w warunkach suchych, w temperaturze pokojowej, przy umiarkowanym ścieraniu i bez kontaktu z olejami. Takie mieszanki są najtańsze i łatwo dostępne jako płyty, maty, odbojniki.
Jeśli jednak pojawiają się oleje, smary, działanie ozonu lub wysokie obciążenia dynamiczne, guma ogólnego przeznaczenia zaczyna szybko tracić własności. Wówczas sięga się po mieszanki „specjalistyczne” – NBR do oleju, EPDM do ozonu, NR do silnego ścierania mechanicznego, HNBR lub FKM przy skrajnych wymaganiach. Taki wybór podnosi koszt jednostkowy, ale zwykle radykalnie zwiększa trwałość i bezpieczeństwo pracy instalacji.
Odporność na olej: jak dobrać mieszankę do mediów olejowych
Dlaczego oleje niszczą gumę przemysłową
Olej przenika do struktury gumy, rozpuszcza lub pęcznieje fazę polimerową i zaburza sieć wiązań krzyżowych. Skutkiem są:
pęcznienie materiału (zmiana wymiarów uszczelki, utrata tolerancji),
spadek twardości i wytrzymałości mechanicznej (guma staje się „plastelinowa”),
wyciekanie plastyfikatorów, co po wyschnięciu prowadzi do twardnienia i pękania,
zmiany w strukturze powierzchni: spękania, „bąble”, odspojenia od podłoża.
Intensywność tych zmian zależy od typu oleju (mineralny, syntetyczny, roślinny), jego lepkości, składu dodatków (EP, detergenty, inhibitory), temperatury pracy i czasu ekspozycji. W specyfikacjach elastomerów spotyka się tabele odporności, ale zawsze są one orientacyjne. Najpewniejszą metodą jest próba zanurzeniowa lub rzeczywista próba eksploatacyjna na małej partii detali.
Jakie typy elastomerów są odporne na oleje?
Pod kątem odporności na oleje przemysłowe, hydrauliczne i paliwa, elastomery można w uproszczeniu podzielić na trzy grupy:
Bardzo dobra odporność na oleje:
FKM – odporność na większość olejów mineralnych, syntetycznych, paliw, bardzo dobra stabilność wymiarowa i właściwości w wysokiej temperaturze,
HNBR – wysoka odporność na oleje mineralne i smary, dobra wytrzymałość mechaniczna, odporność na podwyższoną temperaturę,
NBR (kauczuk nitrylowy) – bardzo dobra odporność na oleje mineralne, paliwa, oleje hydrauliczne klasy H, HL, HLP.
Umiarkowana odporność na oleje:
CR (neopren) – nadaje się do lekkich olejów, mgły olejowej, sporadycznych zachlapań,
niektóre mieszanki poliuretanowe – dobra odporność na oleje, ale zależna od składu.
Słaba odporność na oleje mineralne:
EPDM – bardzo odporny na wodę i parę, ale w olejach mineralnych zachowuje się źle,
NR, SBR – silne pęcznienie i degradacja, szczególnie w wyższej temperaturze,
silikon (VMQ) – nie jest typową gumą „olejoodporną”; często pęcznieje w olejach.
Przy projektowaniu elementów pracujących stale w oleju (węże olejowe, uszczelki hydrauliczne, przyłącza do smarowania) zwykle rozważa się NBR, HNBR lub FKM. Neopren pojawia się przy mniej wymagających zadaniach: osłony, fartuchy, które są jedynie okresowo zraszane olejem.
Skuteczność gumy olejoodpornej mocno spada wraz z temperaturą. NBR, który świetnie pracuje w oleju przy 40–80°C, powyżej 100–110°C zaczyna szybko twardnieć, traci elastyczność i pęka. HNBR toleruje około 130–150°C, a FKM nawet 180°C i więcej (zależnie od mieszanki).
Przy długotrwałej pracy w gorącym oleju nie wystarczy informacja „guma olejoodporna”. Niezbędne jest sprawdzenie zakresu temperatury pracy danego elastomeru i konkretnej mieszanki oraz typu oleju. Inaczej zachowa się guma w klasycznym oleju hydraulicznym, inaczej w oleju przekładniowym z dodatkami EP, a inaczej w estrach syntetycznych. Często producent mieszanek gumowych podaje osobno odporność na różne typy olejów – te wartości trzeba realnie porównać z warunkami instalacji.
