NBR là copolyme phân cực của butadien và acrylonitril; độ phân cực đến từ hàm lượng acrylonitril và chính nó tạo sức chịu dầu không phân cực. FKM là cao su tổng hợp nền cacbon chứa flo, bền hoá học và bền nhiệt hơn. Hai họ này khác nhau ở môi chất làm trương, không ở thứ hạng chung.
Kết luận trên đúng khi chọn vật liệu gioăng, phớt theo môi chất và nhiệt độ, ở mức họ vật liệu. Phạm vi nguồn: ba bài báo truy cập mở, mỗi bài đo trên một bộ mẫu riêng. Trị số bên dưới gắn với đúng hợp chất và đúng điều kiện thí nghiệm của bài báo đó, không phải trị số dùng chung cho họ vật liệu. Nguồn đã kiểm không cho dải nhiệt độ làm việc liên tục bằng độ C, cũng không cho bảng tương thích hoá chất tổng quát; bài không nêu những thứ đó.
Bảng đối chiếu cao su NBR và cao su FKM
| Tiêu chí | NBR | FKM |
|---|---|---|
| Cấu trúc mạch | Copolyme của butadien và acrylonitril [1][2]; polyme phân cực, mạch còn nối đôi [1] | Cao su tổng hợp nền cacbon chứa flo, đồng trùng hợp từ vinyliden florua, hexafloropropylen, clotrifloroetylen, tetrafloroetylen [2] |
| Thứ quyết định tính chất | Hàm lượng acrylonitril quyết định độ phân cực, từ đó quyết định sức chịu dầu và mỡ không phân cực [1] | Mạch chứa flo cho độ bền hoá học và bền nhiệt cao, theo mô tả của [2] |
| Trương trong môi chất không phân cực | Tỉ số trương nở trong isooctan của ba loại NBR lưu hoá là 0,03; 0,01; 0,01 theo thứ tự ACN tăng dần [1] | Nguồn không đo |
| Trương trong dung môi thơm và phân cực | Cùng ba loại đó, toluen cho 2,33; 1,68; 1,42 và THF cho 4,59; 4,12; 3,86 [1] | Nguồn không đo trong hai dung môi này |
| Trong metanol | Mẫu NBR bị teo thể tích và hụt khối lượng do metanol chiết chất hoá dẻo khỏi nền cao su [3] | Mẫu FKM trương mạnh, thể tích tăng tới 80 % trong metanol nguyên chất [3] |
| Khi metanol có nước | Nước cũng kìm bớt việc chiết chất hoá dẻo khỏi NBR [3] | Thêm 5 % nước kéo mức đổi thể tích của vòng làm kín FKM xuống khoảng 3 % và đổi khối lượng xuống 1 % [3] |
| Phân huỷ nhiệt trong phép đo TGA | Giai đoạn đặc trưng của mạch chính NBR ở 370–540 °C, đỉnh mất khối lượng nằm trong 447–449 °C [3] | Đỉnh mất khối lượng ở 476, 474, 476 và 470 °C theo bốn mức nước, gần như không đổi [3] |
| Nhiệt độ hoá thuỷ tinh của mẫu đo | 242,1 K theo phổ điện môi và 242,4 K theo DSC [2] | 252,6 K theo phổ điện môi và 253,9 K theo DSC [2] |
| Chỗ hay dùng theo nguồn | Sản phẩm chịu dầu và chống tĩnh điện: ống dẫn dầu, dải làm kín, trục lăn dệt [1] | Nhiều ứng dụng công nghiệp, theo [2] |
Nguồn [1]–[3] ghi ở khối "Nguồn và giới hạn", tra ngày 12/09/2026. Ba loại NBR trong [1] ký hiệu theo hàm lượng ACN tăng dần; tỉ số trương nở q tính bằng thể tích dung môi hấp thụ trên một đơn vị thể tích cao su. Trị số T_g và TGA là của đúng mẫu trong từng nghiên cứu.
Vì sao nhóm nitril làm NBR chịu dầu?
