Die richtige Wahl treffen

William M. Stahl

Es gibt über zwanzig unterschiedliche Natur- und Synthesekautschukfamilien. Allen gemeinsam sind Eigenschaften wie elastisches Rückstellvermögen nach Belastung, Flexibilität, Widerstand gegen plastische Verformung (das Herausdrücken aus Dichtungsnuten) sowie relative Undurchlässigkeit für Gase und Flüssigkeiten. Alle Kautschukgruppen haben zudem ganz spezifische Eigenschaften, die durch Rezepturbestandteile beeinflusst werden können. Typischerweise werden Kautschuke durch Compoundieren auf die Anforderungen der jeweiligen Anwendung abgestimmt. Angesichts der breiten Vielfalt der verfügbaren Materialien empfiehlt sich bei der Werkstoffspezifikation üblicherweise die enge Zusammenarbeit mit dem Dichtungshersteller. Die Norm SAE J200 (ASTM D2000) beschreibt ein System zur Klassifizierung von Elastomeren anhand ihrer Beständigkeiten gegen thermische Alterung und ihrer Volumenquellung in Öl. Ihre tatsächliche chemische und thermische Beständigkeit unter realen, aggressiven Umgebungsbedingungen lässt sich aber nur auf der Basis praktischer Erfahrungen, der Ergebnisse von Laborversuchen und unter Einbeziehung des Wissens von Materialspezialisten bewerten.

Elastomere werden hinsichtlich ihrer Beständigkeit gegen diverse Medien, z. B. Flüssigkeiten, gegen Witterungseinflüsse und Ozon unterschieden. In flüssigen Medien können Elastomere quellen, chemisch mit dem Medium reagieren und dabei ihre polymere Struktur verändern. Lösliche Bestandteile können extrahiert werden, so dass sich das Volumen verringert. Ganz allgemein gelten 5 bis 10 % Volumenquellung als sehr gute Werte.

Die mechanischen Eigenschaften eines Elastomers verändern sich nach langzeitiger Einwirkung hoher Temperaturen. So wird Naturkautschuk zum Beispiel klebrig, während Polychloroprenkautschuk verhärtet. Vergleichsweise geringe Temperaturänderungen können dabei große Unterschiede im Grad der Degradation verursachen. Typische Wärmealterungstests basieren auf einer 70-stündigen Einwirkung von heißer Luft mit definierter Temperatur. In kritischen Anwendungen sollte geprüft werden, ob der Dichtungshersteller Werte über das Verhalten nach langzeitiger Einwirkung spezifischer Medien bereithält. Darüber hinaus sollten Tests unter möglichst realitätsnahen Bedingungen durchgeführt werden. Die Grafik gibt dazu eine Übersicht über die empfohlenen Einsatztemperaturbereiche unterschiedlicher Elastomere. Zu den mechanischen Eigenschaften, die über die Eignung eines Elastomers entscheiden, gehören Druckverformungsrest, Zugfestigkeit, Dehnung, Härte und Abriebfestigkeit. Die meisten dieser Eigenschaften lassen sich durch Maßnahmen beim Compoundieren auf die Anforderungen der Anwendung abstimmen.

Weitere Eigenschaften können für spezifische Anwendungen von Bedeutung sein, darunter die Wetterbeständigkeit. Rissbildung, Abschälung, Auskreiden, Farbveränderungen sowie weitere Oberflächenfehler, die ein Dichtungsversagen auslösen, können entstehen, wenn Elastomere den Einwirkungen des Wetters und von Ozon ausgesetzt sind. Dabei erweisen sich Synthesekautschuke beständiger als Naturkautschuke. Als ein Maß für die Durchlässigkeit eines Elastomers für Flüssigkeiten, Dämpfe oder Gase ist die Permeabilität entscheidend für eine Vielzahl von Anwendungen wie Flach- und Profildichtungen sowie Membranen.