Twardość i grubość a praca w oleju
Guma w oleju zwykle nie powinna być zbyt miękka. Przy pęcznieniu materiału zbyt niska twardość (np. 40–50 ShA) powoduje nadmierne deformacje, wyciskanie z gniazd, utratę szczelności. Dlatego w uszczelnieniach olejowych standardem są twardości 60–80 ShA dla NBR / HNBR / FKM.
Grubość elementu ma znaczenie głównie dla szybkości penetracji oleju i zmiany wymiarów. Cienka uszczelka w kontakcie z olejem może w krótkim czasie zmienić grubość o kilka–kilkanaście procent, podczas gdy grubszy element puchnie wolniej. Przy precyzyjnych uszczelnieniach należy uwzględnić możliwą zmianę wymiaru po kontakcie z medium (dane laboratoryjne z prób pęcznienia) i dopasować luz montażowy.
Źródło: Pexels | Autor: Lucia Barreiros Silva
Odporność na ścieranie: dobór gumy do intensywnej eksploatacji mechanicznej
Mechanizmy zużycia ściernego gumy
Ścieranie gumy to nie tylko „ścieranie jak papierem ściernym”. W praktyce występuje kilka mechanizmów:
Ścieranie abrazyjne – materiał odpada stopniowo pod wpływem twardych cząstek (piasek, żwir, ziarna, odpady).
Ścieranie adhezyjne – powierzchnie sięgają do poziomu adhezji, powstają mikroprzyczepienia i oderwania fragmentów gumy.
Zmęczeniowe pękanie powierzchni – powtarzalne uderzenia powodują mikropęknięcia, które rozwijają się w większe uszkodzenia.
Rozdzieranie – szczeliny, krawędzie, zawady powodują miejscowe rozerwania, które rosną przy kolejnych cyklach.
Te mechanizmy często działają równocześnie. Dla użytkownika objaw jest jeden: guma się ściera, pojawiają się rowki, przetarcia, dziury, a z czasem – pęknięcia na całej grubości.
Które mieszanki gumowe mają najlepszą odporność na ścieranie?
Pod względem odporności na ścieranie i dynamiczne obciążenia najlepiej wypadają:
NR (kauczuk naturalny) – bardzo wysoka odporność na ścieranie i rozdzieranie, szczególnie w temperaturze otoczenia, idealny do kruszarek, zsypów, przesypów.
NR/SBR – mieszanki z dodatkiem SBR zmniejszają koszty i poprawiają niektóre własności technologiczne, przy wciąż dobrej odporności na ścieranie.
PU (poliuretan) – nie jest klasyczną gumą, ale bardzo często zastępuje ją w aplikacjach silnie ściernych; ma bardzo wysoką odporność na abrazyjne zużycie.
niektóre odmiany NBR – w wersjach modyfikowanych pod kątem ścierania, stosowane tam, gdzie oprócz oleju występuje mocne ścieranie (listwy zgarniające w olejach).
Elastomery przeznaczone głównie do odporności chemicznej (np. FKM) zwykle nie mają tak wysokiej odporności na ścieranie jak NR czy PU, choć często nadal są akceptowalne w łagodniejszych warunkach mechanicznych.
Twardość gumy a ścieranie
Popularny mit mówi, że im twardsza guma, tym mniej się ściera. Prawda jest bardziej złożona. Twardość (ShA) wpływa na:
odporność na rozdzieranie – zbyt miękkie mieszanki łatwiej się rozrywają na krawędziach,
tarcie – twardsza guma często generuje wyższy współczynnik tarcia na sztywnych podłożach.
W aplikacjach mocno abrazyjnych, z dużą ilością luźnych cząstek (piasek, żwir, ruda), świetnie sprawdza się NR o średniej twardości 50–65 ShA. Zbyt twarde mieszanki mogą szybciej pękać i odspajać się od podłoża, podczas gdy optymalnie miękkie rozpraszają energię uderzeń.
Grubość, geometria i podparcie elementów pracujących na ścieranie
Przy elementach narażonych na intensywne zużycie mechaniczne, sama „dobra mieszanka” nie wystarczy. Istotne są także grubość okładziny, sposób jej podparcia i geometria detalu. Źle zaprojektowany kształt potrafi skrócić żywotność nawet najlepszej gumy o kilkaset procent.
