Perfluorelastomere für O-Ringe im Vergleich

Christine Riebesell, Dr. Volker Peterseim

Zur Prüfung ausgewählt wurden Perfluor-elastomere verschiedener Hersteller für unterschiedliche Anwendungsgebiete. Dabei handelt es sich nicht nur um FFKM für allgemeine Anwendungen in der Chemieindustrie, sondern auch um Typen mit besonders hoher Temperaturbeständigkeit und solche, die den Anforderungen der Food and Drug Administration (FDA) entsprechen (Bild 1). Geprüft wurde an O-Ringen, die einer umfangreichen Testreihe unterzogen wurden. Unter anderem waren dies:

Nachfolgend werden die Ergebnisse im Einzelnen vorgestellt.

Die Volumenänderung des Elastomers infolge Medienkontaktes ist ein wichtiges Indiz für die auftretenden Veränderungen der Eigenschaften. Als Grenzwert wird 10 % angenommen, da die O-Ring-Auslegung üblicherweise so erfolgt, dass max. 85 % der Nut gefüllt sind.

Legt man diese Definition zu Grunde, sind alle getesteten Werkstoffe unter den Bedingungen (72 Stunden bei 200 °C) in Wasser und Wasserdampf beständig. Wie auf Bild 2 zu sehen ist, wirkt Wasser generell aggressiver. Insgesamt übersteigen jedoch nur zwei der Standard-Typen den Grenzwert von 10 %. In Wasserdampf hingegen zeigen einige Materialien einen Volumenverlust, der auf Extraktion von Inhaltsstoffen hinweist.

Der Druckverformungsrest DVR gibt Auskunft über die Elastizität des Werkstoffes und damit über die Dichtungseigenschaften des O-Rings. Er beziffert die Verformung (in %), die nach Entlastung aus einem verpressten Zustand irreversibel zurückbleibt. Ein DVR von 30 % ist ein Wert, der eine Langzeit-Dichtheit gewährleistet. Üblicherweise wird Luft als Medium verwendet, in der Praxis jedoch befindet sich die Dichtung häufig in Kontakt mit Flüssigkeiten. Die Chemie- und Lebensmittelindustrie arbeitet viel mit wässrigen Lösungen, was bei der Auslegung des Tests durch die Aufnahme von Wasser und Wasserdampf als Medien berücksichtigt wurde.

Fast zwei Drittel der getesteten Werkstoffe bleiben nach einer dreitägigen Lagerung bei 200 °C unter einem Wert von 30 %, wenn es sich bei dem Prüfmedium um Luft handelt. Lagert man die O-Ringe in Wasserdampf, erfüllt nur noch ein Compound diese Anforderung, während in Wasser der beste Werkstoff bereits einen DVR von 35 % hat. Keiner der Werkstoffe zeigt in heißem Wasser ein gutes Rückstellvermögen, obwohl nur einer eine deutliche Quellung aufweist. Die Testergebnisse zum DVR sind in Bild 3 grafisch dargestellt.

Die beiden Freudenberg-Produkte Simriz 495 und Simriz 484 zeigen gute chemische Beständigkeiten in Wasser und Dampf. Insbesondere werden aus dem FDA-Compound Simriz 484 keine Bestandteile extrahiert, die sich negativ auf die Lebensmitteltauglichkeit auswirken könnten.

Die Beständigkeit der FFKM wurde anhand der Lagerung in verschiedenen Chemikalien (Natronlauge, Methanol, Methyl-ethylketon, Alkohol, Salpetersäure und Ethylendiamin) ermittelt. Die Temperaturen lagen jeweils in Siedepunktsnähe zwischen 65 und 98 °C. Nachdem die O-Ringe 72 Stunden dem jeweiligen Medium ausgesetzt waren, wurde die Volumen- und Härteänderung gemessen.

Lauge, Alkohol und Keton haben sich als unkritisch für Perfluorelastomere herausgestellt. Die Volumenzunahme liegt bei allen Materialien unter 6 %, wobei sie durchgängig im Keton stärker als bei den beiden anderen Medien ausgeprägt ist. Dies spiegelt sich ebenso bei der Härteänderung wider.

Bei der Lagerung in Säure und Amin zeigen sich deutlichere Unterschiede zwischen den verschiedenen Werkstoffen. Hier reicht die Bandbreite von einer geringen Quellung von 1 % bis zu einem Extremwert von über 90 %. Zwei der Standardwerkstoffe und ein FDA-Compound zeigen gute Werte in Amin und weniger gute in Säure.

Somit sind insgesamt nur vier FFKM-Typen uneingeschränkt in allen Mediengruppen geeignet. Zu diesen Werkstoffen gehört Simriz 495 mit hervorragenden Quellwerten, in Bezug auf die Härteänderung ist Simriz 495 Testsieger. Eine grafische Darstellung der Volumenänderung nach der Lagerung in den kritischen Medien ist auf Bild 4 zu sehen.

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International – Specified – Certified – diese Qualitätsbegriffe des weltweit tätigen Spezialisten für Dichtungen stehen hinter der Marke ISC O-Ring. Damit trägt Freudenberg Dichtungs- und Schwingungstechnik dem Wunsch der Kunden Rechnung, die gerade an das vielseitige Dichtungselement O-Ring allerhöchste Ansprüche stellen.

Der O-Ring muss hohen Belastungen standhalten und seine Leistungsfähigkeit über die gesamte Lebensdauer beweisen. Und das in jedem Anwendungsfall mit dem entsprechenden und hochwertigen Werkstoff, sei es NBR, HNBR, EPDM, FKM oder FFKM oder anderen.

Verschiedene Perfluorelastomere sind unter dem Handelsnamen Simriz erhältlich, die jeweils für bestimmte Anwendungen zugeschnitten sind:

Diese ISC O-Ringe sind weltweit in gleichbleibender Qualität in allen Standardabmessungen in kürzesten Lieferzeiten beziehbar. Auf Kundenwunsch werden Sondergrößen und Sonderformen ausgelegt und produziert.