Cos’è il materiale FFKM? Proprietà, applicazioni e guida alla scelta

FFKM è la denominazione ASTM per perfluoroelastomeri materiali. La denominazione lo distingue dalle altre famiglie comuni di elastomeri.

FFKM non è un marchio specifico o un singolo composto. È una famiglia di materiali. I diversi produttori producono i propri composti con nomi commerciali diversi, e le formulazioni individuali possono presentare gamme di temperatura, resistenza chimica, durezza, tempo di compressione, flessibilità a basse temperature, resistenza ai plasma, resistenza al vapore, purezza e proprietà meccaniche significativamente diverse.

La prestazione del FFKM deriva dalla sua struttura polimerica altamente fluorata. Trelleborg descrive i materiali FFKM come polimeri in cui gli atomi di idrogeno nella struttura molecolare sono essenzialmente sostituiti dal fluoro. Una rete polimerica reticolata consente quindi al materiale di mantenere la resilienza elastomeroica, garantendo al tempo stesso inertia chimica e stabilità termica simili a quelle del PTFE.

Parker descrive i composti tipici di FFKM come basati su monomeri perfluorurati come il tetrafluoroetilene (TFE), l’eter di vinile perfluorometil (PMVE) e un monomero per la formazione della struttura di guarigione. Queste componenti sono interconnesse per creare un materiale di tenuta elastico.

Perché il fluoro è importante?

Le legami carbonio-fluoruro sono estremamente forti. La struttura altamente fluorata contribuisce alla resistenza al calore, all'ossidazione, alle sostanze chimiche aggressive, ai solventi, ai combustibili, agli acidi e a molti fluidi di processo reattivi. Questo è uno dei motivi per cui l'FFKM può resistere dove gli elastomeri convenzionali si gonfiano, si rompono, si ammorbidiscono o si induriscono rapidamente.

Sì. Il FFKM è un materiale elastomero, quindi, secondo la terminologia industriale, può essere considerato una gomma sintetica ad alte prestazioni. Le sue proprietà, tuttavia, sono molto diverse rispetto ai comuni materiali gommasi.

Queste caratteristiche consentono di realizzare componenti familiari come anelli a forma di O, guarnizioni, guarnizioni stampate su misura, guarnizioni per valvole, membrane e altre parti in elastomero. Questa elasticità è uno dei suoi maggiori vantaggi rispetto al PTFE.

FFKM e PTFE sono entrambi altamente fluorurati e offrono entrambe una resistenza chimica eccellente, ma si comportano in modo molto diverso meccanicamente.

FFKM e FKM sono entrambi elastomeri fluorurati, ma FFKM offre generalmente una maggiore resistenza chimica e una maggiore capacità di funzionamento a temperature estreme.

Il FKM offre un eccellente equilibrio tra resistenza chimica, resistenza al calore, proprietà meccaniche e costo. Il FKM viene solitamente scelto quando le condizioni operative vanno oltre tale equilibrio – ad esempio con solventi aggressivi, ammine calde, sostanze chimiche reattive, gas per processi a semiconduttore, processi chimici ad alta temperatura, applicazioni in cui è richiesta una protezione estrema contro la formazione di vapore o contro la contaminazione.

Trelleborg sottolinea che i gradi di FKM sono comunemente utilizzati a temperature comprese tra -20°C e 200°C, mentre formulazioni specializzate estendono questi limiti; mentre i materiali FFKM specializzati possono raggiungere temperature significativamente più elevate. Il punto importante non è che il FKM sia sempre “migliore”. Il FKM è significativamente più costoso e può rivelarsi il materiale più conveniente quando già soddisfa i requisiti chimici e termici dell’applicazione.

Una delle caratteristiche più interessanti del FFKM è la sua capacità di funzionamento a temperature elevate. Tuttavia, non esiste un intervallo di temperature universale per il FFKM.

Perché i valori di temperatura variano?