Grubość okładziny – zbyt cienka warstwa (np. 3–4 mm w zsypie z rudą) szybko się przepala na wylot, a lokalne przetarcie powoduje dalsze rozrywanie przy kolejnych uderzeniach. Z kolei przesadnie grube okładziny (np. 30–40 mm tam, gdzie pracuje drobny piasek) nie zawsze wydłużają życie proporcjonalnie do kosztu – część materiału nigdy nie zostanie „zużyta” przed modernizacją instalacji.
Podparcie blachą – guma mocno obciążona abrazyjnie powinna mieć stabilne podparcie stalowe lub żeliwne. Pustki pod wykładziną, wybrzuszenia czy prześwity powodują lokalne ugięcia, a to prowadzi do rozdzierania warstwy w miejscach mocowania.
Unikanie ostrych krawędzi – wewnętrzne naroża o małych promieniach to typowe miejsca inicjacji pęknięć. Zastosowanie faz, zaokrągleń lub wstawek stalowych ogranicza koncentrację naprężeń.
W praktyce często stosuje się panele gumowe lub gumowo–stalowe, zamiast ciągłej wykładziny klejonej na miejscu. Łatwiej je wymieniać i kontrolować zużycie, a modułowa budowa umożliwia różne grubości i twardości w poszczególnych strefach zsypu czy rynny.
Ścieranie w połączeniu z olejem lub wodą
Guma w realnej instalacji rzadko pracuje „na sucho”. W kruszarkach, młynach czy przenośnikach zraszanych wodą pojawia się jednocześnie ścieranie i działanie cieczy – smarującej lub wypłukującej. Dobór mieszanki wymaga wtedy kompromisu.
Ścieranie + olej – w przekładniach otwartych, zgarniając olej z kół zębatych, stosuje się NBR lub zmodyfikowane NR/NBR. NR ma najlepszą odporność na ścieranie, ale słabą na olej; NBR odwrotnie. Mieszanki hybrydowe lub „olejoodporne abrazyjne” stanowią pośrednie rozwiązanie.
Ścieranie + woda / szlam – w hydrotransportach rud, piasku czy popiołów krytyczna jest odporność na abrazyjne działanie cząstek stałych w zawiesinie wodnej. Najczęściej stosuje się NR o podwyższonej odporności na rozdzieranie lub poliuretany, a przy wyższej temperaturze – specjalne EPM/EPDM do kontaktu z wodą i parą, ale tylko tam, gdzie udział cząstek stałych jest umiarkowany.
W instalacjach, gdzie czynnik ścierny jest bardzo agresywny, rozwiązaniem bywa kompozyt gumowo–ceramiczny – guma pełni rolę elastycznego podłoża i tłumika uderzeń, a wkładki ceramiczne przyjmują właściwe ścieranie. Sama ceramika bez elastycznego „podkładu” często pęka przy udarach.
Odporność na ozon i starzenie atmosferyczne
Jak ozon i UV uszkadzają gumę
Ozon obecny w powietrzu (szczególnie w pobliżu urządzeń wysokiego napięcia, lamp UV, spawarek) reaguje z wiązaniami podwójnymi w łańcuchu polimerowym wielu kauczuków. Prowadzi to do sczepiania i pękania łańcuchów, co makroskopowo objawia się jako:
podłużne, charakterystyczne pęknięcia ozonowe na powierzchni rozciągniętej gumy,
matowienie, kredowanie i utrata barwy,
twardnienie materiału, spadek wydłużenia przy zerwaniu.
Promieniowanie UV przyspiesza te procesy, dodatkowo degradując powierzchnię. Węże, uszczelki drzwiowe i fartuchy pracujące na wolnym powietrzu, szczególnie w ruchu i pod stałym odkształceniem, są więc znacznie bardziej narażone niż np. gumowe wykładziny wewnątrz maszyn.
Elastomery odporne i wrażliwe na ozon
Pod względem odporności na ozon i warunki atmosferyczne elastomery przemysłowe można w dużym uproszczeniu podzielić tak:
Bardzo dobra odporność na ozon i warunki atmosferyczne:
EPDM – standard przy uszczelnieniach zewnętrznych, dachach, fasadach, wężach chłodniczych; dobrze znosi UV, ozon, wodę i parę.
VMQ (silikon) – świetna odporność na UV, ozon i temperaturę, choć mechanicznie słabszy i droższy.
FKM – bardzo dobra odporność na starzenie, ozon i temperaturę, stosowany tam, gdzie dodatkowo występują oleje i chemikalia.
