FFKM vs FKM: Guida chimica, termica e costi

FKM e FFKM sono entrambi elastomeri fluorurati ad alte prestazioni utilizzati in applicazioni di tenuta esigenti. Tuttavia, non sono intercambiabili in tutti gli ambienti di utilizzo.

Le guarnizioni FKM offrono un efficace equilibrio tra resistenza alla temperatura, compatibilità chimica, prestazioni meccaniche e costi. Sono ampiamente utilizzate nell'industria automobilistica, aerospaziale, petrolifera e del gas, nell'industria idraulica e in altri settori industriali generali.

Le guarnizioni FFKM sono progettate per condizioni più estreme. Sono comunemente utilizzate quando le attrezzature sono esposte a mescole chimiche aggressive, elevate temperature di processo, vapore, vuoto, plasma o ambienti sensibili alla contaminazione.

La principale differenza è semplice:

Il FKM è solitamente la scelta più economica per applicazioni esigenti e controllate, mentre il FFKM è preferito quando l’attacco chimico, la temperatura estrema o il guasto della guarnizione potrebbero causare tempi di fermo inaccettabili o perdite di processo.

Questa guida confronta i sigilli FFKM e FKM in termini di resistenza chimica, capacità di funzionamento a temperature elevate, prestazioni meccaniche, durata e costo complessivo.

FFKM vs FKM a colpo d'occhio

Immobiliari	FKM O-raccordi	Frizioni FFKM
Famiglia di materiali	Fluoroelastomeri	Perfluoroelastomeri
Resistenza chimica	Ottimo contro molti oli, combustibili e sostanze chimiche	Resistenza più ampia alle sostanze chimiche aggressive e alle tecniche di media miste
Resistenza al calore tipica	Generalmente adatto a temperature superiori a 200°C, con limiti dipendenti dalla composizione del composto	Le temperature di funzionamento delle classi selezionate possono raggiungere i 300°C o più.
Prestazioni a basse temperature	I gradi standard sono limitati; sono disponibili anche gradi speciali	Spesso limitato se non si sceglie un composto a bassa temperatura
Resistenza al vapore e all'ammina	Richiede una scelta accurata dei composti	Le qualità adatte offrono una migliore resistenza
Prestazioni meccaniche	Spesso molto performante nelle applicazioni industriali in generale	Depende fortemente dalla composizione e dalle condizioni operative
Costo iniziale	Moderato	In misura sostanziale superiore
Il miglior utilizzo	Oli, combustibili, idrocarburi e esposizione chimica controllata	Prodotti chimici estremi, alte temperature e processi critici
Industrie tipiche	Automotive, aerospaziale, idraulica e industria generale	Semiconductor, lavorazione chimica, farmaceutica e sistemi a vuoto

Questi valori rappresentano piuttosto delle comparazioni generali e non dei limiti materiali universali. La performance sia del FKM che del FFKM dipende dal tipo di polimero, dal sistema di indurimento, dai filler, dalla durezza e dalla formulazione completa del composto.

Cos'è FKM?

FKM è la denominazione ASTM per una famiglia di fluoroelastomeri a base di fluorocarboni. A volte viene chiamata anche fluororubber.

“Viton®” è un marchio ben noto per determinati fluoroelastomeri, ma non dovrebbe essere usato come nome generico per tutti i composti FKM.

I materiali FKM sono disponibili in diversi tipi di polimeri. I diversi tipi sono formulati per migliorare proprietà quali:

• Resistenza al carburante
• Resistenza ai solventi
• Flexibilità a basse temperature
• Set di compressione
• Resistenza agli acidi
• Resistenza ai fluidi automobilistici aggressivi

Applicazioni comuni del FKM

Le guarnizioni FKM sono frequentemente utilizzate in:

• Sistemi di alimentazione dei carburanti per autoveicoli
• Motori e trasmissioni
• Componenti aerospaziali
• Pompe e valvole
• Sistemi idraulici
• Attrezzature per il petrolio e il gas
• Macchinari per la lavorazione chimica
• Compressori industriali

Il FKM viene spesso scelto perché offre una migliore resistenza al calore, al carburante e all’olio rispetto agli elastomeri convenzionali come il NBR, mantenendo al contempo una maggiore economicità rispetto al FFKM.