Jing và cộng sự đặt cơ chế vào ba câu nối nhau. NBR là polyme phân cực chưa no, đồng trùng hợp từ butadien và acrylonitril; độ phân cực và mức chưa no của nó gắn với hàm lượng acrylonitril [1]. Khi hàm lượng acrylonitril tăng, độ phân cực phân tử, lực giữa các phân tử và mật độ năng lượng kết dính đều tăng, kéo theo sức chịu dầu không phân cực tốt lên [1]. Và vì chịu tốt môi chất không phân cực như xăng hay dầu hoả, NBR chủ yếu dùng cho sản phẩm chịu dầu và chống tĩnh điện [1].
Cách hiểu của bài: trương nở là chuyện hoà hợp, không phải chuyện "bền" hay "yếu". Jiang và cộng sự phát biểu nguyên tắc đó gọn nhất: các chất có trị số δ giống hoặc gần nhau thì dễ có ái lực với nhau, nên nếu δ của chất lỏng gần với δ của cao su thì khả năng hấp thụ tăng lên [3]. Cao su phân cực đứng xa dầu khoáng không phân cực trên thang ấy, nên hấp thụ ít.
Bảng đo của [1] cho thấy điều đó bằng số. Với ba loại NBR lưu hoá có hàm lượng acrylonitril tăng dần, tỉ số trương nở trong isooctan là 0,03; 0,01 và 0,01; trong heptan là 0,09; 0,03 và 0,02 [1]. Sang dung môi thơm, cùng ba mẫu ấy cho 2,33; 1,68 và 1,42 trong toluen; sang THF, mức lên 4,59; 4,12 và 3,86 [1]. Chiều giảm theo hàm lượng acrylonitril lặp lại ở cả bốn dung môi vừa nêu, nhưng bậc độ lớn giữa ankan và dung môi phân cực mới là điều đáng nhớ. Đây là số của ba hợp chất trong nghiên cứu ấy, không phải bảng tra cho gioăng ngoài thị trường.
Hệ quả thực dụng: "NBR" không phải một vật liệu. Jing và cộng sự ghi hàm lượng acrylonitril quyết định các tính chất then chốt của NBR lưu hoá, ví dụ sức chịu dầu và tính năng ở nhiệt độ thấp [1], và nhờ dải thành phần rộng nên chọn được cấp NBR hợp cho nhiều ứng dụng [1]. Phân loại gioăng và phớt theo kiểu làm kín xem ở gioăng và phớt làm kín.
Mạch chứa flo mua được gì và trả giá ở đâu?
Moon và cộng sự mô tả FKM là cao su tổng hợp nền cacbon chứa flo, đồng trùng hợp từ vinyliden florua, hexafloropropylen, clotrifloroetylen và tetrafloroetylen; nhóm này được dùng rộng trong công nghiệp nhờ độ bền hoá học và độ bền nhiệt [2]. Phép đo TGA của [3] cho một con số đi kèm: với mẫu FKM sau khi ngâm metanol ở bốn mức nước, đỉnh mất khối lượng lần lượt là 476, 474, 476 và 470 °C, tức nhiệt độ phân huỷ nhiệt gần như không đổi [3]. Mẫu NBR trong cùng nghiên cứu có giai đoạn phân huỷ đặc trưng của mạch chính ở 370–540 °C với đỉnh nằm trong khoảng 447–449 °C [3].
Cái giá nằm ở đầu lạnh. Trong nghiên cứu của Moon và cộng sự, mẫu FKM có nhiệt độ hoá thuỷ tinh 252,6 K đo bằng phổ hồi phục điện môi và 253,9 K đo bằng DSC, còn mẫu NBR có 242,1 K và 242,4 K bằng hai phép đo tương ứng [2]. Nhiệt độ hoá thuỷ tinh là mốc vật liệu chuyển sang trạng thái thuỷ tinh, mất tính đàn hồi cao su. Mẫu FKM chạm mốc đó ở nhiệt độ cao hơn mẫu NBR, nghĩa là hoá cứng sớm hơn khi hạ nhiệt. Đây là số của hai hợp chất cụ thể trong một nghiên cứu, không phải mốc chung của hai họ.