In ambito industriale, molti composti di FFKM operano a temperature superiori ai 250°C, mentre le varietà specializzate possono raggiungere valori compresi tra circa 320°C e 325°C (608°F e 617°F). Parker elenca formulazioni con resistenza termica fino a circa 320°C, mentre Trelleborg elenca varietà specializzate che raggiungono circa 325°C.

La portata utilizzabile dipende dalla formulazione del polimero, dal sistema di indurimento, dai filler, dalla durezza, dall’ambiente chimico, dall’esposizione continua o a breve termine, dalla pressione e dal fatto che l’operazione sia statica o dinamica. Un composto progettato per condizioni di temperatura e pressione estreme può non essere il materiale migliore per applicazioni a vapore, acqua calda, ammine, plasma o avviamento a basse temperature.

Valutate sempre la classe di temperatura del specifico composto FFKM secondo le condizioni di servizio previste.

Il FFKM è noto per le sue prestazioni ad alta temperatura, ma a basse temperature la situazione può essere più impegnativa. Con il calo della temperatura, gli elastomeri diventano più duri, meno flessibili e più lenti a riprendersi dopo la deformazione.

I composti FFKM per uso commerciale possono presentare limiti di temperatura molto diversi. Le formulazioni standard possono avere limiti più bassi intorno a circa -20°C, mentre i composti specializzati per applicazioni a basse temperature possono arrivare a temperature ben inferiori a questo. La gamma di materiali di Parker comprende, ad esempio, tipi di FFKM sviluppati specificamente per applicazioni a temperature più basse.

Per le applicazioni a basse temperature, gli ingegneri dovrebbero considerare la TR10, la temperatura di transizione del vetro, il recupero della tenuta, i test di perdita e la temperatura minima dinamica. Unicamente un intervallo pubblicato potrebbe non prevedere le prestazioni effettive della tenuta, pertanto è importante effettuare prove in condizioni di servizio a basse temperature.

La grande compatibilità chimica è uno dei principali motivi per cui gli ingegneri prescrivono FFKM. A seconda della formulazione esatta, un composto FFKM può offrire una resistenza eccellente a molti agenti aggressivi.

Il manuale sull’uso degli O-ring di Parker descrive il FFKM come un materiale che offre una compatibilità chimica eccezionalmente ampia con altri elastomeri, mentre Trelleborg descrive in modo analogo la famiglia come dotata di una resistenza chimica simile a quella del PTFE.

Il FFKM non dovrebbe essere considerato completamente resistente a ogni tipo di sostanza chimica in ogni condizione. Un composto può funzionare molto bene in un solvente e presentare un’eccessiva dilatazione in un altro.

Valutate sempre i media specifici alla temperatura di funzionamento effettiva.

La compatibilità chimica varia con la temperatura. Un composto che funziona bene in una soluzione a 25°C può degradarsi molto più rapidamente a 200°C.

Temperature più elevate possono accelerare l’indebolimento del polimero, le reazioni chimiche, l’indurimento, il rilassamento, la perdita di resistenza alla trazione, la solidificazione e l’estrazione degli ingredienti composti.

La domanda corretta è: Questo particolare composto di FFKM può resistere a questa sostanza chimica a questa concentrazione, temperatura, pressione e durata dell’esposizione?

Un O-ring viene compresso all’interno della sua scanalatura per ottenere una forza di tenuta. Nel tempo – soprattutto a temperature elevate – un elastomero può deformarsi in modo permanente e non riuscire a riprendere la forma originaria. Questo fenomeno è chiamato compression set.

Un’elevata pressione di compressione può causare una distensione permanente, una riduzione della forza di tenuta, perdite dopo lo spegnimento, perdite di vuoto e perdite durante il ciclo termico. I composti FFKM ad alte prestazioni sono spesso formulati specificamente per una pressione di compressione bassa a temperature elevate; Parker identifica la resistenza alla pressione di compressione come un vantaggio fondamentale dei suoi sistemi di materiali FFKM.

