Bunte Palette

Oliver Gaub

Mit der Entwicklung von fluorierten Kautschuken (FKM) in den 60er Jahren wurde ein großer Durchbruch zur Erweiterung der chemischen und thermischen Beständigkeit bislang erhältlicher Elastomere wie NR, EPDM, NBR, CR, SBR etc. geschaffen. Die Zufriedenheit der Anwender mit den Errungenschaften durch FKM war nur von kurzer Dauer. Schnell wurde der Wunsch nach weiter verbesserten chemischen und thermischen Beständigkeiten laut. Die mit FKM erreichten Temperaturgrenzen von bis zu +200 °C waren in der Praxis schnell ausgeschöpft. Ein noch besseres Polymer musste gefunden werden, am besten ein „elastomeres PTFE“. Mit der Entwicklung von perfluorierten Fluorelastomeren (FFKM) wurde den Wünschen der Industrie Rechnung getragen. Sie besitzen gegenüber FKM einen weit höheren Fluorierungsgehalt und erreichen daher eine chemisch wie thermisch stabilere Polymerstruktur. Zu Anfang der FFKM-Ära waren die vorgestellten Polymere nicht mit den aus der FKM-Verarbeitung bekannten Technologien zu O-Ringen oder anderen Gummi-Vulkanisaten verarbeitbar. Es erforderte umfassende Polymer- und Verfahrensoptimierungen, bis sie zu verarbeitbaren Elastomer-Compounds reiften. Der hieraus entstandene enge Erfahrungsaustausch zwischen den Polymerherstellern und Elastomerverarbeitern trägt bis heute zur technischen Weiterentwicklung dieser Polymerfamilie bei.

Das Anwendungsprofil für FFKM-Dichtungen lässt sich in vier Kategorien einteilen. Kategorie 1 bilden Anwendungen mit für FFKM üblichen chemischen Beständigkeitsanforderungen und Temperaturen bis max. +230 °C als Upgrade-Alternative von FKM auf FFKM. Für diesen Bereich zeichnen sich die Werkstoffe durch eine sehr breite chemische Beständigkeit aus. Sie sind beispielsweise auf den Einsatz in Lösemitteln, Farben, Lacken und amin- wie säurehaltigen Flüssigkeiten ausgerichtet und finden daher breite Anwendung in der Lack- und Lösemittelindustrie (Hersteller, Verarbeiter, Anlagenausrüster, Transportsysteme). Darüber hinaus weisen sie ein sehr gutes Preis-Leistungsverhältnis für diesen Industriesektor auf.

Dichtungen der Kategorie 2 werden bei Anwendungen mit erhöhten chemischen Beständigkeitsforderungen und/oder Temperaturen bis max. +260 °C eingesetzt. Diese Anwendungen können als Standard-Anwendungsprofil für FFKM bezeichnet werden. Hier wird die erhöhte Temperaturbeständigkeit bis +260 °C in Kombination mit der bereits erwähnten breiten chemischen Beständigkeit gefordert.

Kategorie 3 bilden Hochtemperaturanwendungen bis +300 bzw. +320 °C. Hier kommen spezielle Hochtemperaturpolymere zum Einsatz. Sie sind in verschiedenen Härten (75 bis 90 Shore A) und Farben (schwarz, weiß) erhältlich.

Höchste Werkstoffreinheit und geringste Partikel-Emission für hochkritische Anwendungen, z. B. in der Halbleiterfertigung, Analyse- oder Lasertechnik, finden sich in Kategorie 4. Besondere Industrie- und Forschungsanwendungen stellen die Reinheit elastomerer Dichtungen in den Mittelpunkt. In der Halbleiterfertigung beispielsweise können Partikel-Emissionen unerwünschte Effekte auf die Produktqualität haben. Die verfügbaren Werkstoffqualitäten werden in Reinräumen verarbeitet, endgereinigt und spezialverpackt. Sie zählen aufgrund dieser zusätzlichen Prozessschritte zu den teuersten Elastomer-Produkten, die zur Zeit auf dem Markt erhältlich sind.

Die anwendungstechnische Unterstützung der Entwickler, Konstrukteure und Anlagenbetreiber durch den Dichtungshersteller bei Werkstoffauswahl, Auslegung der Dichtungsgeometrie und der Einbauräume ist bei dieser Werkstofffamilie eine wichtige Aufgabe. Die Parker-Anwendungstechniker können wegen der langjährigen Praxiserfahrung mit ihren Elastomeren in einer Vielzahl von chemischen und pharmazeutischen Anwendungen Lösungsansätze für bestehende Problemfälle oder Systemoptimierungen zur Standzeitverlängerung und Risikoreduzierung ausarbeiten. Die gefundenen Lösungen können durch ergänzende Laborversuche oder den Einsatz von Prototypen in Pilotanlagen verifiziert werden.

FFKM-Werkstoffe sind heute auch in Qualitäten entsprechend internationaler Standards erhältlich, z. B. für die Lebensmittelindustrie oder für pharmazeutische Anwendungen gemäß FDA 21 CFR 177.2600, USP Class VI oder auch BSE/TSE EMEA/410/01 Regularien.

Die Verarbeitung der hochwertigen Werkstoffe findet bevorzugt in separaten Fertigungsgruppen statt, getrennt von der Produktion anderer Elastomere. Hierdurch wird eine besondere Sorgfalt im Umgang und Einsatz der Materialien und eine gleichbleibend hohe Qualität der Fertigerzeugnisse erzielt. Für Produkte mit besonderen Reinheitsforderungen (UHP Ultra High Purity) sind Reinräume der Klasse 10 000 oder besser verfügbar.

In modernen Fertigungszellen entstehen Fertigerzeugnisse wie O-Ringe in metrischen und zölligen Abmessungen, komplexe Elastomerformteile sowie in Gummi-Metall-Verbundteile (Aluminium, Edelstahl, etc.). Sie finden Einsatz in Pumpen, Gleitringdichtungen, Mischern, Reaktoren, Ventilen, Sensoren, Kupplungen, Verschraubungen, Flanschen, Tanksystemen, u.v.m.

Die Parker Hannifin O-Ring Division führt über 14 verschiedene FFKM-Werkstoff-Rezepturen unter der Produktlinie Parofluor im Programm. Die anwendungsoptimierten Werkstoffe sind in Härten von 70 bis 90 Shore A sowie in den Farben schwarz und weiß erhältlich. Transparentes FFKM steht in der höchsten Reinheitsqualität Parofluor Micro zur Verfügung.

Durch die stetig steigenden Erwartungen an die Leistungsfähigkeit der Dichtungssysteme in chemischen wie pharmazeutischen Prozessanlagen werden perfluorierte Elastomere weitere Verbreitung in diese Industrien finden. Die Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten sind bei dieser Elastomerfamilie bei weitem nicht abgeschlossen. Die größte Herausforderung für die Polymerentwickler wird die Erhöhung der derzeit maximalen Temperaturgrenze von ca.+320 in Richtung +350 oder gar +400 °C sein.

cav 426

O-Ringe für Chemie und Pharma

Grundlagen zu FFKM