¿Qué es el material FFKM? Propiedades, aplicaciones y guía de selección

FFKM es la denominación de la ASTM para perfluoroelastómero materiales. La denominación lo distingue de otras familias de elastómeros comunes.

FFKM no es una marca específica ni un único compuesto. Se trata de una familia de materiales. Diferentes fabricantes producen sus propios compuestos con nombres comerciales distintos, y las formulaciones individuales pueden tener rangos de temperatura, resistencia química, dureza, rigidez, flexibilidad a baja temperatura, resistencia al plasma, resistencia al vapor, pureza y propiedades mecánicas significativamente diferentes.

El comportamiento del FFKM se debe a su estructura polimérica altamente fluorada. Trelleborg describe los materiales FFKM como polímeros en los que los átomos de hidrógeno de la estructura molecular han sido reemplazados esencialmente por flúor. Una red polimérica reticulada permite que el material conserve la elasticidad elastomérica al tiempo que proporciona inactividad química y estabilidad térmica similares a la del PTFE.

Parker describe los compuestos típicos de FFKM como compuestos basados en monómeros perfluorados como el tetrafluoroetileno (TFE), el éter de vinilo perfluorometil (PMVE) y un monómero de sitio de curado. Estos componentes se reticulan para crear un material de sellado elástico.

¿Por qué es importante el flúor?

Las conexiones de carbono con flúor son extremadamente fuertes. La estructura altamente fluorada contribuye a la resistencia al calor, la oxidación, los productos químicos agresivos, los disolventes, los combustibles, los ácidos y muchos fluidos de proceso reactivos. Este es uno de los motivos por los que el FFKM puede sobrevivir en lugares donde los elastómeros convencionales se hinchan, se agrietan, se suavizan o se endurecen rápidamente.

Sí. El FFKM es un material elastomérico, por lo que en la terminología industrial puede considerarse un caucho sintético de alto rendimiento. Sin embargo, sus propiedades son muy diferentes de las de los materiales comunes de caucho.

Estas características permiten que el FFKM se fabrique en componentes familiares como anillos de sellado, juntas, sellos moldeados a medida, juntas de válvula, diafragmas y otras piezas de elastómero. Esta elasticidad es una de sus mayores ventajas en comparación con el PTFE.

El FFKM y el PTFE son ambos altamente fluorados y ambos ofrecen una excelente resistencia química, pero se comportan de manera muy diferente en términos mecánicos.

El FFKM y el FKM son ambos elastómeros fluorados, pero el FFKM generalmente ofrece una resistencia química más amplia y una mayor capacidad para temperaturas extremas.

El FKM ofrece un excelente equilibrio entre resistencia química, resistencia a la temperatura, propiedades mecánicas y coste. Normalmente se elige el FKM cuando las condiciones de funcionamiento superan ese equilibrio —por ejemplo, con disolventes agresivos, aminas calientes, productos químicos reactivos, gases de proceso semiconductores, procesos químicos a alta temperatura, servicios exigentes en cuanto a vapor o a la contaminación.

Trelleborg señala que las clases de FKM suelen operar entre -20 °C y 200 °C, con formulaciones especializadas que amplían esos límites; mientras que los materiales FFKM especializados pueden alcanzar temperaturas considerablemente más altas. El punto importante no es que el FFKM sea siempre “mejor”. El FFKM es significativamente más caro y el FFKM puede ser el material más económico cuando ya cumple los requisitos químicos y térmicos de la aplicación.

Una de las características más atractivas del FFKM es su capacidad a altas temperaturas. Sin embargo, no existe un rango de temperaturas universal para el FFKM.

¿Por qué varían las clasificaciones de temperatura?

Como referencia general para la industria, muchos compuestos de FFKM funcionan a temperaturas superiores a 250 °C, mientras que los grados especializados pueden alcanzar aproximadamente 320 °C a 325 °C (608 °F a 617 °F). Parker enumera formulaciones con resistencia a la temperatura hasta aproximadamente 320 °C, mientras que Trelleborg enumera grados especializados que alcanzan aproximadamente 325 °C.

El alcance utilizable depende de la formulación del polímero, el sistema de curado, los rellenos, la dureza, el entorno químico, la exposición continua o a corto plazo, la presión y si la operación es estática o dinámica. Un compuesto diseñado para temperaturas extremas y altas puede no ser el mejor material para vapor, agua caliente, aminas, plasma o arranque a baja temperatura.

Siempre evalúe la clasificación de temperatura del Compuesto específico de FFKM bajo las condiciones de servicio previstas.

El FFKM es conocido por su rendimiento a altas temperaturas, pero a bajas temperaturas puede ser más difícil de utilizar. A medida que la temperatura disminuye, los elastómeros se vuelven más duros, menos flexibles y más lentos para recuperarse tras la deformación.

Los compuestos FFKM comerciales pueden tener límites de temperatura muy diferentes. Las formulaciones estándar pueden tener límites más bajos alrededor de aproximadamente -20 °C, mientras que los compuestos especializados para temperaturas bajas pueden extenderse considerablemente por debajo de este valor. La gama de materiales de Parker incluye, por ejemplo, grados de FFKM desarrollados específicamente para aplicaciones a temperaturas más bajas.

En los casos de aplicaciones frías, los ingenieros deben considerar la TR10, la temperatura de transición vítrea, la recuperación de la junta, las pruebas de fugas y la temperatura dinámica mínima. Un rango publicado por sí solo no puede predecir el rendimiento real de la junta, por lo que la validación en condiciones de frío es fundamental.