Mẫu FKM trong nghiên cứu ấy gồm 82,0 % polyme poly(vinyliden florua-co-hexafloropropylen), 14,0 % than đen làm chất độn gia cường và 4,0 % canxi dihydroxit làm chất lưu hoá [2]. Ghi lại thành phần vì tính chất của một hợp chất cao su đến từ cả công thức phối trộn, không chỉ từ tên họ polyme. Chọn vật liệu phớt cho xi lanh thuỷ lực là bài toán riêng, xem ở phớt PU và phớt PTFE cho xi lanh thuỷ lực.
Metanol: chỗ hai họ cùng hỏng, theo hai kiểu khác nhau
Jiang và cộng sự ngâm vòng làm kín FKM, NBR và PTFE trong metanol và hỗn hợp metanol–nước với hàm lượng nước 0–20 %, nhiệt độ 25–55 °C, áp suất ngâm 4 MPa, thời gian 7 ngày [3]. Kết quả tách hai hướng ngược nhau. Mẫu FKM trương nở vật lý mạnh, thể tích tăng tới 80 % trong metanol nguyên chất [3]. Mẫu NBR thì teo thể tích và hụt khối lượng, do metanol chiết chất hoá dẻo bis(2-etylhexyl) phtalat ra khỏi nền cao su [3].
Nước làm đổi cả hai. Thêm 5 % nước kéo mức đổi thể tích của vòng FKM xuống khoảng 3 % và mức đổi khối lượng xuống 1 % [3]; việc chiết chất hoá dẻo khỏi NBR cũng bị nước kìm bớt [3]. Nhóm tác giả kết luận rằng khi dùng FKM hoặc NBR thì phải kiểm soát chặt hàm lượng nước của chất lỏng và nhiệt độ làm việc [3].
Cách hiểu của bài: một gioăng hỏng có thể to ra hoặc nhỏ đi, và hai hiện tượng đó chỉ về hai cơ chế khác nhau — hấp thụ môi chất, hay mất chất hoá dẻo. Đo kích thước gioăng tháo ra là cách phân biệt làm ngay được tại xưởng. Kiểu môi chất trong hệ thuỷ lực và ảnh hưởng tới vật liệu làm kín xem thêm ở dầu thuỷ lực gốc khoáng và chất lỏng khó cháy.
Bốn mẹo sai hay gặp khi chọn giữa hai họ
Mẹo sai 1: "FKM chịu được mọi hoá chất." Jiang và cộng sự đo được mức trương thể tích tới 80 % của mẫu FKM trong metanol nguyên chất [3]. Nguồn này gọi đó là trương nở vật lý mạnh, và chỉ ra nước trong dòng chất lỏng kìm hiện tượng đó lại [3].
Mẹo sai 2: "Gioăng teo lại thì do nhiệt." Cùng nghiên cứu đó ghi mẫu NBR teo thể tích và hụt khối lượng vì metanol chiết chất hoá dẻo bis(2-etylhexyl) phtalat khỏi nền cao su [3] — cơ chế hoá học, ở nhiệt độ ngâm chỉ 25 đến 55 °C [3].
Mẹo sai 3: "NBR nào cũng chịu dầu như nhau." Jing và cộng sự ghi hàm lượng acrylonitril quyết định các tính chất then chốt của NBR lưu hoá, trong đó có sức chịu dầu và tính năng nhiệt độ thấp [1]; bảng đo cho ba mức acrylonitril khác nhau cho ba cột trương nở khác nhau trong cùng một dung môi [1].
Mẹo sai 4: "FKM cao cấp hơn nên chỗ nào cũng thay được NBR." Ở đầu lạnh, mẫu FKM trong nghiên cứu của Moon và cộng sự có nhiệt độ hoá thuỷ tinh 252,6 K và 253,9 K theo hai phép đo, cao hơn mẫu NBR 242,1 K và 242,4 K [2]. Ở metanol, mẫu FKM trương còn mẫu NBR teo [3]. Đổi chỗ hai họ cho nhau là đổi cả tập môi chất phải kiểm.