Ograniczona odporność na ozon:
CR (neopren) – lepszy niż NR/SBR, ale wyraźnie słabszy od EPDM; przy umiarkowanym nasłonecznieniu sprawdza się w osłonach i fartuchach.
NBR – typowo przeznaczony do olejów; odporność na ozon można poprawić dodatkami (antiozonanty), jednak do pracy stale na zewnątrz zwykle się go nie wybiera.
Bardzo wrażliwe na ozon:
NR, SBR – bez specjalnych dodatków szybko pękają pod wpływem ozonu, szczególnie przy rozciągnięciu; typowe spękania na oponach, starych wężach.
Jeżeli element gumowy ma pracować na zewnątrz, bez osłony i w strefie możliwego podwyższonego stężenia ozonu (np. rozdzielnie wysokiego napięcia), punktem wyjścia powinna być mieszanka EPDM albo FKM, jeśli dodatkowo obecny jest olej lub agresywne chemikalia.
Znaczenie odkształcenia i naprężeń własnych
Pęknięcia ozonowe pojawiają się głównie tam, gdzie guma jest ciągle rozciągnięta lub zagięta. Ten sam materiał przechowywany luzem na półce może wyglądać dobrze, a po zamontowaniu w roli naprężonej uszczelki – po kilku miesiącach ujawnia sieć pęknięć.
Projektując elementy narażone na ozon, zwraca się uwagę na:
stałe rozciągnięcie montażowe – ograniczenie do możliwie niskich wartości zmniejsza ryzyko pęknięć,
unikanie ostrych załamań – w wężach, manszetach i harmonijkach projektuje się możliwie duże promienie gięcia,
rozmieszczenie stref pracy – tak, aby najbardziej rozciągnięte fragmenty nie pracowały na otwartej przestrzeni lub były osłonięte.
Jeżeli konstrukcja z natury rzeczy pracuje w ciągłym zgięciu (np. osłony przegubów, mieszki), zwykle rezygnuje się z NR/SBR, nawet gdy kuszą niską ceną i dobrą elastycznością na starcie.
Dodatki ochronne, powłoki i praktyka magazynowania
Producenci mieszanek stosują antyoksydanty i antozonanty, które spowalniają proces pękania ozonowego. Substancje te migrują do powierzchni wyrobu i tworzą cienką warstwę ochronną. Dlatego świeżo wykonane detale bywają lekko tłuste lub mają delikatny nalot – nie należy go agresywnie zmywać przed montażem, chyba że wymaga tego technologia klejenia.
Jeśli projekt wymusza użycie elastomeru wrażliwego na ozon (np. NR ze względu na ścieranie), pomocne bywają dodatkowe powłoki ochronne:
farby i lakiery elastyczne na bazie poliuretanów lub epoksydów,
cienkie okładziny EPDM lub CR nałożone na warstwę konstrukcyjną z NR,
osłony mechaniczne: kołnierze, fartuchy, osłony blaszane, które ograniczają dopływ powietrza i światła UV.
Żywotność gumy mocno zależy także od sposobu przechowywania. W magazynie warto unikać ekspozycji na światło słoneczne, urządzenia emitujące ozon (lampy UV, urządzenia wysokiego napięcia), skrajne temperatury oraz rozpuszczalniki. Z pozoru drobne zaniedbania, jak długotrwałe składowanie uszczelek naciągniętych na zbyt małe rurki, skutkują pęknięciami jeszcze przed pierwszym uruchomieniem instalacji.
Łączenie wymagań: olej, ścieranie i ozon jednocześnie
Strategie doboru mieszanki przy sprzecznych wymaganiach
Rzadko kiedy instalacja obciąża gumę tylko jednym czynnikiem. Częściej pojawia się kombinacja oleju, ścierania, ozonu, podwyższonej temperatury i chemii. Wtedy nie ma „idealnej” mieszanki – trzeba znaleźć optymalny kompromis, biorąc pod uwagę krytyczne kryterium awarii.
Praktycznie wygląda to tak:
Ustalenie czynnika „zabójczego” – czy wcześniej zniszczy gumę olej (pęcznienie, rozpuszczanie), ścieranie (przetarcia na wylot), czy ozon (pęknięcia i nieszczelność)? Od niego zaczyna się dobór głównego typu elastomeru.
