Guía de compatibilidad: sellos de aceite NBR personalizados con aceites y fluidos

Diseño y especifico soluciones de sellado personalizadas cada semana, y una pregunta recurrente es si un sello de aceite personalizado de NBR (caucho de nitrilo butadieno) resistirá un aceite o fluido específico en una aplicación específica. Esta guía ofrece una visión general práctica y basada en la experiencia sobre la compatibilidad del NBR con aceites hidráulicos, lubricantes, combustibles y fluidos de proceso comunes, explica los criterios de selección y los métodos de prueba clave, y ofrece una guía práctica para especificar sellos de aceite de NBR personalizados para una fiabilidad a largo plazo. Se incluyen referencias a normas y recursos químicos para respaldar cada recomendación.

Cómo funciona el NBR y por qué es importante la compatibilidad de los materiales

¿Qué es el NBR y su base química?

El NBR (caucho de nitrilo butadieno) es un copolímero de acrilonitrilo y butadieno; sus grupos nitrilo polares le confieren una buena resistencia a los fluidos derivados del petróleo. Para obtener una descripción general de la química del polímero y sus propiedades generales, consulte la entrada sobre caucho de nitrilo en Wikipedia (https://en.wikipedia.org/wiki/Nitrile_rubber).

Por qué la compatibilidad es una función tanto de la química del aceite como de la formulación del sello

La compatibilidad no se limita a la combinación de caucho y fluido. Depende del contenido de acrilonitrilo (ACN%), la densidad de reticulación, los paquetes de plastificantes o rellenos y los aditivos del aceite (detergentes, ésteres, agua). Por ejemplo, un mayor porcentaje de ACN aumenta la resistencia al combustible, pero reduce la flexibilidad a bajas temperaturas. Cuando solicito piezas personalizadas de sellos de aceite NBR, siempre solicito la formulación específica del fluido y el perfil de temperatura de operación, no solo el nombre del fluido.

Parámetros clave de rendimiento a comprobar

• Hinchamiento estático y dinámico (cambio de volumen) en el fluido
• Resistencia a la tracción y retención de elongación después de la exposición.
• Cambio de dureza (shore A) y deformación por compresión
• Rango de temperatura y resistencia al envejecimiento térmico

Compatibilidad: NBR con aceites y fluidos comunes

Aceites hidráulicos (minerales, grados ISO VG)

El NBR generalmente muestra una excelente resistencia a los aceites hidráulicos minerales y a los aditivos antidesgaste habituales. Para sistemas hidráulicos industriales que operan entre -30 °C y +100 °C, el NBR (ACN 33-45 %) es una opción convencional y rentable. En presencia de ésteres de fosfato o altos niveles de ésteres sintéticos, es necesario comprobar la compatibilidad mediante pruebas, ya que la composición química de los ésteres puede plastificar algunos NBR.

Aceites de motor y aceites para engranajes

El NBR se usa ampliamente con aceites para motores y engranajes a base de petróleo. Los aceites de motor modernos con detergentes y dispersantes suelen ser compatibles, pero los entornos oxidativos severos y la exposición del cárter a altas temperaturas pueden acelerar el envejecimiento del NBR. Para uso continuo a altas temperaturas superiores a 120 °C, considere el uso de FKM si la compatibilidad química lo permite. El Manual de Juntas Tóricas de Parker ofrece orientación sobre temperatura y compatibilidad, útil para la selección inicial.Manual de juntas tóricas de Parker).

Combustibles (gasolina, diésel, biodiésel)

Los hidrocarburos tradicionales, como el diésel y la gasolina de bajo contenido aromático, son aceptables para muchas formulaciones de NBR, pero los combustibles y biocombustibles modernos (p. ej., B20, mezclas de etanol) son más agresivos. El etanol presente en la gasolina tiende a causar una importante hinchazón y pérdida de propiedades mecánicas en el NBR. Para sistemas de combustible con presencia de etanol o biodiésel, recomiendo probar los compuestos de NBR candidatos con la mezcla de combustible exacta o cambiar a un elastómero resistente al combustible como el FKM o mezclas específicas de FKM para combustibles.

Grasas, aceites de silicona y fluidos sintéticos

La compatibilidad con las grasas depende del aceite base de la grasa y del espesante/aditivos. Los aceites de silicona y las siliconas generalmente son incompatibles con el NBR debido a su hinchamiento; pueden requerirse polímeros como el HNBR o el FKM. Los polialquilenglicoles y algunos ésteres sintéticos pueden ser aceptables, pero deben validarse mediante inmersión y pruebas mecánicas.

Estrategia práctica de selección y prueba

Paso 1: Recopilar la química del fluido y el perfil operativo

Obtenga siempre la MSDS/PDS exacta del fluido, así como las temperaturas, presiones y velocidades dinámicas de funcionamiento. Considero que la especificación del fluido es el dato más importante al especificar un NBR de sello de aceite personalizado, ya que pequeñas diferencias en los aditivos pueden afectar la compatibilidad.

