Universelle Problemlöser

Dr. Michael Schlipf

Mit seinen zahlreichen Vorteilen wie gute Chemikalienbeständigkeit, kein Haften auf Flanschen, gut verarbeitbar nach speziellen Methoden, breiter Temperatureinsatzbereich von -250 bis 250 °C ist Polytetrafluor-ethylen (PTFE) ein guter Kandidat für die Anforderungen, die an Dichtungen in der chemischen, der petrochemischen und der Pharmaindustrie gestellt werden. Jedoch ist der Kaltfluss des Materials – bei Raumtemperatur und speziell auch bei höheren Temperaturen unter Druck – ein großes Hindernis. Das Fließen unter Druck und Temperatur bewirkt bei PTFE-Flanschdichtungen, dass unter Umständen bereits nach einer relativ kurzen Zeitspanne eine Abnahme der Flächenpressung der Flanschdichtung erfolgt, was zur Leckage führen kann. Um diesem Nachteil entgegenzuwirken entwickelte ElringKlinger in Zusammenarbeit mit Latty einen speziellen PTFE-Compound für Flachdichtungen (Bild 1). Die Vorteile von diesem modifizierten PTFE in der Dichtungstechnik sind insbesondere:

Dem Entwickler eines neuen Werkstoffes für die Herstellung von Flanschdichtungen stehen verschiedene Möglichkeiten zur Produktoptimierung offen. Durch Auswahl von Standard-PTFE oder modifiziertem PTFE lässt sich der Kaltfluss variieren, wodurch sich die Kompressibilität, die Druckstandfestigkeit und die Kalt-/Warmverformung der Dichtung ändert. Auch die Permeation von Gasen und Chemikalien durch den Dichtungswerkstoff hindurch ist bei modifiziertem PTFE um bis zu 50 % reduziert. Durch die Zugabe von Füllstoffen kann der Kaltfluss weiter reduziert und die Härte des Werkstoffes erhöht werden. Als Nachteil bei Füllstoffzugabe muss jedoch in Kauf genommen werden, dass sich aufgrund der im Vergleich zu Standard-PTFE geringeren chemischen Beständigkeit aller infrage kommenden Füllstoffe das mögliche Einsatzspektrum für die Dichtung reduziert. Auch erhöhen Füllstoffe üblicherweise die Permeation durch den Dichtungswerkstoff hindurch. Die Härte des Dichtungsmaterials steigt außerdem füllstoffbedingt an, wodurch sich das Anpassungsvermögen und Unebenheiten der Flansche verringert. Das Verfahren zur Herstellung von Compounds und die nachgeschalteten Verarbeitungsschritte wirken sich auf die Homogenität der Füllstoffverteilung und die Verdichtung des Polymerverbundes aus.

Im Folgenden sind die Ergebnisse des Optimierungsprozesses zur Herstellung eines Werkstoffes für Flachdichtungen dargestellt. In Bild 2 ist die bleibende Deformation des Werkstoffes dargestellt. Die Variablen Polymermatrix und Füllstoffgehalt wurden verändert. Man erkennt den dominierenden Einfluss, den modifiziertes PTFE auf die bleibende Deformation ausübt: Nahezu unabhängig von dem im Bereich 15 bis 30 Gew.-% variierten Füllstoffgehalt zeichnen sich die Compoundvarianten um eine bis zu Faktor drei reduzierte bleibende Deformation aus. Die Werkstoffdichte nimmt bei beiden PTFE-Varianten mit zunehmendem Füllstoffgehalt ab. Dies muss als Hinweis darauf gewertet werden, dass hohe Füllstoffgehalte zur Lockerung des Werkstoffverbunds beitragen. Wie wirken sich nun die Polymermatrixvarianten und Füllstoffvariationen auf die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffes aus? Bild 3 zeigt die Reißfestigkeit. Die jeweils besten mechanischen Eigenschaften erhält man, wie zu erwarten, bei minimaler Füllstoffbeladung, weil hier der Polymerverbund durch den Füllstoff am wenigsten gestört wird. In einem Helium-Leckagetest wurden die Eigenschaften der Dichtung im Vergleich zu Wettbewerbsprodukten, die für identische Anwendungen vorgesehen sind, geprüft. Versuchsbedingungen waren:

Durch Kombination von modifiziertem PTFE, das sich insbesondere durch geringe Permeation und reduzierten Kaltfluss auszeichnet, mit einer möglichst geringen Menge eines wirkungsvollen Füllstoffes, wird eine Dichtheit erreicht, die von keinem der geprüften Wettbewerbsprodukte erreicht wird.

Im Laufe der letzten Jahre hat sich bestätigt, dass die spezielle Flachdichtung in vielen Industriebereichen eingesetzt werden kann. Das umfangreiche Paket an Zulassungen für anspruchsvolle Anwendung, wie entsprechend Anforderungen der TA-Luft (Richtlinie VDI 2440), zugelassen in Gegenwart von Sauerstoff nach BAM, zugelassen für Lebensmittelkontakt nach LNE (Frankreich) und FDA, zugelassen nach Air Liquide (Sauerstoff) bildet die Basis für einen breiten Anwendungsbereich. Einige Problemlösungsfälle sind im Folgenden aufgeführt. Medien wie Ameisensäure, Essigsäure oder Kalilauge können bis 110 °C und 16 bar abgedichtet werden. In Gegenwart von Ammoniumhydroxid, Ammoniumnitrat und Salpetersäure liegen Praxiserfahrungen bis zu 150 °C und 10 bar vor. Die Abdichtung von Kolbenpumpen durch Kombination gestanzter Ringe mit Packungsringen ermöglicht einen störungsfreien Betrieb bis 85 °C, pH 6 und 130 bar Druck eines Kohlenwasserstoff-Quecksilbergemisches . In der Lebensmittelindustrie lassen sich Faserdichtungen ersetzen, wobei eine Reduzierung der Leckagerate und eine Verminderung der Dichtungsvielfalt erreicht werden kann.

Halle 20, Stand C28

cav 443

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Hannover Messe 2007