FKM O-RINGE | WERKSTOFFE EINFACH ERKLÄRT

#1 Werkstoffbeschreibung: FKM (Viton™) O-Ringe

Fluorkautschuk (FKM) zählt zu den Fluorelastomeren, die eine immer wichtigere Rolle für anspruchsvolle Anwendungen in der Dichtungstechnik einnehmen. Mit einem breiten Profil chemischer Beständigkeit und einem ausgedehnten thermischen Einsatzbereich eignet sich das Polymer für viele Anwendungen. Der Werkstoff behält seine Elastizität über lange Zeit bei und bietet so hohe Haltbarkeiten trotz anspruchsvoller Betriebsbedingungen. Damit stellt der Fluorkautschuk FKM eine wichtige Entwicklung auf dem Bereich der Dichtungswerkstoffe dar. Seit seiner Einführung in den 1950er Jahren finden FKM-Dichtungen dort Anwendung, wo hohe Temperaturen und aggressive Medien zusammenkommen.

#2 FKM im Kurzprofil

Hohe chemische Stabilität und die dauerhafte Leistungsfähigkeit bei hohen Temperaturen zeichnen FKM aus. Wegen seiner Eignung für extreme Bedingungen wurde der Werkstoff zuerst in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt. Bis heute stellt er dort in vielen Anwendungen seine Zuverlässigkeit unter Beweis.

Der Werkstoff FKM findet sich auf dem Markt auch unter alternativen Bezeichnungen. Dazu gehört der Handelsname Viton™. Dabei handelt es sich um ein geschütztes Warenzeichen eines etablierten Herstellers für High-Tech-Werkstoffe. Nur lizensierte Erzeugnisse aus Fluorkautschuk, die den Vorgaben des Unternehmens entsprechen, dürfen unter diesem Namen vertrieben werden. Weitere große Hersteller vertreiben ihre FKM-Compounds unter eigenen Markennamen.

FKM ist dagegen kein Markenname, sondern die normgerechte Bezeichnung für Fluorkautschuk. Darin stimmen die amerikanische ASTM D 1418 und DIN ISO 1629 überein. Anwender kennen den Werkstoff auch noch unter dem mittlerweile veralteten Kürzel FPM. Entscheidend für die Haltbarkeit in der Praxis ist viel weniger der Markenname der Erzeugnisse, sondern die Verwendung hochwertiger Compounds für FKM-Dichtungselemente.

#3 FFKM: Noch leistungsfähigere Alternative

Perfluorkautschuke (FFKM) stellen eine Weiterentwicklung von FKM dar. Sie kombinieren die chemischen Eigenschaften von PTFE mit dem Rückstellverhalten von FKM. Daraus ergibt sich ein besonders wertvolles Eigenschaftsprofil. So stellen vor allem fluorhaltige Verbindungen eine der seltenen Ausnahmen in der chemischen Beständigkeitsliste dar. Im Hochtemperaturbereich ist FFKM dem FKM noch einmal überlegen. Wegen der hohen Kosten des Materials kommt FFKM vor allem für extreme Bedingungen zum Einsatz. Diese herrschen in der Halbleiterindustrie, der Chemieindustrie oder bei präziser Messtechnik.

#4 Werkstoffeigenschaften

FKM-Werkstoffe basieren auf hochfluorierten Polymeren, die für die besondere Medienbeständigkeit und den breiten Temperaturbereich verantwortlich sind. Bei der Rezepturauswahl von FKM ist grundsätzlich zu beachten, dass ein höherer Fluorgehalt die chemische Beständigkeit verbessert. Im gleichen Zug büßt das Material allerdings an seiner Tieftemperatureignung ein. Jedoch können spezielle Werkstoffrezepturen diesen Konflikt teilweise auflösen.