Paso 2: Elija los grados de NBR candidatos y los márgenes de diseño

Seleccione los grados de NBR según el contenido de ACN y la dureza adecuada para la aplicación. Para sellos de aceite dinámicos, suelo especificar 70 ± 5 Shore A para ejes rotativos de presión moderada; puede requerirse una dureza menor para sellos estáticos de baja presión. Si no está seguro de la compatibilidad con el fluido, solicite muestras en varias formulaciones de NBR (NBR estándar, NBR de baja temperatura, HNBR) e incluya un plan para pruebas aceleradas.

Paso 3: Realizar pruebas de laboratorio y de banco

Las pruebas de inmersión en laboratorio (ASTM D471) para medir la expansión de volumen y los cambios en las propiedades físicas son la base. Complemente las pruebas de inmersión con envejecimiento dinámico en banco bajo presiones y velocidades realistas. Normas como la ISO 3601 proporcionan orientación geométrica y dimensional para juntas tóricas y sellos; revise la ISO 3601 para conocer las tolerancias relacionadas con el diseño.ISO 3601).

Modos de falla, diagnóstico y mitigación

Modos de fallo comunes con NBR

Observo con frecuencia lo siguiente: hinchamiento excesivo que provoca extrusión y pérdida de holgura de sellado; endurecimiento y agrietamiento por envejecimiento oxidativo; degradación térmica a temperaturas elevadas; y ataque químico por fluidos incompatibles (p. ej., etanol). Comprender la causa raíz ayuda a determinar si es necesario cambiar el compuesto, la geometría del labio o ajustar el acabado superficial.

Cómo hacer un diagnóstico en piezas devueltas

Al devolver un sello tras una falla, recomiendo realizar las siguientes pruebas: mediciones dimensionales, dureza Shore, pruebas de tracción/elongación y espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) para detectar cambios químicos en el caucho. La documentación fotográfica de las superficies de contacto y las condiciones de instalación suele revelar daños mecánicos o extrusión.

Estrategias de mitigación

Las posibles mitigaciones incluyen: cambiar a un NBR o HNBR con mayor contenido de ACN para mejorar la resistencia térmica y química; cambiar a FKM para temperaturas extremas y condiciones químicas extremas; añadir anillos de respaldo para evitar la extrusión; o rediseñar el acabado y las tolerancias del eje/superficie para reducir la tensión en el labio. Siempre que sea posible, eliminar los aditivos incompatibles para fluidos o seleccionar lubricantes alternativos ofrece el resultado más fiable.

Tabla comparativa de compatibilidad (NBR vs. elastómeros comunes)

Referencias de fuentes utilizadas para propiedades generales: Manual de juntas tóricas de Parker (Parker) y enciclopedias de materiales como la entrada de Wikipedia sobre caucho de nitrilo (Wikipedia).

Cuándo elegir un sello de aceite NBR personalizado: mi regla general

Buenas razones para especificar NBR personalizado

• La aplicación utiliza aceites a base de petróleo y fluidos hidráulicos sin ésteres ni alcoholes agresivos.
• Las temperaturas de funcionamiento se mantienen por debajo de ~120 °C e incluyen entornos de baja temperatura donde el NBR mantiene la flexibilidad.
• Aplicaciones sensibles a los costos que aún requieren un sellado rotatorio o alternativo confiable bajo presión moderada.

Banderas rojas que sugieren una alternativa

• Presencia de etanol, biodiésel de alta concentración o ésteres agresivos en el fluido de servicio.
• Temperaturas continuas superiores a 120°C o ambientes altamente oxidativos.
• Cuando las fugas críticas para la seguridad son inaceptables y el rango operativo es amplio, considere FFKM/FFPM o elastómeros especializados.

Funciones personalizadas que especifico

Para un sello de aceite NBR personalizado, normalmente especifico: compuesto a medida (ACN% y rellenos), geometría de labio optimizada para fricción y presión dinámicas, dureza adecuada y, cuando sea necesario, incorporo anillos de respaldo antiextrusión o labios energizados por resorte para sellos dinámicos de baja presión.

Polypac: Capacidades del fabricante y su importancia

Polypac es un fabricante científico-técnico de sellos hidráulicos y proveedor de sellos de aceite, especializado en la producción de sellos, el desarrollo de materiales de sellado y soluciones de sellado personalizadas para condiciones de trabajo especiales. He revisado las capacidades de Polypac y las encuentro alineadas con las necesidades de los proyectos cuando se requiere una solución de elastómeros a medida.

La fábrica de anillos de caucho y juntas tóricas personalizadas de Polypac abarca una superficie de más de 10.000 metros cuadrados, con una superficie de 8.000 metros cuadrados. Sus equipos de producción y pruebas se encuentran entre los más avanzados del sector. Como una de las empresas más grandes de China dedicada a la producción y el desarrollo de sellos, Polypac mantiene una sólida relación de colaboración con numerosas universidades e instituciones de investigación, tanto nacionales como internacionales.

