HNBR: il ‘fratello maggiore’ di NBR per oli moderni e biodiesel

L’HNBR è uno dei materiali di tenuta più importanti del moderno settore industriale e automotive, eppure resta meno noto del NBR (il suo “fratello minore”) e del FKM (il riferimento delle alte prestazioni). Capire cos’è l’HNBR, come si comporta in esercizio e quando rappresenta la scelta ottimale è importante perché in molti casi specifici è il materiale che offre il miglior rapporto prestazioni-costo, soprattutto nelle applicazioni che coinvolgono oli moderni, biodiesel e additivi che mettono in crisi il NBR tradizionale.

HNBR sta per Hydrogenated Nitrile Butadiene Rubber, ovvero nitrile butadiene idrogenato. Si ottiene per modifica chimica del NBR convenzionale, sottoponendo le catene polimeriche a un processo di idrogenazione che ne modifica la struttura molecolare. Il risultato è un elastomero con caratteristiche significativamente migliorate rispetto al NBR base, pur mantenendo gran parte della familiarità di comportamento e della facilità di lavorazione.

Cosa fa l’idrogenazione del NBR

Il NBR convenzionale ha catene polimeriche con doppi legami residui che sono i punti vulnerabili al degrado chimico. Sono gli stessi doppi legami che reagiscono con l’ossigeno per produrre invecchiamento da ozono, che si ossidano per il calore continuato, che si attaccano facilmente con additivi aggressivi degli oli moderni.

L’idrogenazione satura questi doppi legami, sostituendoli con legami singoli stabili. Il risultato è un polimero chimicamente più stabile, con maggiore resistenza all’invecchiamento, al calore, agli ossidanti. La percentuale di idrogenazione determina il grado di miglioramento: HNBR completamente idrogenato (>99 per cento di saturazione) ha le migliori proprietà, ma costa di più. HNBR parzialmente idrogenato (90-95 per cento) ha proprietà intermedie a costo inferiore.

I vantaggi pratici rispetto al NBR

Rispetto al NBR convenzionale, l’HNBR offre miglioramenti in cinque aree principali.

Temperatura massima continua: 150 gradi per HNBR contro 100 gradi per NBR. Permette di lavorare in applicazioni che con NBR sarebbero al limite.

Resistenza all’invecchiamento termico: l’HNBR mantiene le sue proprietà meccaniche per molto più tempo del NBR in condizioni di calore continuo. Una mescola HNBR a 120 gradi continui può durare 5-10 volte più del NBR equivalente.

Resistenza all’ozono: il NBR è uno dei peggiori elastomeri in presenza di ozono atmosferico, e in applicazioni esterne può degradarsi in pochi anni anche senza stress meccanici. L’HNBR ha resistenza all’ozono comparabile al FKM.

Compatibilità con biodiesel: il biodiesel attacca chimicamente il NBR convenzionale, soprattutto in concentrazioni superiori al 20 per cento. L’HNBR resiste senza problemi al biodiesel anche al 100 per cento. Per applicazioni motore moderne, dove il biodiesel è sempre più diffuso, è un vantaggio importante.

Resistenza alle vibrazioni: la struttura chimica più stabile dell’HNBR significa anche maggiore resistenza alla fatica meccanica. Per applicazioni con vibrazioni intense (riduttori, compressori, alberi rotanti veloci) l’HNBR dura più a lungo del NBR.

Dove il FKM resta comunque migliore

L’HNBR non sostituisce il FKM in tutte le applicazioni. Ci sono casi dove il FKM resta superiore.

Per temperature continue oltre 150 gradi, il FKM è insostituibile. L’HNBR può sopportare punte brevi fino a 170 gradi, ma non oltre.

Per esposizioni prolungate a solventi organici (xilene, toluene, chetoni), il FKM resiste meglio. L’HNBR è migliore del NBR ma meno performante del FKM.

Per applicazioni con vapore continuo o liquidi alcalini molto caldi, il FKM è preferibile. Anche se l’HNBR non viene attaccato in modo grave, può perdere proprietà nel lungo periodo.

Il punto di equilibrio costo-prestazioni

Il costo di una mescola HNBR è tipicamente del 30-50 per cento superiore al NBR equivalente, ma inferiore del 50-60 per cento al FKM equivalente. Per applicazioni in cui le prestazioni del NBR sono al limite ma il FKM è eccessivo (e costoso), l’HNBR rappresenta il compromesso ottimale.

Il calcolo economico è quasi sempre favorevole all’HNBR per applicazioni nell’intervallo 100-140 gradi continui, dove un paraolio NBR durerebbe 1-2 anni e un FKM durerebbe 10 anni ma costerebbe il triplo. L’HNBR dura 4-6 anni a costo intermedio: il miglior ritorno per euro investito.

I produttori principali di HNBR

I produttori principali di HNBR a livello mondiale sono Therban (gruppo Arlanxeo, ex Lanxess) e Zetpol (Zeon Corporation, Giappone). Entrambi forniscono il materiale base agli stabilimenti che producono paraoli, O-Ring e guarnizioni in HNBR. I produttori finali di tenute (Freudenberg, CORTECO, SKF, SABO, Trelleborg) usano questi materiali base nelle loro formulazioni proprietarie.

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