Các loại cao su: tự nhiên, tổng hợp, butyl và bảng so sánh 10 loại

Các loại cao su là hai nhóm vật liệu: cao su tự nhiên (NR) lấy từ mủ cây Hevea, và cao su tổng hợp do công nghiệp hóa dầu sản xuất, hiện có hơn 32 loại. Nhóm tổng hợp quen thuộc gồm NBR, EPDM, SBR, neoprene, butyl, silicone, Viton FKM và PU, làm việc từ -50°C tới 200°C tùy loại.

Các loại cao su phân theo nguồn gốc và theo tính năng

Về hóa học, cao su tự nhiên (ký hiệu NR theo ASTM D1418) là polyisopren dạng cis đã lưu hóa. Năm 2024 Việt Nam thu hoạch 1.33 triệu tấn mủ, khoảng 9% sản lượng thế giới theo Hiệp hội Cao su Việt Nam. Cao su tổng hợp thì không dính dáng tới cây cao su: polyme gốc chỉ chiếm 50 đến 60% hợp chất làm kín, phần còn lại là chất độn, chất lưu hóa, xúc tiến và chống lão hóa.

Trong thực tế mua bán, người ta ít gọi theo nguồn gốc mà gọi theo tính năng: loại chịu dầu, loại chịu thời tiết, loại chịu nhiệt, loại chịu mài mòn, loại đa dụng. Bảng sau xếp mười loại hay gặp theo cách đó.

Bảng so sánh các loại cao su phổ biến

Dải nhiệt lấy theo phiếu kiểm hoặc COA của kho với loại kho có hàng, còn lại theo sổ tay Apple Rubber. Mỗi hãng đo một hợp chất khác nhau nên số lệch nhau; khi đặt hàng, lấy số trên phiếu kiểm của lô.

Loại cao su	Dùng điển hình	Ozone, thời tiết	Dầu khoáng	Dải nhiệt (nguồn số)
NR (cao su tự nhiên)	Giảm chấn, lốp, tấm chịu mài	Kém đến khá	Kém	-30 đến 90°C (phiếu kiểm kho)
SBR	Lốp xe, giảm chấn	Kém đến khá	Kém	-46 đến 100°C (Apple Rubber)
BR	Phối với cao su khác cho lốp, đai, băng tải	Kém đến khá	Kém	Hãng không ghi
NBR	Gioăng, oring, phớt dầu	Kém đến khá	Rất tốt	-30 đến 120°C (tấm kho)
Viton FKM	Nhiên liệu, dầu nóng, hóa chất	Rất tốt	Rất tốt	-20 đến 200°C (kho)
EPDM	Nước nóng, ngoài trời	Rất tốt	Kém	-40 đến 120°C (tấm kho)
CR (neoprene)	Ngoài trời, môi chất lạnh, chống cháy	Tốt đến rất tốt	Khá đến tốt	-40 đến 121°C (Apple Rubber)
IIR (butyl)	Kín khí, chân không, giảm chấn	Tốt	Kém	-46 đến 121°C (Apple Rubber)
Silicone VMQ	Làm kín tĩnh ở nhiệt rộng, thực phẩm có COA	Rất tốt	Phồng khi ngâm	-40 đến 200°C (COA kho)
PU	Phớt thủy lực áp cao, bánh xe, con lăn	Rất tốt	Tốt	-34 đến 79°C loại đúc (Apple Rubber)

Số của cùng một loại lệch giữa các hãng: Parker cho NBR chịu 100°C, Apple Rubber cho 125°C; FKM 204°C so với 230°C; EPDM 150°C so với 135°C. Kho lấy số trên phiếu kiểm từng lô làm chuẩn.

Các loại cao su: tự nhiên khác tổng hợp ở những chỉ tiêu nào

NR thắng ở bền kéo (15 đến 35 MPa tùy hợp chất), giãn dài khi đứt 500 đến 700%, độ nảy 80% theo ASTM D945, chịu mài và chịu xé. NR thua ở dầu khoáng, ozone và nhiệt, vì thế ít được dùng làm oring. Cao su tổng hợp ra đời để bù đúng các điểm yếu đó.

Phiếu kiểm VT-20260811-341 của kho ghi lô tấm cao su tự nhiên: độ cứng 58 Shore A, bền kéo 17.3 MPa, giãn dài 451%, nhiệt từ -30 đến 90°C. Cùng vật liệu NR, gioăng cống bê tông của kho dùng 60 Shore A cho cống tròn, 65 ± 5 Shore A cho cống hộp, làm việc -30 đến 70°C. Chỗ cần chống mòn như lót máng, phễu thuộc nhóm tấm cao su chịu mài mòn.

Cao su khối dùng trong kỹ thuật được chia hạng theo TCVN 3769:2016: SVR 3L là hạng sáng màu, chất bẩn tối đa 0.03%, tro tối đa 0.50%; SVR 10 và SVR 20 cho phép chất bẩn 0.08% và 0.16%, dùng cho lốp và sản phẩm màu tối.

