Уплотнительные кольца и шайбы — расходник, ценой в несколько рублей. Однако ответственность, которая лежит на этих невзрачных резиновых и медных колечках, несоизмеримо выше. Рассказываем, зачем они нужны и как не ошибиться в выборе прокладки под болт, саморез или гайку.
Зачем нужны уплотнители для крепежа
Ответ вроде бы очевиден: уплотнять. На самом деле задач у них несколько:
- распределять давление метиза на деталь;
- заполнять зазоры между частями соединения;
- гасить вибрации;
- предотвращать взаимное трение, сокращая износ элементов;
- изолировать токопроводящие соединения.
Полный список требований зависит от технологических процессов и условий. При выборе уплотнительной шайбы для крепежа важно учитывать несколько параметров:
- диаметр — внешний и внутренний, высоту;
- плотность — материал не должен быть тверже соединяемых деталей;
- условия эксплуатации — жарко или холодно, нагрузка на узел динамическая или статическая, присутствие в рабочей среде агрессивной химии и т. д.
Разновидности уплотняющих шайб
Определить относительные размеры шайбы сможет каждый, главное, чтобы она вообще надевалась на стержень метиза или, наоборот, неприлично не люфтила, оставляя щель размером в палец. Ошибки, чаще всего, происходят при подборе материала: либо по незнанию, либо из того, что оказывается под рукой, по принципу «и так сойдет».
Между тем различные модификации уплотняющих шайб и колец существуют не просто потому, что на складе у производителя образовались излишки меди, фибры или нейлона. Они создаются специально, для определенного круга задач.
Стальные шайбы
Самые доступные из металлических. Используются в качестве опорной поверхности, помогая распределять нагрузку от головки болта или гайки на деталь/основание. Могут служить для регулировки расстояния между элементами узла (подшипники, зазоры клапанов).
Стоят недорого, не боятся механических нагрузок (плотность 7,85 г/см³), индифферентны к температурным экстремумам (от -260 °C до +700 °C), хорошо переносят соседство с ГСМ и химией. Модификации из нержавейки и с цинковым покрытием имеют увеличенный срок службы во влажных условиях.
Алюминиевые шайбы
Алюминий легкоплавкий (660 °С против 1300 °С у стали), не магнитится, легко проводит электроток, пластичен (плотность 2,7 г/см³), эффективно заполняет зазоры, мало весит. Оксидная пленка надежно защищает шайбы из этого металла от ржавчины, но не спасает от гальванической коррозии. При этом в отличие от той же стали имеет низкую механическую прочность и может «расслабляться» от нагрузок, требуя регулярной проверки и частой замены.
Алюминиевые шайбы — это доступный расходник для не особо требовательных к механических нагрузкам соединений, особенно востребованный там, где необходимо уменьшить вес конструкции.
Медные шайбы
Мягкая (плотность 8,92 г/см³) и гибкая медь не боится высоких температур, вибраций и давления, не подвержена коррозии, равнодушна к химически агрессивным средствам, способна сохранять плотность и форму даже при высоких температурах.
- Полезно! При длительном хранении и эксплуатации в умеренных условиях медь имеет свойство отвердевать. Перед использованием не будет лишним раскалить шайбу и дать остыть при комнатной температуре, она станет пластичнее.
В силу высокой теплопроводности и превосходной стойкости ко всем видам коррозии медные шайбы незаменимы в системах кондиционирования и охлаждения, водо и теплоснабжения, химической, пищевой, электротехнической промышленности.
Латунные шайбы
Латунь — красивый сплав цинка и меди с незначительным добавлением различных металлов. Плотностью (8,2-8,7 г/см³) напоминает медь. Обладает хорошей электропроводностью и низкой намагниченностью, не боится влаги и сохраняет рабочие характеристики в широком диапазоне температур.
Уплотнительные шайбы из латуни — редкость. Из-за склонности вступать в электрохимическую реакцию со сталью и алюминием, ими принято комплектовать соединения из близких по составу металлов, например, бронзы. Чаще всего, прокладки из латуни используются в сантехнике и мебельной фурнитуре.
Нейлоновые шайбы
Нейлон (полиамид) открывает перечень уплотнительных шайб из полимеров. Очевидно, что изделия из эластомеров не могут соревноваться с металлами в плотности и термостойкости, зато они намного лучше герметизируют соединения.