Bảng quyết định: biết gì về môi chất thì tra tiếp cái gì
| Đo hoặc biết được tại xưởng | Làm gì | Căn cứ |
|---|---|---|
| Môi chất là dầu khoáng, xăng, dầu hoả, không pha dung môi phân cực | Xét NBR, và hỏi cấp acrylonitril của hợp chất | NBR chịu tốt môi chất không phân cực nên dùng cho sản phẩm chịu dầu [1]; acrylonitril quyết định sức chịu dầu [1] |
| Môi chất có dung môi thơm hoặc dung môi phân cực | Không suy từ chữ "chịu dầu"; yêu cầu số liệu ngâm cho đúng môi chất | Cùng một loại NBR cho tỉ số trương nở khác hẳn giữa isooctan, toluen và THF [1] |
| Dòng chảy có metanol | Kiểm hàm lượng nước và nhiệt độ trước khi chọn vật liệu | Phải kiểm soát chặt hàm lượng nước và nhiệt độ khi dùng FKM hoặc NBR [3] |
| Gioăng tháo ra to hơn, mềm nhũn | Nghi trương nở do hấp thụ môi chất | Trương nở vật lý của FKM trong metanol [3]; nguyên tắc δ gần nhau thì hấp thụ tăng [3] |
| Gioăng tháo ra nhỏ lại, cứng, nhẹ cân hơn | Nghi mất chất hoá dẻo, không mặc định là do nhiệt | NBR teo và hụt khối lượng do metanol chiết chất hoá dẻo [3] |
| Cụm làm việc ở đầu lạnh, khởi động mùa lạnh bị rò | Đối chiếu nhiệt độ hoá thuỷ tinh của đúng hợp chất với nhiệt độ khởi động | Mẫu FKM hoá thuỷ tinh ở nhiệt độ cao hơn mẫu NBR trong cùng nghiên cứu [2] |
| Nhà cung cấp chỉ ghi "NBR" hoặc "FKM" trên bao bì | Hỏi bảng thông số của hợp chất, gồm cấp acrylonitril hoặc thành phần polyme và chất độn | Tính chất phụ thuộc công thức phối trộn [2]; dải thành phần NBR rộng [1] |
| Cần chọn dạng gioăng, không phải vật liệu | Xem tiết diện và cách lắp trước | Gioăng O-ring và gioăng phẳng |
Nguồn và giới hạn
Tra ngày 12/09/2026. Các câu dẫn đã được đối chiếu trên văn bản tải trực tiếp từ trang nguồn.
- [1] Jing và cộng sự, Systematic Investigation on the Swelling Response and Oil Resistance of NBR Using the Prediction Models Determined by the Modified Flory–Huggins Interaction Parameter (Polymers, truy cập mở): https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11478506/ — cấu trúc và độ phân cực của NBR; vai trò hàm lượng acrylonitril; bảng tỉ số trương nở của ba loại NBR lưu hoá trong các dung môi; chỗ dùng của NBR.
- [2] Moon và cộng sự, A Study of the Dielectric Relaxation of Nitrile–Butadiene Rubber, Ethylene–Propylene–Diene Monomer, and Fluoroelastomer Polymers with a Self-Developed Deconvolution Analysis Program (Polymers, truy cập mở): https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12157234/ — monome tạo nên NBR và FKM; thành phần hợp chất FKM đem đo; nhiệt độ hoá thuỷ tinh của mẫu NBR và mẫu FKM theo phổ điện môi và DSC; độ bền hoá học và bền nhiệt của FKM.
- [3] Jiang và cộng sự, Swelling Mechanism of Rubber Sealing Materials in Methanol Transportation Pipelines (Materials, truy cập mở): https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC13208744/ — điều kiện ngâm mẫu; mức trương của FKM trong metanol và tác dụng của nước; cơ chế teo của NBR do mất chất hoá dẻo; đỉnh phân huỷ nhiệt theo TGA của cả hai; nguyên tắc trị số δ gần nhau thì hấp thụ tăng.
- Tiêu chuẩn, chỉ dẫn tên và số hiệu: ISO 1629 Rubber and latices — Nomenclature (ký hiệu NBR, FKM, EPDM); ISO 1817 Rubber, vulcanized or thermoplastic — Determination of the effect of liquids; ASTM D471 Standard Test Method for Rubber Property — Effect of Liquids. Tài liệu trả phí; bài không trích trị số.
Bảng này không dùng cho:
- Dải nhiệt độ làm việc liên tục của một hợp chất: nguồn đã kiểm không cho trị số theo độ C.
- Bảng tương thích hoá chất tổng quát: nguồn đã kiểm chỉ phủ các dung môi trong bảng của [1] và metanol trong [3].