Dobór mieszanki „bazowej” – np. NBR jako baza przy silnym oleju, EPDM przy mocnym ozonie i wodzie, NR przy skrajnie agresywnym ścieraniu na sucho.
Modyfikacje dodatkowe – domieszki poprawiające odporność na ścieranie, olej lub starzenie; dobór twardości, grubości, geometrii.
Jeśli np. w prasie filtracyjnej guma kontaktuje się z szlamem mineralnym (ścieranie), wodą z dodatkami chemicznymi oraz okazjonalnie olejem hydraulicznym, często wybiera się NBR o podwyższonej odporności na ścieranie zamiast NR. Traci się część odporności abrazyjnej, lecz zyskuje odporność chemiczną i olejową – całościowo żywotność układu rośnie.
Przykładowe kombinacje i typowe rozwiązania
Kilka schematów, które często pojawiają się w praktyce:
Olej + ścieranie, małe znaczenie ozonu
Przykład: listwy zgarniające w przekładniach otwartych, skrobaki na taśmach w strefie nasmarowanej.
baza: NBR lub specjalny NBR/NR,
twardość: 65–80 ShA, w zależności od nacisków,
dodatki poprawiające odporność na rozdzieranie i ścieranie, z zachowaniem dobrej pracy w oleju.
Ozon + ścieranie, śladowy olej
Przykład: fartuchy i osłony zewnętrzne przenośników, pracujące na wolnym powietrzu, tylko sporadycznie zabrudzone olejem.
baza: EPDM o podwyższonej odporności na ścieranie lub CR,
podparcie: pełne, aby zredukować rozdzieranie na krawędziach,
jeśli uszkodzenia abrazyjne dominują – stosowany bywa NR z powłoką EPDM/CR chroniącą powierzchnię przed ozonem.
Olej + ozon, słabe ścieranie
Przykład: uszczelki drzwiczek w szafach sterowniczych nasmarowanych olejem silikonowym, zlokalizowanych w pobliżu rozdzielni.
baza: FKM lub – przy niższych wymaganiach olejowych – EPDM, jeśli medium to głównie oleje syntetyczne nieagresywne dla EPDM,
nacisk na stabilność wymiarową i odporność na pęknięcia ozonowe.
Warunki pracy i margines bezpieczeństwa
Dobór mieszanki tylko „pod tabelę odporności” prowadzi często do rozczarowań. Istotne są realne warunki na stanowisku:
Skoki temperatury – częste nagrzewanie i chłodzenie przyspiesza starzenie oraz pękanie zmęczeniowe powierzchni.
Rzeczywiste stężenia mediów – np. olej z wodą i detergentem działa inaczej niż czysty olej mineralny; ozon w hali łukoszczelnej jest groźniejszy niż w zwykłym magazynie.
Prędkości względne – im większa prędkość ślizgu lub obrotu, tym większe tarcie, nagrzewanie miejscowe i zmęczenie powierzchni.
Dlatego przy nowych lub nietypowych aplikacjach, szczególnie gdy połączenie czynników jest złożone, rozsądnym podejściem jest próba na małej serii lub test zanurzeniowo–mechaniczny (olej + cykle ścierne, cykle zginania, ekspozycja na UV/ozon). Koszt takiego testu jest zwykle nieporównywalnie mniejszy niż przestój linii produkcyjnej z powodu przedwczesnego zużycia gumy.
Dobór twardości i konstrukcji pod kątem ścierania
Nawet najlepsza mieszanka „na papierze” nie obroni się, jeśli grubość, twardość i geometria są dobrane przypadkowo. Ścieranie zależy nie tylko od typu gumy, ale także od rozłożenia nacisków i sposobu pracy elementu.
Twardość a ścieranie
Zbyt miękka guma (np. 40–50 ShA) szybko się „skubie” i wyrywa przy kontakcie z ostrym ziarnem, ale dobrze dopasowuje się do nierówności i uszczelnia. Zbyt twarda (80–90 ShA) mniej się odkształca, co zmniejsza kontakt z medium, lecz sprzyja mikropęknięciom i wykruszaniu krawędzi przy uderzeniach. W praktyce:
uszczelki i fartuchy zgarniające: zwykle 60–75 ShA,
okładziny bębnów, rolki dociskowe: 65–85 ShA, zależnie od nacisków i rodzaju okładanej powierzchni,
węże szlamowe: 60–70 ShA w warstwie wewnętrznej, często nieco twardsza warstwa zewnętrzna odporna na ozon i uszkodzenia mechaniczne.