Cos'è il FFKM?

FFKM è la denominazione ASTM per i materiali in perfluoroelastomeri.

La struttura polimerica del FFKM è più completamente fluorata rispetto a quella del FKM convenzionale. Questa struttura conferisce al FFKM una resistenza chimica estremamente elevata, pur mantenendo il comportamento di tenuta elastica richiesto da un elastomero.

Il FFKM è spesso descritto come un composto che combina l’elasticità di tenuta dell’elastomero FKM con proprietà chimiche e termiche più simili a quelle del PTFE. Trelleborg, ad esempio, offre specifiche varianti di FFKM per applicazioni ad alta temperatura fino a 325°C, anche se questo limite non si applica a tutte le formulazioni di FFKM.

Applicazioni comuni del FFKM

Le guarnizioni FFKM sono utilizzate in apparecchiature critiche come:

Il FFKM viene generalmente utilizzato quando gli elastomeri convenzionali cedono troppo rapidamente o quando un guasto della guarnizione potrebbe contaminare un processo, danneggiare le attrezzature o interrompere la produzione.

Resistenza chimica: FFKM vs FKM

La compatibilità chimica è solitamente la differenza più importante tra FKM e FFKM.

Resistenza chimica FKM

Il FKM offre generalmente una resistenza eccellente a:

• Oli minerali
• Oli minerali
• Molti lubrificanti sintetici
• Benzina e gasolio
• Idrocarburi aromatici
• Ozone e l’erosione atmosferica
• Molti acidi
• Molte sostanze chimiche industriali

Tuttavia, i composti standard di FKM possono presentare prestazioni scarse in contatto con:

• Cetonne
• Estere
• Eterici
• Amini
• Fluidi alcalini forti
• Alcuni solventi polari
• Liquidi idraulici a base di fosfato ester
• Acqua calda e vapore

Le formulazioni speciali di FKM possono migliorare le prestazioni in alcuni di questi ambienti, ma non si dovrebbe automaticamente assumere che un FKM ad uso generale sia compatibile con tutti questi ambienti.

La resistenza chimica del FKM varia anche in base al tipo di polimero e al contenuto di fluoro. I FKM con più fluoro offrono spesso una migliore resistenza ai combustibili e ai solventi, mentre le varianti per temperature basse possono comportare compromessi in altre aree.

Resistenza chimica dei FFKM

Il FFKM offre generalmente una resistenza più ampia nei confronti di:

• Acidi forti
• Base solide
• Amini
• Cetonne
• Estere
• Solventi organici
• Prodotti chimici aggressivi per la pulizia
• Gas di processo reattivi
• Flussi chimici misti
• Fluidi di processo ad alta temperatura

Questa ampia compatibilità è uno dei motivi per cui il FFKM viene utilizzato nelle industrie chimiche e nell'attrezzatura per semiconduttori, dove la guarnizione può essere esposta a diversi prodotti chimici utilizzati nel processo o a mezzi di pulizia diversi.

Tuttavia, FFKM non significa che ogni grado sia universalmente resistente a tutti i prodotti chimici..

Alcuni composti di FFKM sono ottimizzati per:

• Servizio a temperatura elevata a secco
• Vapore e acqua calda
• Amini e fluidi alcalini
• Resistenza al plasma
• Riduzione della formazione di particelle
• Resistenza alla rapida decompressione del gas
• Conformità alimentare o farmaceutica

La scelta solo in base al nome “FFKM” può quindi portare a un sigillo inadeguato o inutilmente costoso.

Perché i cambiamenti di temperatura influiscono sulla compatibilità chimica

Un sigillo che funziona bene in presenza di una sostanza chimica a temperatura ambiente può degradarsi molto più rapidamente quando la stessa sostanza chimica viene riscaldata.

