Für wirtschaftliche Auskleidungen

Unter den Fluorpolymeren ist PTFE weltweit seit Jahrzehnten als einer der widerstandsfähigsten Werkstoffe für den Chemieanlagenbau bekannt. Es ist unter hohem Druck und Temperatur außer gegen flüssige Alkalimetalle und einige Fluorverbindungen nahezu universell chemikalienbeständig. Die Temperaturbeständigkeit reicht von -250 °C bis +260 °C. Reines, virginales PTFE hat die höchste Chemikalienbeständigkeit, ist physiologisch unbedenklich und entspricht den Anforderungen der amerikanischen Food and Drug Administration (FDA) sowie den entsprechenden Vorschriften in Europa und Asien für den Einsatz im Lebensmittelbereich. Sehr gute elektrische Isolations- und Gleiteigenschaften runden das Profil ab. Die Verarbeitung von komplexen Auskleidungen aus PTFE ist jedoch nicht so einfach. PTFE ist in reiner Form nicht direkt verschweißbar, die Verbindung mehrerer Teilstücke erfordert einen hohen Aufwand. Dieses Problem löst TFM PTFE, ein PTFE der zweiten Generation – es erhält die nahezu universelle chemische Beständigkeit, bietet darüber hinaus aber wesentlich verbesserte mechanische Eigenschaften und lässt sich deutlich einfacher verarbeiten. TFM PTFE kann mit speziellen Methoden einfach und sicher direkt verschweißt werden und erleichtert damit die Herstellung von Auskleidungen.

TFM PTFE unterscheidet sich von klassischem PTFE durch den zusätzlichen Modifier Perfluorpropylvinylether (PPVE). Durch das um den Faktor fünf geringere Molekulargewicht sowie eine homogenere Kristallitstruktur verschmelzen die Partikel besser zu einem dichten, porenarmen Polymergefüge. Dadurch verbessert sich die Dichtigkeit im Vergleich zu klassischem PTFE bis um den Faktor 2. Bei vergleichbarer Wandstärke erhöht TFM PTFE damit die Barrierewirkung bis auf das Doppelte. Umgekehrt erreichen Auskleidungen aus TFM PTFE die gewünschte Permeations-Abdichtung schon bei wesentlich geringerem Materialeinsatz.

Gegenüber klassischem PTFE verfügt TFM PTFE über weitere, wesentliche Verbesserungen im Eigenschaftsprofil für Auskleidungen: Der Stretch-Void-Index dieses Werkstoffes ist bis zum Faktor 3 reduziert. Je kleiner dieser Wert ist, desto weniger gefährliche Poren entstehen bei Dehn- und Streckvorgängen, wie sie beim Bördeln von Auskleidungen oder Stutzen auftreten. Das trägt in hohem Maße zur Auskleidungsbeständigkeit und damit zur Anlagensicherheit und -verfügbarkeit bei.

Die Barriereeigenschaften der Innenauskleidung verzögern langfristig die Korrosion des Trägermaterials, zumeist Stahl, von innen. Eine wachsende Rolle spielen Rohre und Behälter aus Kunststoffen, die ebenfalls über ein Trägerlaminat von innen mit TFM PTFE ausgekleidet werden. Die Art der Auskleidung hängt dabei wesentlich von den an den Prozessen beteiligten Stoffen und der Prozesstemperatur ab. Bei niedrigen Prozesstemperaturen setzen Anlagenbauer bevorzugt auf eine feste Verbindung von Stahl und Auskleidung. Dazu verkleben sie einseitig mit einem Glasgewebe kaschierte Auskleidungsfolien und Platten mit dem Stahl in den Behältern. Das anschließende Verschweißen der Nähte sorgt für die Dichtigkeit der Auskleidung. Dieses Verfahren garantiert auch die Beständigkeit unter Vakuum. Über die Schichtdicke von TFM PTFE kann der Anwender die Permeationsdichtigkeit gegenüber den verschiedenen Chemikalien variieren und kontrollieren.

Bei Prozesstemperaturen über 100 °C stoßen fest verklebte Systeme durch die unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten jedoch schnell an ihre Grenzen. Darüber hinaus stehen Klebstoffe, die sowohl chemikalienbeständig als auch hochtemperaturstabil sind, zurzeit nicht zur Verfügung. Das erfordert zusätzliche konstruktive Vorkehrungen wie die Lose-Hemd-Auskleidung. Der Verarbeiter fertigt dazu die Auskleidung, mitsamt allen notwendigen Verschweißungen, außerhalb des Behälters. Anschließend bringt er die Auskleidung ohne flächige Verklebung in den Behälter ein. Zur Fixierung der losen Auskleidung dienen Flansche oder Stutzen. Der Vorteil: Das dehnbare TFM PTFE passt sich auch in den unterschiedlichen Wandstärken den verschiedenen Temperatur- und Druckbedingungen an.