Grubość i podparcie
Cienki, niepodparty pas gumy pracujący w ścinaniu (np. wargowy fartuch na taśmie) zużyje się znacznie szybciej niż element oparty o stalowe lub tekstylne podłoże. Stosuje się:
wyłożenia gumowo-metalowe – NR lub NBR jako warstwa robocza, przyklejona do blachy,
wstawki tekstylne – wzmacniające szczególnie długie fartuchy i płyty narażone na rozciąganie,
segmentową konstrukcję – zamiast jednego dużego arkusza, wymienne nakładki na odcinkach, które zużywają się najszybciej.
Geometria strefy ścierania
Ostre krawędzie, wąskie mostki materiału i lokalne przewężenia działają jak inicjatory pęknięć. Warto zaokrąglać naroża, unikać cienkich „piórek” gumowych bez podparcia oraz projektować tak, by siły ścierne nie działały punktowo, ale na możliwie dużej powierzchni.
Typowa modyfikacja w zakładach kruszyw: zamiast jednej szerokiej wargi fartucha o grubości 3 mm wprowadza się system dwóch warg 6–8 mm, podpartych od góry profilem stalowym. Ta zmiana, bez ruszania samej mieszanki, potrafi podwoić czas pracy elementu.
Wpływ temperatury na odporność chemiczną i mechaniczną
Wysoka temperatura sama w sobie nie zawsze niszczy gumę natychmiast. Problem pojawia się z powodu przyspieszenia wszystkich procesów degradacyjnych oraz zmian twardości.
Starzenie termiczne
Pod wpływem ciepła sieciowanie postępuje dalej („dowiązywanie” mostków siarkowych), co zwiększa twardość i kruchość. W NBR i NR widoczne jest to jako utrata elastyczności, w EPDM i FKM – raczej powolne sztywnienie elementu.
Wpływ temperatury na pęcznienie w oleju
Podwyższona temperatura przyspiesza dyfuzję oleju do wnętrza gumy. Mieszanka, która w 20°C pęcznieje o 5%, w 80°C może zwiększyć objętość o kilkanaście procent. W efekcie:
rośnie podatność na rozrywanie i wyrywanie cząstek (ścieranie w obecności oleju),
uszczelki zaczynają „pełzać” i wyciskać się z rowków przy podwyższonym ciśnieniu.
Kompromis odporność termiczna / ścieranie
W aplikacjach gorących (np. przenośniki pod kotłami, układy odpylania gorących gazów) unika się typowego NR, bo nawet jeśli wytrzyma ścieranie, szybko zestarzeje się termicznie. Zamiast niego stosuje się:
EPDM o dobrej stabilności cieplnej tam, gdzie olej nie występuje,
wysokotemperaturowe NBR (HT NBR) lub FKM tam, gdzie obecny jest olej i wysoka temperatura.
Jeżeli proces zakłada wzrost temperatury tylko okresowo (np. płukanie gorącą wodą lub parą), zwykle projektuje się mieszankę pod warunki nominalne, ale z marginesem bezpieczeństwa względem maksymalnych temperatur szczytowych.
Są obszary, w których awaria elementu gumowego nie oznacza tylko przecieku oleju, ale realne zagrożenie dla ludzi lub jakości produktu. W takich miejscach poziom ostrożności przy doborze mieszanki rośnie, a kompromisy na korzyść ceny schodzą na dalszy plan.
Instalacje z czynnikami łatwopalnymi
W wężach i uszczelnieniach mających kontakt z paliwem, olejem hydraulicznym lub rozpuszczalnikami mieszanina „tania, ale na granicy odporności” jest ryzykowna. Zwykle wybiera się:
specjalne NBR lub FKM z dopuszczeniami do danej grupy paliw,
mieszanki o mniejszej tendencji do pęcznienia, nawet jeśli kosztem jest mniejsza odporność na ścieranie.
W tle pozostaje jeszcze klasa palności i wydzielanie dymów, regulowane odrębnymi normami.
Przemysł spożywczy i farmacja
Tu mieszanka musi łączyć odporność na oleje (tłuszcze zwierzęce/roślinne), środki myjące, ozon (często dezynfekcja w atmosferze utleniającej) oraz spełniać wymagania czystości. Często stosuje się:
EPDM o jakości spożywczej – dobra odporność na parę, środki CIP, ozon,
FKM i specjalne NBR z atestami, gdy pojawiają się tłuszcze lub rozpuszczalniki.