Все марки нейлона отличаются стойкостью к механическим нагрузкам, истиранию, не вступают в реакцию с большинством химических веществ, обладают низкой теплопроводностью, не ржавеют и не искрят. Температура, применения полиамидного крепежа составляет -20 °C до +80 °С. Из недостатков стоит отметить потерю прочности при насыщении влагой, полиамид гигроскопичен.
Шайбы из фибры
Фибра — это спрессованные и склеенные между собой полимерные, стальные или стеклянные волокна. Уплотнительные кольца из нее активно используются для герметизации трубопроводов подачи воды, кислорода, углекислоты, ГСМ и нейтральных газовых сред. Без них не обходятся системы отопления, водопроводы.
Шайбы из фибры хорошо впитывают влагу, отчего даже при минимальном усилии обеспечивают эффективное уплотнение стыков и соединений. При этом потеря формы делает такие изделия одноразовыми, подлежащими замене после демонтажа.
Паронитовые шайбы
Паронит — вулканизированная смесь асбеста и каучука с различными модификаторами. Применяется на фланцах систем отопления, газо- и водоснабжения, двигателей внутреннего сгорания. В быту шайбы из паронита используют для герметизации смесителей, газовых редукторов и счетчиков.
Уплотнительные шайбы из паронита — это более совершенный аналог фибры. Они также используются на трубопроводах с различным носителем, но отличаются значительно большей плотностью и термостойкостью. Если кольца из фибры работают в диапазоне до +100 °С с давлением 20-40 бар, то паронитовые шайбы способны выдержать температуру +450 °С и давление в 65 бар.
Резиновые шайбы
За термином «резина» при изготовлении уплотнительных шайб, колец и прокладок на самом деле скрывается несколько составов со сложными названиями и отличающимися характеристиками:
- бутадиен-нитрильный каучук (NBR);
- фторкаучук (FPM);
- этиленпропилендиеновый мономерный каучук (EPDM);
- метил-винил-силиконовый каучук (VMQ).
Зачем знать тип полимера, из которого изготовлена резиновая шайба? Каждый состав имеет уникальные характеристики термостойкости, плотности, по-разному реагирует на бытовую и промышленную химию.
Например, РТИ NBR не способен долго выдерживать температуру около +100 °С, становится хрупким, рассыпается, к тому же не переносит гликолевые антифризы, ацетон, хладагенты. Зато великолепно справляется с газовыми системами (пропан/бутан) и маслопроводами.
Фторкаучук (FPM), напротив, имеет значительно более высокий температурный предел (до +300 °С), но разрушается при контакте с любым видом жира: животным, минеральным, растительным.
Силиконовые шайбы
Рабочая температура силиконовых уплотнителей, от -60 °С до + 300 °С. Такие шайбы устойчивы к морской и пресной воде, спиртам, фенолам, маслу, щелочам и кислоте. Этим они выгодно отличаются от резиновых аналогов, чувствительных к агрессивной химии и температуре.
Однако механическая прочность силикона невелика, кольца и шайбы из этого материала легко рвутся и быстро теряют форму при давлении, поэтому на практике используются исключительно как средство герметизации статичных узлов.
Композитные (резинометаллические) шайбы
К этой категории относятся уплотнительные элементы, состоящие из двух материалов — металла и резины. Типичные представители группы:
- кровельная шайба из нержавеющей стали с самовулканизирующейся EPDM-прокладкой (от -50 до +130 °С);
- самоцентрирующиеся уплотнительные кольца USIT-ring с металлическим внешним контуром, предохраняющим уплотнитель от сверхсжатия и деформации (-30 до +200 °С).
Вы спросите, а как же «Челленджер»? А вот так: космический корабль разбился из-за особенностей кольцевого уплотнителя, вызвавшего утечку раскаленных газов. Дело в том, что эта деталь не была рассчитана на эксплуатацию в мороз, а на стартовой площадке в день запуска было -2 °С, при рекомендованном минимуме в + 11 °С. Из-за низкой температуры резиновая шайба стоимостью несколько долларов потеряла эластичность и перестала обеспечивать герметичность системы отвода газов, поток которых разрушил топливные баки, вызвав катастрофу стоимостью 8 млрд долларов.