#5 Temperaturbereich

Für Standard-Compounds liegen die Betriebstemperaturen in einem Bereich von -20°C bis 200°C. Zu beachten ist jedoch, dass die Temperaturgrenzen von FKM-Werkstoffen vom jeweiligen Kontaktmedium abhängen. FKM kann im Kontakt mit Schmierstoffen auf fossiler Basis Dauertemperaturen von bis zu 200°C ausgesetzt werden. Das gilt auch für den Kontakt mit Luft. An Wasser können nur besondere Werkstoffqualitäten einer Dauertemperatur von 130°C standhalten. Dichtungselemente aus FFKM erreichen vor allem an Wasser und Luft höhere Dauertemperaturen. Ist eine besonders hohe Beständigkeit gegen überhitzten Wasserdampf gefordert, sollte FFKM den Vorzug erhalten. Das ist beispielsweise bei aggressiven CIP-Prozessen in Hygienebranchen der Fall.

#6 Medienbeständigkeit

Das umfassende Beständigkeitsprofil macht FKM in vielen mechanischen Komponenten und Maschinen einsetzbar. Zu den wichtigsten Positionen auf der Beständigkeitsliste von FKM zählen:

  • Mineralöle und -fette
  • Pflanzliche und tierische Öle und Fette
  • Aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe
  • Kraftstoffe (Diesel, Benzin, methanolhaltige Kraftstoffe)
  • Chlorierte Kohlenwasserstoffe
  • Silikonöle und -schmierstoffe

Nicht beständig ist FKM dagegen vor allem im Kontakt mit Ammoniakgas, Aminen und Alkalien.

Die gute Alterungsbeständigkeit spricht für den Einsatz von Dichtungselementen aus FKM. Sie behalten lange ihre spaltüberbrückenden Eigenschaften und dichten die Bereiche zuverlässig gegeneinander ab. Dass FKM-Werkstoffe mit Schmierstoffen auf Mineralölbasis und Silikonbasis eingesetzt werden können, stellt einen Vorteil gegenüber anderen Kautschuken dar. Beispielsweise ist EPDM nicht kompatibel zu petrochemischen Schmiermitteln. Silikon-Kautschuke harmonieren hingegen nicht mit Silikonöl.

#7 Mechanische Eigenschaften

Eine weitere wichtige Werkstoffeigenschaft in der Dichtungstechnik stellt der mechanische Verschleiß dar. FKM zeigt ein gutes Abriebverhalten. In diese Gruppe fallen auch NBR und EPDM, die sich für leichte dynamische Anwendungen eignen.

Außerdem kommt FKM für Hochvakuum-Anwendungen zum Einsatz. In Sachen Gasdurchlässigkeit erreicht FKM ähnlich gute Werte wie Butyl-Kautschuk (IIR). Dieser Werkstoff erreicht jedoch häufig bereits bei 140°C an Luft seine Einsatzgrenze. Zu den Hochvakuum-Anwendungen zählen etwa Elektronenmikroskope, Beschichtungen mittels Gasphase-Abscheidung oder Massenspektrometer.

#8 Einsatzgebiete

FKM ist grundsätzlich für ein sehr breites Anwendungsgebiet geeignet. Die vergleichsweise hohen Kosten prädestinieren O-Ringe aus diesem Werkstoff jedoch für den Einsatz unter anspruchsvollen Betriebsbedingungen mit einem oder mehreren dieser Kriterien:
  • Beständigkeit im Hoch- und Tieftemperaturbereich
  • Medienbeständigkeit (u.a. Ozon, Sauerstoff, Mineralölprodukte)
  • Geringe Gasdurchlässigkeit

Gaseinrichtungen

Unter anderem sind FKM-Werkstoffe für den Einsatz als Abdichtung in Einrichtungen von Gasversorgung und Gasverbrauch zugelassen. DIN EN 549 legt die Anforderungen für diesen Einsatzbereich fest. Neben FKM kommen vor allem die Polymere NBR und VMQ zum Einsatz. Charakteristisch für den Betrieb sind hoher Druck und ein breiter Temperaturbereich. Die Dichtigkeit und die Beständigkeit im Kontakt mit dem Medium machen O-Ringe aus FKM daneben zu einer geeigneten Option für Sauerstoffarmaturen. FKM-Dichtungselemente sind für verschiedene druckbezogene Einsatzgrenzen erhältlich.