W takich warunkach właściwości abrazyjne są zwykle mniej krytyczne – priorytetem staje się brak migracji składników do produktu.
Elementy trudno dostępne serwisowo
Jeżeli wymiana uszczelki wymaga rozbiórki części linii lub postoju pieca, dobór mieszanki przesuwa się w stronę maksymalnej trwałości, nawet kosztem ceny i złożoności obróbki. Nierzadko stosuje się:
kompozyty: warstwa robocza o wysokiej odporności na olej/ścieranie + zewnętrzna warstwa EPDM/CR odporna na ozon,
mieszanki o podwyższonym stopniu usieciowania i wysokiej odporności na starzenie, mimo większej twardości.
Źródło: Pexels | Autor: Ellie Burgin
Współpraca z dostawcą i weryfikacja mieszanek
Jak rozmawiać z wytwórcą gumy
Samo hasło „NBR na olej, twardość 70 ShA” nie wystarczy, aby otrzymać mieszankę, która faktycznie zadziała w konkretnej aplikacji. Producent gumy potrzebuje możliwie precyzyjnych informacji, ale podanych praktycznym językiem.
W specyfikacji technicznej dobrze uwzględnić:
Rodzaj medium – typ oleju (mineralny, syntetyczny, estrowy, roślinny), obecność dodatków (detergenty, inhibitory korozji, dodatki EP), stężenie i temperatura pracy.
Charakter obciążenia mechanicznego – ślizg, toczenie, uderzenia, praca pulsująca; orientacyjna prędkość i naciski.
Ekspozycja na środowisko – praca w hali, na zewnątrz, w pobliżu źródeł ozonu, w strefach narażonych na UV.
Wymagania dodatkowe – kontakt z żywnością, niepalność, antystatyczność, kolor, dopuszczalne odkształcenia trwałe.
Im precyzyjniej opisany problem (np. „pękanie wzdłużne po 3–4 miesiącach w strefie największego zgięcia przy temp. ok. 60°C i obecności mgły olejowej”), tym większa szansa, że technolog zaproponuje sensowną modyfikację mieszanki lub geometrii.
Badania laboratoryjne i proste testy zakładowe
Przy bardziej wymagających aplikacjach, zamiast wprowadzać nową mieszankę „w ciemno”, dobrze jest zorganizować choćby podstawowe próby:
Test zanurzeniowy w oleju
Określa zmianę twardości, masy i objętości po zadanym czasie i temperaturze. Już krótkotrwały test potrafi ujawnić, czy guma pęcznieje nieakceptowalnie i traci wytrzymałość.
Test ścierania
W laboratorium wykonuje się go wg norm (np. metoda DIN), ale w praktyce zakładowej przydatne są proste próby porównawcze – dwa rodzaje gumy pracujące równolegle na tym samym stanowisku, oceniane wizualnie po określonym czasie.
Ekspozycja na ozon/UV
Profesjonalne komory ozonowe dają powtarzalne wyniki, lecz nawet czasowe wystawienie próbek na warunki najbardziej zbliżone do rzeczywistych (np. w pobliżu rozdzielni, przy lampach UV) pozwala wcześnie wychwycić pękanie powierzchni.
Połączenie prostych testów zakładowych z danymi katalogowymi i doświadczeniem technologów daje znacznie lepsze efekty niż poleganie wyłącznie na tabelach odporności.
Najczęstsze błędy przy doborze gumy przemysłowej
W praktyce utrwalają się pewne „skrótowe” podejścia, które potem kończą się nieplanowanym serwisem. Kilka z nich powtarza się wyjątkowo często:
Dobór „po nazwie” – założenie, że każda guma „olejoodporna” czy „odporna na ścieranie” sprawdzi się w każdych warunkach. Odporność na olej hydrauliczny a olej przekładniowy czy roślinny to zupełnie różne historie.
Ignorowanie ozonu przy elementach statycznych – manszety, mieszki, węże pozostające długo w jednym położeniu przy niewielkim rozciągnięciu bardzo łatwo łapią pęknięcia ozonowe, nawet gdy „nic się nie rusza”.
Przesadna twardość jako „lek na wszystko” – zwiększenie twardości by ograniczyć ścieranie bywa skuteczne tylko chwilowo. Zbyt twardy element szybciej inicjuje pęknięcia i przenosi większe obciążenia na elementy metalowe.