Bei der Auswahl von Dichtungsmaterialien müssen die Lebensdauer der Dichtung sowie die damit verbundenen Wartungskosten berücksichtigt werden. Denn eine optimale Dichtung trägt wesentlich dazu bei, ungeplante Ausfallzeiten und unzulässige Leckagen zu vermeiden, und so die Gesamtsystemkosten zu dämmen. Insgesamt sind die von der Qualität und Langlebigkeit einer Dichtung abhängigen Kosten (Ausfallzeiten, Dichtungswechsel, Reinigung, u.s.w.) von deutlich höherer Bedeutung als der ursprüngliche Kaufpreis. Weiterhin sind bei der Auswahl der Dichtung unter anderem die folgenden Kriterien zu berücksichtigen:

Der Chemical Resistance Guide von DuPont Performance Elastomers kann bei der Auswahl der richtigen Dichtung für eine gegebene Anwendung helfen. Er ist kostenfrei unter www.dupontelastomers.com nutzbar und vergleicht die Leistungen von zwanzig Elastomeren in über 1000 Che- mikalien bei Raumtemperatur. Laut der Europäischen IVU-Richtlinie (Integrierte Vermeidung und Verminderung der Umweltverschmutzung,auch IPPC-Richtlinie 96/61/EU), die im Oktober 2007 in Kraft tritt, müssen Betreiber von Chemieanlagen den Verlust flüchtiger organischer Verbindungen durch Leckagen, Verdampfen, Abfackeln, Aus- oder Überlaufen deutlich verringern. Als Antwort auf die entsprechend steigenden Vorgaben von Pumpenherstellern und anderen Kunden erweitert DuPont Performance Elastomers seine Produktlinie kontinuierlich um entsprechende Elastomere. Viton-Fluorkautschuke kommen weltweit für die Herstellung von Teilen und Dichtungen für die chemische, die Pharmaindustrie zum Einsatz. Die aktuellen Produkte sind die von der FDA für den Lebensmittelkontakt zugelassenen Typen Viton GF-600S und Viton Extreme ETP-600S. Beide Typen bieten eine höhere Beständigkeit gegenüber Dampf als Silikon und sind unempfindlicher gegenüber ätzenden Reinigungsflüssigkeiten als EPDM und bisphenolisch vernetztes FKM. Darüber hinaus zeichnen sie sich wie PTFE durch niedrige TOC-Werte und geringe Anteile an extrahierbaren Metallionen aus. Beide Typen werden mit der unternehmenseigenen Advanced Polymer Architecture (APA)-Technologie hergestellt, die für verbesserte Verarbeitungseigenschaften sorgt.

Wer Produktionskosten senken muss, wird nicht automatisch zuerst an einen Wechsel zu teueren Dichtungsprodukten denken. Aber die anfänglich teuere Investition zahlt sich meistens bereits mittelfristig in aus. In unzähligen Fällen konnte festsgestellt werden, dass sich mit dem Einsatz von Kalrez Perfluorelastomerteilen Kosten einsparen lassen. Denn Perfluorelastomere (FFKM) markieren die absolute Spitze bei den Elastomerdichtungen. Aus Kalrez Spectrum 6375 und Kalrez Spectrum 7075 lassen sich Perfluorelastomerteile für die anspruchsvollsten Einsatzbedingungen in der chemischen Industrie herstellen. Mit Kalrez-Spectrum-6375-Dichtungen können Anwender ihre Lagerhaltung von zwei oder drei Typen auf einen einzigen Dichtungswerkstoff reduzieren. Der Werkstoff hält Säuren, Basen, Aminen und Heißdampf bei Einsatztemperaturen bis zu 275 °C stand und kann so mehrere Applikationen zugleich abdecken. Dichtungen aus Kalrez Spectrum 7075 stehen für verlängerte Standzeiten, einen längeren Erhalt der Dichtkraft sowie eine Temperaturbeständigkeit bis zu 327 °C.

cav 428

Kalrez

Viton

Isgatec 2007

Chemical Resistance Guide