Automobilindustrie

Die Automobilindustrie stellt einen weiteren Einsatzschwerpunkt für FKM-O-Ringe dar. Im Bereich des Verbrennungsmotors findet FKM Anwendung im Kontakt mit Motoröl oder Kühlwasser. Im Kraftstoffsystem kommen Dichtungen aus FKM in Berührung mit Benzin und Diesel sowie Sonderkraftstoffen. Die Hersteller setzen Dichtungen aus FKM vom Tank über die Leitungen bis zum Einspritzsystem ein.

Lebensmittel- und Prozessindustrie

In Biomedizin- und Lebensmittelbereich stellt die Biokompatibilität eine unverzichtbare Eigenschaft von Dichtungswerkstoffen dar. Neben EPDM und TPE eignet sich FKM für Anwendungen dieser Art. Nicht nur im produktiven Betrieb, sondern auch bei der Sterilisation herrschen herausfordernde Bedingungen. Hohe Temperaturen und aggressive Medien beanspruchen die Dichtungswerkstoffe. Das gilt ebenso für den Einsatz in der Chemie- und Verfahrenstechnik. Weil die Betriebsbedingungen immer extremer werden, greifen die Anwender zunehmend zu besonders hochwertigen FKM-Compounds. Denn Standard-Fluorelastomere weisen Schwächen gegenüber Heißdampf und gängigen CIP-Medien auf.  

#9 FKM-Werkstoffe für Spezialanwendungen

Unterschiedliche Rezepturen von FKM lassen die gezielte Einstellung der Eigenschaften auf den vorgesehenen Anwendungsbereich zu. FKM-O-Ringe sind entsprechend mit verschiedenen Shore-Härten und Temperaturbereichen erhältlich. Angepasste Rezepturen können den Temperaturbereich gegenüber Standard-FKM vor allem nach unten erweitern. Statt -25°C zeigen diese Compounds eine Eignung für Tieftemperaturen bis -50°C. Ausgehend von Standard-Rezepturen mit 75 Shore A lassen sich Härten von 60 bis 90 Shore A einstellen.

Industriespezifische Qualitäten

Daneben ist abhängig vom Einsatzbereich auf industriespezifische Freigaben zu achten. Beispielsweise sind FKM-O-Ringe aus FDA-konformen Werkstoffen für den Lebensmittel- und Arzneimittelbereich geeignet. Weitere Anpassungen in der Zusammensetzung von FKM-Werkstoffen können unter anderem die Beständigkeit gegenüber Wasser-Glykol-Gemischen oder Biokraftstoffen optimieren.

Oberflächenbeschichtungen und Verbunddichtungen

FKM-Qualitäten können für eine vereinfachte Montage mit Beschichtungen ausgerüstet werden. Eine reibungsoptimierte Oberflächenschicht verhindert, dass die Dichtungselemente miteinander verkleben. Sie lassen sich auch einfacher in die Montageposition bringen. Eine solche Beschichtung erleichtert die manuelle und die automatische Montage gleichermaßen. Der Vermeidung montagebedingter Schäden am O-Ring kommt eine hohe Bedeutung für dessen Haltbarkeit zu. Anders als Öle oder ähnliche Hilfsstoffe führt eine feste und trockene Beschichtung nicht zu Verunreinigungen von Maschinenteilen oder Produkten.

FKM eignet sich nicht nur zur Herstellung von O-Ringen. Daneben sind auch Gummi-Metall-Dichtungen mit FKM realisierbar. Diese kommen vor allem an Flanschverbindungen mit Kontakt zu verschiedensten Medien zum Einsatz

#10 Fazit: FKM als Standard für anspruchsvolle Anwendungen

Medienverträglichkeit, Temperaturbeständigkeit und dauerhafte mechanische Eigenschaften machen FKM zu einem Dichtungswerkstoff, der herkömmlichen Kautschuken weit überlegen ist. In anspruchsvollen Anwendungen ersetzt FKM beispielsweise die verbreiteten Dichtungswerkstoffe EPDM oder NBR. FKM-Rezepturen für spezifische Anwendungen weisen noch einmal bessere Eigenschaften auf. Daneben stehen für extreme Einsatzbedingungen Dichtungen aus FFKM zur Verfügung. Sie sind jedoch deutlich kostenintensiver.

Luke Williams
Luke Williams

AUTOR DER DICHTUNGSAKADEMIE

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