Temperature più elevate possono accelerare:

• Tassi di reazione chimica
• Infiammazione
• Raffreddamento
• Ammorbidimento
• Morte della resistenza alla trazione
• Set di compressione
• Estrusione del sigillo

DuPont sottolinea che i valori della temperatura misurati in aria secca possono diminuire quando un elastomero viene esposto a sostanze chimiche. Pertanto, la temperatura effettiva del processo e l’esposizione alle sostanze chimiche devono essere valutate insieme, anziché come parametri separati.

Per le applicazioni critiche, potrebbe essere necessario effettuare test di immersione nei media reali del processo. È necessario includere nella condizione di prova anche la concentrazione chimica, la contaminazione, il tempo di esposizione e la temperatura.

Resistenza alla temperatura: FKM vs FFKM

Il FFKM generalmente ha una capacità di temperatura massima superiore a quella del FKM, ma non si dovrebbe applicare un limite di temperatura universale a entrambe le famiglie di materiali.

Gamma di temperatura FKM

Molti giunti FKM possono operare in condizioni di temperatura superiori a 200°C in modo continuo. Alcune formulazioni speciali possono sopportare temperature più elevate, mentre le qualità FKM a bassa temperatura sono progettate per mantenere la flessibilità al di sotto della gamma operativa del FKM standard.

Un intervallo generale comunemente discusso per FKM è di circa:

• Prezzo basso: circa -20°C per molti composti standard
• Gamma continua superiore: circa 200°C a 230°C
• Capacità specializzata: dipendente dal composto, potenzialmente più alto o più basso

Queste cifre dovrebbero essere utilizzate solo per la fase iniziale di screening.

Il limite reale dipende da:

• Tipo di polimero FKM
• Sistemi di cura
• Durezza
• Medie chimiche
• Durata dell'esposizione
• Servizio statico o dinamico
• Ciclo di temperatura
• Pressione

Gamma di temperatura per FFKM

Sono disponibili vari gradi di FFKM per applicazioni ad elevate temperature.

Un intervallo di screening generale può includere:

• Prezzo basso: circa -25°C per alcuni gradi
• Classifiche comuni per temperature elevate: circa 250°C a 300°C
• Gradi specializzati: fino a circa 325°C

Trelleborg offre alcuni prodotti FFKM adatti al servizio a temperature fino a 325°C, mentre Parker propone specifiche qualità FFKM ad alte temperature con limiti intorno ai 320°C. Si tratta di caratteristiche specifiche dei prodotti e non devono essere interpretate come la valutazione di tutti i sigilli FFKM.

Temperatura continua vs temperatura massima

Gli acquirenti dovrebbero distinguere tra:

• Temperatura di funzionamento normale
• Temperatura massima continua
• Temperatura massima a breve termine
• Temperatura di avvio e spegnimento
• Temperatura di pulizia o sterilizzazione
• Temperatura minima di conservazione
• Temperatura minima di funzionamento

Un materiale che resiste a un breve picco di temperatura potrebbe non garantire una tenuta affidabile a quella temperatura in modo continuo.

Anche cicli ripetuti di temperatura possono essere più dannosi rispetto a un funzionamento stabile, poiché l’espansione e la contrazione alterano la pressione di serraggio della guarnizione e la pressione di contatto e lo stress all’interno della guarnizione.

Prestazioni a basse temperature

Il FFKM non è automaticamente migliore del FKM a basse temperature.

Entrambi i materiali possono diventare meno flessibili con la diminuzione della temperatura. Se il sigillo perde elasticità, potrebbe non adattarsi alle variazioni di movimento, alla variazione della superficie o alle variazioni della pressione, con conseguente perdita di tenuta.

Le speciali qualità di FKM a bassa temperatura possono offrire una flessibilità significativamente superiore rispetto alle qualità standard di FKM. Sono disponibili anche speciali compound di FKM a bassa temperatura, ma potrebbero presentare capacità chimiche o ad alte temperature diverse.

Per applicazioni a basse temperature, richiedete dati quali:

• Valore TR10
• Temperatura di transizione vetrosa
• Ritrazione a bassa temperatura
• Risultati dei test di fuga
• Temperatura minima di servizio sotto pressione

Un range di temperature pubblicato da solo potrebbe non essere sufficiente per prevedere le prestazioni reali di tenuta.