La amplia compatibilidad química es una de las principales razones por las que los ingenieros recomiendan el uso de FFKM. Dependiendo de la formulación exacta, un compuesto de FFKM puede ofrecer una excelente resistencia a muchos medios agresivos.

El manual de rodamientos de O-ring de Parker describe al FFKM como un material que ofrece una compatibilidad química excepcional entre los materiales elastómeros, mientras que Trelleborg describe de manera similar a la familia como una resistencia química que se aproxima a la del PTFE.

No se debe describir al FFKM como completamente resistente a todos los productos químicos en todas las condiciones. Un compuesto puede funcionar muy bien en un solvente y mostrar un hinchamiento excesivo en otro.

Siempre evalúe los medios específicos a la temperatura de funcionamiento real.

La compatibilidad química varía con la temperatura. Un compuesto que funciona bien en una solución a 25°C puede degradarse mucho más rápidamente a 200°C.

Una temperatura más alta puede acelerar la hinchazón del polímero, las reacciones químicas, el endurecimiento, la plasticidad, la pérdida de resistencia a la tracción, el endurecimiento por compresión y la extracción de los componentes compuestos.

La pregunta correcta es: ¿Puede este compuesto específico de FFKM soportar esta sustancia química a esta concentración, temperatura, presión y duración de exposición?

Una junta tórica se comprime dentro de su ranura para generar una fuerza de sellado. Con el tiempo —especialmente a temperaturas elevadas— un elastómero puede deformarse de forma permanente y no poder recuperarse. Esto se denomina retención por compresión.

Un ajuste de compresión excesivo puede provocar una deformación permanente, una reducción de la fuerza de sellado, una fuga tras el apagado, una fuga de vacío y una fuga durante el ciclo térmico. Los compuestos FFKM de alto rendimiento suelen estar formulados específicamente para tener un ajuste de compresión bajo a temperaturas elevadas; Parker identifica la resistencia al ajuste de compresión como una ventaja clave de sus sistemas de materiales FFKM.

Al comparar compuestos, siempre debe comprobarse la temperatura real del ensayo, la duración, el porcentaje de compresión, la geometría de la muestra y el estándar de ensayo. Los valores de compresión determinados en diferentes condiciones no deben ser comparados directamente.

El FFKM está disponible en varios niveles de dureza. Los valores comunes de Shore A pueden ser aproximadamente 70, 75, 80 y 90. La dureza influye en la fuerza de instalación, la resistencia a la extrusión, la estanqueidad a baja presión, la tolerancia de las ranuras y la presión de contacto.

Los compuestos más blandos pueden proporcionar una mejor conformación superficial, una fuerza de ensamblaje más baja y un buen contacto a baja presión, pero pueden presentar un mayor riesgo de extrusión. Los compuestos más duros pueden ofrecer una mejor estabilidad dimensional y una resistencia a la extrusión a alta presión, pero pueden requerir una mayor fuerza de instalación y tolerancias más estrictas en los orificios de la junta.

Seleccione la dureza junto con la presión, el espacio de extrusión, la sección transversal del anillo de O, el diseño de la ranura y la temperatura.

El FFKM se puede fabricar en muchas geometrías de sellado.

Los sellos personalizados se pueden diseñar a partir de dibujos, muestras existentes, dimensiones de las ranuras o los requisitos completos de la aplicación.

El FFKM es un material de calidad, pero no es automáticamente la opción de sellado más adecuada.

El FFKM no debe evaluarse únicamente en función del precio de compra. Una comparación más útil considera el coste total del sistema de sellado durante su vida útil requerida.

En un caso simple de aplicación estática en el que el FKM funciona de forma fiable durante años, la actualización puede no aportar un gran beneficio económico. El FKM se vuelve más atractivo cuando falla repetidamente, el tiempo de inactividad es costoso, la sustitución requiere desmontar el equipo, la contaminación es inaceptable, los ciclos de limpieza son agresivos, la temperatura del proceso es extrema o los intervalos de mantenimiento deben ampliarse.

No pregunte solo: “¿Cuánto cuesta el sello FFKM?” Pregunte: ¿Cuál es el coste total del sistema de sellado durante su vida útil requerida?

Utilice la herramienta de verificación rápida que se encuentra más abajo para descubrir las preguntas que requieren la mayor atención. Se trata de una herramienta de planificación de aplicaciones; no se trata de una calificación específica ni de una homologación técnica.

Esta es una comparación general únicamente. El rendimiento real depende del compuesto exacto y de las condiciones de funcionamiento.

FFKM es un perfluoroelastómero desarrollado para los entornos de sellado más exigentes en equipos industriales. Su estructura altamente fluorada y reticulada combina una resistencia química excepcional, una capacidad extrema a altas temperaturas, una recuperación elastomérica, una buena resistencia a la compresión y un rendimiento de sellado fiable.

Estas propiedades hacen que el FFKM sea particularmente adecuado para el equipamiento semiconductor, el procesamiento químico, los sistemas farmacéuticos, la industria aeroespacial, el petróleo y el gas, los sistemas de vacío y el equipo de alta temperatura. Sin embargo, el solo nombre de la familia no puede identificar la formulación más adecuada para aplicaciones de vapor, plasma, servicio a bajas temperaturas, pureza o descompresión rápida de gases.

Para aplicaciones críticas, especifique un compuesto de FFKM específico en lugar de simplemente escribir “FFKM” en el dibujo. El compuesto más adecuado es el que cumple con todos los requisitos de la aplicación, al tiempo que ofrece una vida útil aceptable y un coste total de funcionamiento.