Brak kontroli nad podrobami – zamiana mieszanki na „tani zamiennik” bez weryfikacji parametrów (rodzaj kauczuku bazowego, twardość, odporność na olej) zazwyczaj ogranicza koszty zakupu, ale skraca żywotność, co w bilansie całkowitym wychodzi dużo drożej.
Przykłady modernizacji istniejących rozwiązań
Wymiana NR na NBR/EPDM w strefie oleju i ozonu
W wielu starszych instalacjach stosowano standardowy NR (czasem NR/SBR) jako materiał „do wszystkiego”: fartuchy, uszczelnienia, amortyzatory. Po latach, w miarę wzrostu obciążeń i pojawiania się lekko innych olejów czy detergentów, zaczynają się problemy ze spękaniami i pęcznieniem.
Typowy scenariusz modernizacji obejmuje:
identyfikację stref trwałego kontaktu z olejem (przecieki, mgła olejowa, rozbryzg),
wymianę NR na NBR w elementach zanurzonych lub intensywnie smarowanych,
wymianę NR na EPDM w elementach zewnętrznych, narażonych na ozon i wodę, ale bez oleju,
w newralgicznych miejscach – zastosowanie kompozytów (np. NBR roboczy + powłoka EPDM/CR).
Zmiana często nie wymaga żadnej przebudowy konstrukcji poza korektą wymiarów (inne odkształcenie pod montaż i inna twardość), a efekty w postaci dłuższych intervłów serwisowych bywają wyraźne już po pierwszym sezonie pracy.
Optymalizacja mieszanek w przenośnikach materiałów abrazyjnych
W zakładach przeróbki kruszyw, cementowniach czy kopalniach zmiana taśmy lub fartuchów to koszt nie tylko samych części, ale przede wszystkim przestoju. Tam, gdzie do gry wchodzą jednocześnie: olej smarowy z przekładni, silne ścieranie suchego urobku i ekspozycja na warunki atmosferyczne, stosuje się kilka sprawdzonych trików:
Różne mieszanki po dwóch stronach taśmy – strona „robocza” wzmocniona pod kątem ścierania (NR lub specjalny NBR/NR), strona „nośna” z mieszanki o lepszej odporności na ozon (EPDM, CR).
Modułowe fartuchy zgarniające – segmenty z NBR wysokiej odporności olejowej w strefie przy przekładni i EPDM/CR tam, gdzie głównym ryzykiem jest ozon i warunki atmosferyczne.
Dodatkowe powłoki natryskowe – poliuretan lub gumy natryskowe o wysokiej odporności na ścieranie jako warstwa odnawialna, nakładana na istniejące okładziny gumowe.
Najważniejsze lekcje
Guma przemysłowa to szeroka grupa wyspecjalizowanych mieszanek elastomerowych, które dobiera się do konkretnych warunków pracy chemicznych, mechanicznych i środowiskowych, a nie jeden uniwersalny materiał.
Nie istnieje jedna mieszanka idealna jednocześnie do oleju, ścierania i ozonu – dobór zawsze opiera się na świadomym kompromisie i ustaleniu, które uszkodzenie (np. pękanie od ozonu, pęcznienie w oleju, ścieranie) jest najbardziej krytyczne.
Poszczególne elastomery mają wyraźnie różne profile odporności: NBR i HNBR są ukierunkowane na oleje, EPDM na ozon i warunki atmosferyczne, NR i SBR na silne ścieranie, a FKM na ekstremalne warunki olejowo–temperaturowe.
Nawet w obrębie jednego typu gumy (np. NBR) mieszanki mogą się radykalnie różnić zachowaniem, bo wpływa na nie twardość, rodzaj i ilość wypełniaczy oraz sposób sieciowania – sama nazwa elastomeru nie gwarantuje identycznych własności.
Gumy „ogólnego przeznaczenia” (SBR, NR/SBR) są wystarczające w warunkach suchych, bez oleju i przy umiarkowanym obciążeniu, ale szybko zawodzą przy kontakcie z olejami, ozonem lub wysoką dynamiką pracy.
Sięgnięcie po mieszanki „specjalistyczne” (NBR, EPDM, NR, HNBR, FKM) podnosi koszt materiału, ale zwykle zdecydowanie wydłuża trwałość elementu i poprawia bezpieczeństwo pracy instalacji.