Prestazioni meccaniche e progettazione del sigillo

Il FFKM offre una resistenza chimica superiore, ma non è automaticamente superiore a tutti gli aspetti meccanici.

A seconda del composto, il FKM può offrire vantaggi in:

• Resistenza alla trazione
• Resistenza ai strappi
• Resistenza all'abrasione
• Indossabilità dinamica
• Facilità di installazione
• Opzioni di durezza economiche

Le prestazioni del FFKM sono fortemente influenzate anche da:

• Durezza della guarnizione
• Disegno a sezione trasversale
• Dimensioni del groove
• Compressione
• Permeabilità all'estrusione
• Finitura superficiale
• Pressione
• Ciclo di pressione
• Espansione termica

Il FFKM può presentare un comportamento di espansione termica diverso rispetto al FKM convenzionale. DuPont sottolinea che il coefficiente di espansione termica di alcune parti in perfluoroelastomeri può essere superiore a quello di un fluoroelastomeri con una durezza simile. La guarnizione deve garantire uno spazio sufficiente per l’espansione termica e per qualsiasi aumento chimico previsto.

Ciò significa che un sigillo FFKM non dovrebbe essere installato sempre come sostituzione diretta del materiale senza esaminare il design della guarnizione.

Applicazioni a pressione elevata

Nel servizio di gas ad alta pressione, sia le guarnizioni in FKM che quelle in FFKM possono essere vulnerabili alla rapida decompressione del gas.

Il gas può diffondersi nell’elastomero mentre il sistema è pressurizzato. Se la pressione viene rilasciata troppo rapidamente, il gas intrappolato si espande e può causare:

• Crepa interna
• Spettacolare
• Divisone
• Danni superficiali
• Fallimento della decompressione esplosiva

Le applicazioni che prevedono l'uso di CO₂ ad alta pressione, idrogeno, gas naturale o altri gas possono richiedere un composto specificamente testato per garantire una rapida resistenza alla decompressione del gas.

FFKM vs FKM Costo

Le guarnizioni FFKM hanno un prezzo di acquisto iniziale sostanzialmente più elevato rispetto alle guarnizioni FKM.

La differenza di prezzo è dovuta a fattori quali:

• Aumento dei costi del polimero greggio
• Composizione specializzata
• Processi di stampaggio più impegnativi
• Durcimento prolungato e post-curing
• Volume di produzione inferiori
• Controllo rigoroso della contaminazione
• Costi di qualità più complessi
• Testi applicativi specifici

Tuttavia, il sigillo con il prezzo di acquisto più basso non ha sempre i costi operativi più bassi.

Quando FKM è più conveniente dal punto di vista dei costi

Il FKM è generalmente la scelta economica migliore quando:

• I media di processo sono completamente compatibili con la classe di FKM selezionata
• Le temperature operative rimangono entro i valori indicati nella scheda tecnica
• La sostituzione della guarnizione è semplice e poco costosa
• Il tempo di inattività ha un impatto finanziario limitato
• La richiesta non richiede un'alta purezza
• Il sistema non è esposto a sostanze chimiche aggressive

In queste condizioni, scegliere FFKM può comportare un aumento dei costi senza apportare un significativo miglioramento della durata di servizio.

Quando FFKM può ridurre i costi totali

FFKM può offrire un migliore costo totale di proprietà nei seguenti casi:

• Le guarnizioni FKM si rompono frequentemente
• Il tempo di inattività dell'attrezzatura è costoso
• La sostituzione della guarnizione richiede una disassemblatura importante
• La contaminazione dei prodotti deve essere evitata
• I media chimici cambiano durante il processo
• Si effettua la pulizia a temperature elevate
• Il processo prevede l’utilizzo di vapore, ammine o solventi aggressivi
• Il guasto del sigillante può danneggiare attrezzature costose
• L'accesso alla manutenzione è difficile
• Sono necessari intervalli più lunghi di manutenzione preventiva

La comparazione corretta non è quindi semplicemente:

Prezzo del sigillo FKM vs prezzo del sigillo FFKM

Un calcolo più utile è:

Prezzo di acquisto del sigillo + costi di installazione + tempi di inattività della produzione + materiale perso + rischio per l'attrezzatura + frequenza di sostituzione

Un sigillo FFKM a prezzo più elevato potrebbe risultare meno costoso nel corso della sua vita utile se aumenta significativamente gli intervalli di manutenzione o impedisce un arresto non pianificato.