Fundada en 2008, Polypac comenzó fabricando juntas de PTFE rellenas, incluyendo PTFE con relleno de bronce, PTFE con relleno de carbono, PTFE con grafito, PTFE con relleno de MoS₂ y PTFE con relleno de vidrio. Actualmente, han ampliado su línea de productos para incluir juntas tóricas de diversos materiales como NBR, FKM, silicona, EPDM y FFKM. Sus principales categorías de productos incluyen juntas tóricas, juntas de vástago, juntas de pistón, juntas de resorte de cara final, juntas rascadoras, juntas rotativas, anillos de respaldo y anillos antipolvo.

Por qué es importante: Cuando especifico un sello de aceite NBR personalizado para fluidos exigentes, busco un socio que pueda (1) desarrollar y combinar materiales, (2) crear prototipos y realizar pruebas según las normas (p. ej., ASTM D471) y (3) escalar la producción con una calidad constante. Las capacidades de laboratorio y producción avanzada de Polypac permiten el desarrollo de materiales y las pruebas iterativas, lo que reduce las fallas en campo y acorta los ciclos de calificación.

Protocolos y estándares de prueba recomendados

Pruebas de inmersión de referencia

Utilice la norma ASTM D471 para las pruebas de inmersión de elastómeros y mida el cambio de volumen, la dureza, la tensión y la elongación antes y después de la exposición. Complemente con pruebas de envejecimiento térmico según la norma ASTM D573 para predecir la exposición a altas temperaturas.

Normas geométricas y dimensionales

Para conocer las tolerancias de geometría de juntas tóricas y sellos básicos, consulte la norma ISO 3601 (ISO 3601) y los manuales del fabricante para conocer las dimensiones recomendadas del prensaestopas. Un diseño adecuado del prensaestopas mitiga la extrusión y reduce la tensión del labio.

Validación de campo

Tras las pruebas de laboratorio, realice ensayos de campo controlados con monitorización de condiciones (temperatura, presión y análisis de fluidos). Documente las tasas de fuga, el par de fricción y la estabilidad dimensional a lo largo del tiempo; estos datos reales validan la compatibilidad.

Preguntas frecuentes

1. ¿Puedo utilizar juntas NBR estándar con mezclas de biodiésel?

Respuesta corta: no sin realizar pruebas. El biodiésel contiene ésteres polares que tienden a hinchar el NBR. Para porcentajes bajos de biodiésel, el NBR puede funcionar; para mezclas más altas (p. ej., B20+), realice pruebas o elija HNBR/FKM.

2. ¿Qué ACN% debo especificar para un sello de aceite NBR personalizado?

Un ACN entre el 33 % y el 45 % es típico para una buena resistencia al aceite. Un ACN más alto mejora la resistencia al combustible, pero reduce la flexibilidad a bajas temperaturas. Elijo el ACN en función de la temperatura de funcionamiento más baja y la agresividad del fluido.

3. ¿Cómo puedo probar los sellos para combustibles que contienen etanol?

Utilice la prueba de inmersión ASTM D471 con la mezcla de combustible exacta, seguida de pruebas dinámicas en banco bajo presión y movimiento representativos. Monitoree la expansión, la dureza y los cambios de tensión.

4. ¿Cuándo debería considerar HNBR o FKM en lugar de NBR?

Considere el HNBR para temperaturas más altas y una mejor resistencia al envejecimiento con diversos aceites; elija el FKM cuando necesite una estabilidad superior a altas temperaturas y una amplia resistencia química (combustibles, aceites, disolventes). Ambos requieren una compensación entre costo y rendimiento.

5. ¿Qué importancia tiene la geometría del labio del sello en comparación con el material?

Ambos factores son importantes. La geometría controla la tensión, la fricción y las vías de fuga; el material determina la resistencia química y térmica. Un diseño robusto optimiza ambos: modifica el ángulo del labio y la interferencia, y añade anillos de respaldo si es necesario.

Contacto y próximos pasos

Si necesita ayuda para especificar el número de serie de un sello de aceite personalizado para un fluido o condición específicos, puedo revisar su hoja de datos de fluido y perfil de aplicación, y recomendar compuestos, planes de prueba y ajustes de diseño. Para prototipado y producción, Polypac ofrece desarrollo de materiales, prototipado y fabricación en serie con capacidades avanzadas de prueba. Contacte con Polypac para solicitar muestras, hojas de datos técnicos o un presupuesto para juntas tóricas, sellos de vástago/pistón, sellos rotativos y productos de sellado personalizados. Visite Polypac o contacte con su equipo técnico para iniciar un programa de compatibilidad de materiales y diseño de sellos personalizados.

Contacto CTA:Para consultas técnicas, muestras personalizadas o consultas sobre productos, contacte con el equipo de ventas e ingeniería de Polypac o solicite un presupuesto a través de sus canales oficiales. Permítanos ayudarle a seleccionar y calificar la solución de sello de aceite NBR personalizada adecuada para su aplicación.