Quando si confrontano i composti, è sempre necessario verificare la temperatura effettiva del test, la durata, la percentuale di compressione, la geometria del campione e lo standard di prova. I valori di compressione misurati in condizioni diverse non devono essere confrontati direttamente.

Il FFKM è disponibile in diversi livelli di durezza. I valori comuni di Shore A possono essere di circa 70, 75, 80 e 90. La durezza influisce sulla forza di installazione, sulla resistenza all’estrusione, sulla tenuta a bassa pressione, sulla tolleranza delle scanalature e sulla pressione di contatto.

I composti più morbidi possono offrire una migliore conformità superficiale, una forza di montaggio inferiore e un buon contatto a basse pressioni, ma possono presentare un maggiore rischio di estrusione. I composti più duri possono offrire una migliore stabilità dimensionale e una resistenza all’estrusione a alta pressione, ma possono richiedere una maggiore forza di installazione e tolleranze più ristrette per la guarnizione.

Scegliete la durezza insieme alla pressione, al gap di estrusione, alla sezione trasversale dell'O-ring, alla progettazione della scanalatura e alla temperatura.

Il FFKM può essere prodotto in molte geometrie di tenuta.

Le guarnizioni personalizzate possono essere sviluppate a partire da disegni, campioni esistenti, dimensioni delle scanalature o requisiti completi relativi all’applicazione.

Il FFKM è un materiale di qualità superiore, ma non è automaticamente la scelta corretta per la guarnizione.

Il FFKM non dovrebbe essere valutato solo in base al prezzo di acquisto. Una comparazione più utile tiene conto del costo totale del sistema di tenuta nel corso della sua vita utile prevista.

In un'applicazione statica semplice in cui il FKM funziona in modo affidabile per anni, l'aggiornamento potrebbe non apportare molti benefici economici. Il FKM diventa più interessante quando il FKM non funziona correttamente per lungo tempo, i tempi di fermo macchina sono costosi, la sostituzione richiede lo smontaggio dell'apparecchiatura, la contaminazione è inaccettabile, i cicli di pulizia sono aggressivi, la temperatura del processo è estrema o gli intervalli di manutenzione devono essere estesi.

Non chieda solo “Quanto costa il sigillo FFKM?” Chieda: Qual è il costo totale del sistema di sigillatura durante la sua vita utile prevista?

Utilizzate lo strumento di screening rapido qui sotto per individuare le domande che meritano la massima attenzione. Si tratta di un supporto per la pianificazione delle applicazioni e non di un documento di qualificazione o di approvazione ingegneristica.

Si tratta solo di una comparazione generale. I risultati effettivi dipendono dal composto utilizzato e dalle condizioni operative.

FFKM è un perfluoroelastomero sviluppato per soddisfare le esigenze più esigenti nell’ambito della tenuta dei componenti industriali. La sua struttura altamente fluorata e reticolata combina un’eccezionale resistenza chimica, una capacità di funzionamento a temperature estreme, una buona rigenerazione elastomeroica, una buona resistenza alla compressione e prestazioni di tenuta affidabili.

Queste proprietà rendono i FFKM particolarmente adatti per l'utilizzo in apparecchiature a semiconduttore, processi chimici, sistemi farmaceutici, aerospaziali, petrolchimici, sistemi a vuoto e apparecchiature ad alta temperatura. Tuttavia, il solo nome della famiglia non è sufficiente a definire la formulazione migliore per applicazioni a vapore, plasma, a basse temperature, per la purezza o per la rapida decompressione dei gas.

Per le applicazioni critiche, è necessario specificare un particolare composto FFKM anziché scrivere semplicemente “FFKM” sulla documentazione tecnica. Il composto migliore è quello che soddisfa tutte le esigenze dell'applicazione, garantendo una durata di servizio accettabile e un costo operativo complessivo contenuto.