Quando scegliere il FKM?

Il FKM è normalmente il punto di partenza preferito quando l'applicazione riguarda:

• Oli minerali
• Combustibili
• Lubrificanti a base di idrocarburi
• Fluidi per autoveicoli
• Moderata esposizione chimica
• Temperature all'interno della classe FKM selezionata
• Sigillatura industriale generale statico o dinamica
• Volumi di produzione sensibili ai costi

Il FKM è disponibile in larga scala nelle dimensioni standard dei raccordi a sfera, nelle opzioni di durezza e nelle formulazioni specializzate.

Prima di selezionarlo, verificare la compatibilità con tutti i fluidi di processo, compresi gli agenti di pulizia e i contaminanti temporanei.

Quando scegliere FFKM?

FFKM dovrebbe essere considerato quando l'applicazione prevede:

• Prodotti chimici aggressivi o misti
• Elevate temperature continue
• Sterilizzazione a vapore
• Cicli di pulizia CIP o SIP
• Acidi o basi forti
• Amine, chetoni o solventi reattivi
• Gas per i processi di semiconduttori
• Esposizione al plasma
• Alto vuoto
• Requisiti di pulizia estremi
• Interruzioni di produzione estremamente costose
• Repetuti fallimenti dei guarnizioni in FKM

Il FFKM è particolarmente utile quando le condizioni di processo superano le capacità chimiche o termiche del FKM standard e il costo del guasto è molto più elevato rispetto al costo della guarnizione.

FKM o FFKM: checklist per la selezione

Prima di richiedere un preventivo, fornire al produttore del sigillo le seguenti informazioni.

1. Lista completa dei media

Includere:

• Liquido principale del processo
• Concentrazione chimica
• Agenti detergenti
• Lubrificanti
• Gas
• Contaminanti
• Liquidi lavabili

2. Condizioni di temperatura

Fornire:

• Temperatura minima di funzionamento
• Temperatura di funzionamento normale
• Temperatura massima continua
• Temperatura massima a breve termine
• Temperatura di pulizia o sterilizzazione

3. Condizioni di pressione

Includere:

• Pressione normale
• Pressione massima
• Livello di vuoto
• Ciclo di pressione
• Tasso di decompressione

4. Tipo di movimento del sigillo

Specificare se l'applicazione è:

• Statica
• Reciprocazione
• Rotary
• Oscillazione

Per le guarnizioni dinamiche, è necessario anche specificare la velocità, lo spunto e le condizioni di lubrificazione.

5. Dimensioni del sigillo e progettazione della guarnizione

Invia:

• Formato del sigillo
• Dimensioni del groove
• Permeabilità all'estrusione
• Finitura superficiale
• Disegno o campione
• Criteri di tolleranza

6. Requisiti normativi e di purezza

Identificare eventuali requisiti relativi a:

• FDA
• USP Classe VI
• Contatto alimentare nell'UE
• Purezza dei semiconduttori
• Extractables
• Contenuto di ioni metallici
• Generazione di particelle
• Tracciabilità batch

7. Aspettative sulla durata di vita

Spiegare:

• Durata attuale della guarnizione
• Intervallo di manutenzione desiderato
• Sintomi di un fallimento
• Costo del tempo di inattività
• Materiale sigillante precedente

Queste informazioni consentono al fornitore di raccomandare un composto specifico, anziché basarsi solo sul nome generico del materiale.

Costi comuni di selezione

Supponendo che tutti i FKM siano uguali

I composti FKM ad uso generale, ad alto tenore di fluoro, a bassa temperatura e speciali possono comportare prestazioni molto diverse.