Durch weitere konstruktive Maßnahmen kann der Anlagenbauer den Korrosionsschutz noch dauerhafter garantieren: Gerade bei hohen Prozesstemperaturen – TFM PTFE eignet sich für Einsatztemperaturen bis zu 260 °C – verlängert eine Hinterlüftung die Lebensdauer erheblich. Dabei geht es darum, im Bereich zwischen Fluorpolymerauskleidung und Stahl eine Taupunktunterschreitung bzw. Kondensation von permeierten Molekülen zu verhindern, also die Konzentration der Chemikalie in diesem Zwischenraum unterhalb der Sättigungsgrenze zu halten. Dann bleibt die Stahloberfläche trocken, und damit korrosionsfrei. Ein Mechanismus, der durch eine wirkungsvolle Isolation der entsprechenden Anlagenteile unterstützt wird.

Mit neuen Pastentypen und halbrieselfähigen Suspensionsformulierungen auf Basis von TFM PTFE hat Dyneon zur K 2007 zusätzliche Werkstoffe vorgestellt, die durch nochmals verbesserte Verarbeitungseigenschaften die Herstellung von Auskleidungen vereinfachen und damit wirtschaftliche Potenziale eröffnen. Das neue Pastenpulver TFM 2033 PTFE weist eine höhere Grünfestigkeit auf als das herkömmliche TFM 2001. Mit diesem Pastentyp sind Verarbeiter jetzt in der Lage, größere Durchmesser und/oder dickwandigere Durchmesser zu produzieren. Der Reduktionsverhältnisbereich von 10:1 bis 100:1 ermöglicht es sogar, Rohrinnenauskleidungen bis ca. 500 mm Durchmesser und Wandstärken von ca 8 mm zu extrudieren. TFM 2033 hat ein erhöhtes Molekulargewicht, das wiederum einen positiven Einfluss auf die Wechselbiegefestigkeit hat. Die so aus dem Pastenpulver gefertigten Auskleidungen verfügen über das gesamte Eigenschaftsprofil von TFM PTFE und sind ohne Verwendung von zusätzlichen Schweißhilfsfolien verschweißbar.

Auch das halbrieselfähige Suspensions-PTFE TFM 1635 verbindet deutlich verbesserte Verarbeitungseigenschaften mit allen Vorteilen des chemisch modifizierten PTFE. Die durchschnittliche Korngröße von 240 µm gewährleistet gegenüber den nicht-rieselfähigen PTFE-Varianten eine weitaus gleichmäßigere Pulververteilung vonTFM 1635 bei bestimmten Verarbeitungsverfahren wie isostatischem Pressen. Die Halbrieselfähigkeit erhöht die Prozesssicherheit und verbessert die Homogenität. Damit gewährleistet der Werkstoff eine hohe Reproduzierbarkeit bei der Fertigung von Halbzeugen und Innenauskleidungen von Armaturen für die chemisch-pharmazeutische Industrie.

Trotz guter Rieselfähigkeit und hohen Schüttgewichtes, kann das Material mit einem geringeren Pressdruck gegenüber dem rieselfähigen Dyneon TFM 1600 PTFE verarbeitet werden. Die gute Schweißbarkeit des modifizierten PTFE bleibt erhalten. Der Werkstoff eignet sich vor allem zum hydraulischen und isostatischen Pressen von großen Zylindern und Platten, Auskleidungen sowie weiteren Formteilen. Bei der Herstellung von Blöcken und Zylindern zeigt TFM 1635 ein günstigeres Verhalten des sogenannten Elefantenfußes. Dies ist ein Phänomen, das bei modifiziertem PTFE in der Sinterphase auftritt. Ein geringerer Elefantenfuß bedeutet für den Halbzeughersteller weniger Ausschuss.

Die neuen Werkstoffe erweitern das wirtschaftliche Einsatzspektrum von TFM PTFE erheblich und eröffnen dem Hochleistungsmaterial weitere Einsatzgebiete. Dabei führen die im Vergleich zu klassischem PTFE deutlich besseren mechanischen Eigenschaften zusammen mit der einfacheren Verarbeitung zu komplexen Auskleidungen zu deutlich niedrigeren Total Cost of Ownership für den Anwender.

cav 423

Dyneon-Produktpalette

VDI-Gesellschaft Werkstofftechnik