- So sánh giữa các hợp chất thương mại cùng họ: bài không nêu.
- Suy từ trị số của mẫu trong nghiên cứu sang gioăng đang dùng tại xưởng: hai thứ khác công thức phối trộn.
- Chọn cấp acrylonitril cụ thể cho một môi chất: bài không nêu.
- Các họ khác như EPDM, HNBR, silicon, PTFE: chỉ được nhắc tên, không đối chiếu ở bài này.
Không xác định được từ bài này: nhiệt độ làm việc cho phép và tuổi thọ của gioăng đang lắp trên máy — phải có bảng thông số của chính hợp chất đó; và mức trương nở của một cặp vật liệu với môi chất cụ thể ngoài các môi chất đã đo trong ba nghiên cứu trên.
Cần chính xác hơn: phân loại gioăng và phớt theo kiểu làm kín xem ở gioăng và phớt làm kín; so sánh EPDM với NBR theo môi chất nước nóng và dầu khoáng xem ở cao su EPDM và NBR.
Câu hỏi thường gặp
NBR chịu dầu gì? Theo Jing và cộng sự, NBR chịu tốt các môi chất không phân cực như xăng và dầu hoả, và chính vì vậy nó chủ yếu dùng cho sản phẩm chịu dầu, chống tĩnh điện. Mức chịu ấy đến từ độ phân cực do hàm lượng acrylonitril tạo ra, nên cấp acrylonitril khác nhau cho kết quả khác nhau.
FKM chịu hoá chất gì? Moon và cộng sự mô tả FKM có độ bền hoá học và bền nhiệt cao nhờ mạch chứa flo, nhưng không liệt kê theo từng môi chất. Nguồn thứ ba trong bài cho một ngoại lệ đo được: mẫu FKM trương thể tích tới 80 % trong metanol nguyên chất [3]. Muốn biết một môi chất cụ thể phải tra số liệu ngâm cho đúng môi chất đó.
Tại sao cùng là NBR mà hai lô gioăng lại khác nhau? Vì hàm lượng acrylonitril quyết định các tính chất then chốt của NBR lưu hoá, trong đó có sức chịu dầu và tính năng ở nhiệt độ thấp [1]. Dải thành phần của NBR rộng, nên cùng một tên họ vẫn có nhiều cấp khác nhau [1].
Cao su nào cứng sớm hơn khi trời lạnh? Trong nghiên cứu của Moon và cộng sự, mẫu FKM có nhiệt độ hoá thuỷ tinh 252,6 K theo phổ điện môi và 253,9 K theo DSC, còn mẫu NBR là 242,1 K và 242,4 K. Mốc cao hơn nghĩa là chạm trạng thái thuỷ tinh sớm hơn khi hạ nhiệt. Đây là số của hai hợp chất cụ thể, không phải mốc chung cho hai họ.
Gioăng trương to ra và gioăng teo nhỏ lại khác nhau thế nào? Hai cơ chế khác nhau. Trương là do hấp thụ môi chất, và Jiang và cộng sự gắn nó với nguyên tắc trị số δ của chất lỏng gần với của cao su thì khả năng hấp thụ tăng [3]. Teo và nhẹ cân hơn thì gắn với việc môi chất chiết chất hoá dẻo khỏi nền cao su, như trường hợp NBR trong metanol [3].
Nước lẫn trong môi chất có làm đổi kết quả không? Có, theo [3]: thêm 5 % nước kéo mức đổi thể tích của vòng làm kín FKM xuống khoảng 3 % và đổi khối lượng xuống 1 % so với mức trong metanol nguyên chất; việc chiết chất hoá dẻo khỏi NBR cũng bị nước kìm bớt.
Có thể lấy nhiệt độ phân huỷ trong phép đo TGA làm nhiệt độ làm việc không? Không. Số TGA trong [3] là đỉnh mất khối lượng khi nung mẫu trong máy phân tích nhiệt trọng lượng — 476, 474, 476 và 470 °C với mẫu FKM, và 447 đến 449 °C với giai đoạn mạch chính của mẫu NBR. Nhiệt độ làm việc cho phép là thông số khác, phải lấy từ bảng thông số của hợp chất.