Supponendo che tutti i FFKM siano universalmente compatibili

Il FFKM offre una vasta resistenza chimica, ma il sistema di indurimento e la formulazione sono comunque importanti.

La scelta avviene solo in base alla temperatura massima

L’esposizione chimica, la pressione e la durata possono ridurre la gamma di temperature utilizzabili.

Scegliere il FFKM solo perché è più costoso

Un prezzo più elevato per il materiale non garantisce prestazioni migliori in caso di abrasione, movimenti dinamici o utilizzo a basse temperature.

Ignorando i detergenti per la pulizia

Un sigillo può essere compatibile con il fluido di produzione, ma può non funzionare durante la pulizia o la sterilizzazione.

L'utilizzo del FFKM come sostituto diretto

L'espansione termica, la durezza e la gonfiatura chimica potrebbero richiedere una revisione della ghiandola.

Conclusione

Le guarnizioni FKM e FFKM offrono entrambe prestazioni di tenuta elevate, ma sono destinate a livelli di gravità operativa diversi.

Scegli FKM quando ne hai bisogno:

• Eccellente resistenza all'olio e al carburante
• Prestazioni affidabili a temperature elevate
• Buone proprietà meccaniche
• Un materiale di sigillatura industriale conveniente

Scegli FFKM quando ne hai bisogno:

• Compatibilità chimica più ampia
• Capacità di funzionamento a temperature estremamente elevate
• Resistenza ai mezzi di processo aggressivi o misti
• Migliore durata di servizio per le apparecchiature critiche
• Riduzione del rischio di contaminazione e tempi di inattività non pianificati

Non è possibile scegliere il materiale migliore solo in base alla temperatura. È inoltre necessario considerare la concentrazione chimica, la pressione, il movimento, le condizioni di pulizia, la progettazione della tenuta e i costi di manutenzione.

Per le applicazioni critiche, la decisione finale dovrebbe essere basata su una scheda tecnica specifica per il composto, sulla valutazione della compatibilità chimica e, se necessario, su prove effettuate nelle condizioni operative reali.

Domande frequenti

È FFKM uguale a FKM?

No. FKM è una famiglia di fluoroelastomeri, mentre FFKM è una famiglia di perfluoroelastomeri più completamente fluorurati. Il FFKM offre generalmente una maggiore resistenza chimica e alle temperature più elevate.

È la stessa qualità di Viton che quella di FFKM?

No. Viton® è un marchio associato principalmente ai fluoroelastomeri FKM. Il FFKM è una categoria di materiali diversa.

Il FFKM è resistente a tutti i prodotti chimici?

Non tutti i materiali sono automaticamente adatti a tutte le condizioni chimiche e operative. Le classi di FFKM offrono una resistenza ampia, ma la formulazione specifica, la temperatura, la concentrazione e il tempo di esposizione devono essere controllati.

Può la FFKM sostituire direttamente un O-ring in FKM?

A volte, ma non sempre. Sebbene la stessa dimensione standard possa essere disponibile, differenze nella durezza, nella dilatazione termica e nella compattazione chimica possono influire sulle prestazioni della ghiandola.

Quale è migliore per il vapore, FKM o FFKM?

Alcuni composti FKM specializzati sono resistenti alla presenza di vapore, ma i FKM ad uso generale possono degradarsi in presenza di acqua calda o vapore. Sono spesso preferite le specifiche varietà di FFKM resistenti al vapore per le severe condizioni di sterilizzazione e di processo.

Perché le guarnizioni FFKM sono più costose?

Il FFKM utilizza polimeri più costosi e richiede processi di compounding, stampaggio, indurimento e controllo qualità specializzati. Inoltre, i volumi di produzione sono generalmente inferiori rispetto a quelli del FKM standard.

Il FFKM vale sempre l'ulteriore costo?

No. Se un composto FKM adatto garantisce la durata di servizio richiesta, il FKM è normalmente più economico. Il FFKM diventa interessante quando frequenti guasti della guarnizione, tempi di fermo macchina, contaminazione o costi di manutenzione superano il prezzo di acquisto più elevato.

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