Các loại cao su tổng hợp và chỗ dùng của từng loại

• NBR: hàm lượng acrylonitril 18 đến 50%, tăng lên thì chịu dầu hơn, đổi lại giảm đàn hồi và chịu lạnh. Lô tấm kho kiểm được 72 Shore A, bền kéo 4.76 MPa, trương nở 3.36% trong dầu; hàng bán là tấm cao su chịu dầu.
• EPDM: chịu nước nóng, nắng và ozone, không chịu dầu khoáng. Tấm kho đo 61 Shore A; xem tấm cao su EPDM và bài cao su EPDM.
• SBR và BR: SBR chứa khoảng 23.5% styren, cỡ một phần ba sản lượng dùng làm lốp. BR chủ yếu phối với cao su khác để tăng chịu lạnh và chịu mòn, Parker không xếp vào vật liệu làm kín.
• Neoprene (CR): cao su tổng hợp được thương mại hóa đầu tiên, chịu thời tiết, amoniac và có mức chống cháy tốt.
• Viton FKM: chịu nhiên liệu, dầu nóng, hóa chất, -20 đến 200°C; hàng ở tấm cao su viton.
• Silicone: nhiệt rộng nhưng bền xé thấp; tấm kho 65 ± 5 Shore A, -40 đến 200°C, có RoHS và FDA theo COA; xem tấm silicon.
• PU: chịu mài mòn và tải động, giãn dài 350 đến 650%; không dùng với nước nóng hay hơi nước. Ứng dụng điển hình là phớt xi lanh thủy lực.

Cao su butyl nằm ở đâu trong các loại cao su và dùng vào việc gì

Butyl (IIR) được trùng hợp chủ yếu từ isobutylen, pha 0.5 đến 2.5 mol% isopren để chừa nối đôi cho lưu huỳnh lưu hóa. Điểm đáng giá là độ kín khí: ExxonMobil đo butyl thấm khí thấp hơn các cao su khác khoảng 10 lần, vì vậy săm xe và lớp lót lốp không săm làm từ butyl. Loại này làm việc từ -46 đến 121°C và chịu hơi nước tới 121°C.

Butyl không dùng với dầu, mỡ khoáng và nhiên liệu. Trong làm kín, EPDM đã thay butyl ở phần lớn vị trí. Kho không bán tấm butyl; chỗ cần nước nóng và chịu ozone dùng tấm EPDM.

Chọn các loại cao su theo môi chất và nhiệt độ

Hai câu hỏi đi trước mọi câu khác: nóng bao nhiêu độ và gặp môi chất gì. Chọn xong thì kiểm độ trương thể tích; mức Parker chấp nhận là 25 đến 30% với chỗ làm kín tĩnh và tối đa 10% với chỗ làm kín động.

• Dầu khoáng, mỡ, nhiên liệu: NBR tới khoảng 100 đến 120°C, nóng hơn dùng FKM; tránh EPDM, SBR, NR, butyl, silicone.
• Nước nóng, hơi, ngoài trời: EPDM; tránh NR, SBR, NBR vì kém ozone.
• Nhiệt khô cao, thực phẩm có COA: silicone; tránh dầu khoáng và hơi nước trên 121°C. Chi tiết mốc nhiệt ở bài cao su chịu nhiệt.
• Khí, chân không: butyl hoặc FKM; tránh silicone vì thấm khí cao.
• Mài mòn, tải động: PU hoặc NR; tránh silicone.

Môi chất là axit, kiềm hoặc dung môi thì đối chiếu tấm cao su chịu hóa chất; bài cao su chịu dầu so sánh riêng nhóm có dầu.

Độ cứng Shore A của các loại cao su theo dạng hàng

Thang Shore A theo ISO 48-4 hoặc ASTM D2240 yêu cầu mẫu dày ít nhất 6mm và đọc kim sau 1 giây. Số đọc vượt 90 thì dùng thang D; giữa hai thang không có bảng quy đổi chính thức nên không đổi qua lại.

Dạng hàng	Vật liệu	Độ cứng (Shore A)
Oring	NBR	70
Oring	FKM	75
Oring	EPDM, silicone	70
Phớt chắn dầu	NBR, FKM	70 đến 75
Phớt thủy lực	PU	92 đến 94
Tấm kỹ thuật của kho	Cao su tự nhiên	58
Tấm của kho	EPDM	61
Tấm của kho	NBR	72
Tấm của kho	Silicone	65 ± 5

Áp thấp thì bản mềm ôm sát bề mặt nhám hơn; áp cao thì bản cứng khó bị ép vào khe hở. Nhiệt cũng làm cứng thêm: một hợp chất 70 Shore A ở phòng có thể đo 85 khi xuống -34°C. Oring dùng trong cùng nhóm này nằm ở oring cao su, phớt dầu ở phớt chắn dầu TC.

Đọc mã ASTM D2000 để biết các loại cao su ghi trên bản vẽ

Vật liệu trên bản vẽ cao su hay được viết bằng mã ASTM D2000 (tương đương SAE J200). Tách mã M2BG714 ra từng phần: hệ SI (M), cấp 2, nhiệt thử lão hóa 100°C (B), độ trương dầu không quá 40% (G), độ cứng 70 ± 5 Shore A (số 7), bền kéo từ 14 MPa trở lên (14).

Chữ B là nhiệt độ thử lão hóa, không phải nhiệt độ làm việc; cao su loại B vẫn có thể phải chạy dưới 100°C tùy môi chất và tải. Quy trình luyện, cán và lưu hóa một lô tấm có trong bài sản xuất tấm cao su.

Chọn sai các loại cao su: hệ quả và cách sửa

Năm tình huống dưới đây đều xuất phát từ việc dùng loại cao su ngoài phạm vi hãng khuyến cáo; mỗi dòng kèm loại thay thế.

Tình huống	Hệ quả	Cách sửa
NR hoặc EPDM ngâm dầu khoáng	Trương nở, mềm, mất lực ép	Đổi NBR, nóng hơn 120°C đổi FKM
NBR đặt ngoài trời	Nứt do ozone và nắng	Đổi EPDM, hoặc che chắn nếu có dầu
Silicone trong hơi nước trên 121°C	Ngoài giới hạn hãng ghi	Đổi EPDM
Silicone làm kín khí, chân không	Khí thấm qua	Đổi butyl hoặc FKM
PU dùng với nước nóng	Ngoài khuyến cáo của hãng	Đổi EPDM

Câu hỏi thường gặp về các loại cao su