Quando si progettano guarnizioni per applicazioni complesse, l’O-ring deve essere un elemento fondamentale. La scelta dell’O-ring giusto per gli ambienti difficili determinerà il successo o il fallimento della tenuta. Può essere difficile trovare un O-ring ben progettato e realizzato con il materiale giusto per l’ambiente in cui si opera, ma si può iniziare considerando i principali fattori che influiscono sulla tenuta, tra gli altri:
- Temperatura
- Esposizione/contaminazione chimica
- Vapore
- Pressione
- Applicazioni dinamiche o statiche
- Disponibilità di materiali
Una volta determinati questi parametri, si può affrontare l’ostacolo successivo: la scelta del materiale dell’O-ring.
SCELTA DEL MATERIALE DELL’O-RING
A seconda dei parametri e dell’applicazione, alcune gomme o plastiche possono essere più adatte alle vostre esigenze. Abbiamo stilato un elenco di cinque idee comuni che si adattano meglio a varie applicazioni e punti di prezzo.
PERFLUOROELASTOMERI (FFKM)
Il perfluoroelastomero (noto anche come FFKM) è stato sviluppato per la prima volta negli anni Sessanta. È una gomma sintetica fluorurata a base di carbonio. L’FFKM è noto per la sua resistenza chimica e termica e per le sue elevate prestazioni. L’FFKM è la scelta tipica per molte applicazioni. Sebbene possa essere costoso, l’FFKM tende a durare più a lungo rispetto alle alternative inferiori, rendendolo più conveniente nel lungo periodo.
VANTAGGI:
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- Ha temperature elevate fino a circa 330°C e temperature inferiori fino a -45°C.
- Compatibilità chimica quasi universale
- Eccellente resistenza alla permeazione di gas e liquidi
- Eccellente resistenza agli agenti atmosferici e all’ozono
- Autoestinguente e non infiammabile in aria
- Proprietà di basso degassamento (basso contenuto di sostanze estraibili)
- Buone proprietà meccaniche, che migliorano le prestazioni di tenuta
- Idoneo per decompressione esplosiva, CIP (clean-in-place), SIP (steam-in-place), USP Classe VI e FDA
SVANTAGGI
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- L’FFKM non deve essere utilizzato con metalli alcalini fusi o gassosi.
- Costo più elevato
PER QUALI APPLICAZIONI IL FFKM È PIÙ ADATTO?
L’FFKM è più adatto per le applicazioni ad alta temperatura in cui altri materiali potrebbero fallire. L’FFKM è utilizzato in quasi tutti i settori industriali, ma soprattutto in quello petrolifero e del gas (dove le sue qualità di decompressione rapida dei gas e di decompressione esplosiva sono fondamentali), nelle applicazioni mediche e farmaceutiche (in quanto è in grado di resistere all’autoclave e alle radiazioni gamma) e nei semiconduttori.
Applicazioni
- Apparecchiature per cromatografia liquida
- Guarnizioni meccaniche
- Attrezzature per la verniciatura
- Pompe e valvole
- Carburanti e oli aerospaziali
Applicazioni dei semiconduttori:
- Spruzzatori, iniettori e reattori di sostanze chimiche
- Connettori, controlli e filtri
- Attrezzature petrolchimiche, gas acido
- Apparecchiature per la manipolazione e la spruzzatura dell’inchiostro
- Acidi e alchini inorganici e organici
- Chetoni, Esteri, Esteri, Eteri, Aldeidi
- Incisione
- LPCVD
- Litografia/traccia
- ECP
- Valvole di scarico
Denominazioni:
FFKM secondo la norma americana ASTM 1418) è l’equivalente di FFPM secondo la norma ISO/DIN 1629).
Alcuni dei nostri prodotti:
Isolast® PureFab™ FFKM di Trelleborg una delle applicazioni Trelleborg per i semiconduttori
FLUOROELASTOMERI (FKM)
Il termine FKM sta per fluoroelastomero (monomero di carbonio fluorurato). Questo tipo di materiale è stato sviluppato durante la Seconda Guerra Mondiale come antidoto alle perdite delle guarnizioni in nitrile che affliggevano gli aerei dell’epoca. I polimeri fluorurati sviluppati come soluzione a questo problema contengono legami fluorocarbonici chimicamente inerti che offrono una combinazione di prestazioni ad alta temperatura ed elevata resistenza chimica. Esistono due tipi principali di FKM:
FKM tipo 1 e tipo 2. Questi gradi sono stati commercializzati negli anni Cinquanta. Il contenuto di fluoro di questo materiale, che varia dal 26,7% al 67%, offre una maggiore resistenza chimica.
VANTAGGI:
- Ampia gamma di temperature a cui può resistere,
- Resistenza chimica, eccellente
- Resistenza agli agenti atmosferici e all’ozono, loro
- Maggiore resistenza alla combustione rispetto agli idrocarburi non fluorurati,
- Alta densità
- Sensazione di alta qualità
- Buone proprietà meccaniche
SVANTAGGI:
- Tendenza a gonfiarsi in solventi fluorurati
- Impossibile da utilizzare con metalli alcalini fusi o gassosi
- Prezzo più elevato rispetto ad altri idrocarburi non fluorurati
- Un rapido fallimento nella scelta del grado sbagliato, ecc.
Applicazioni
Le applicazioni del materiale FKM includono l’industria automobilistica, la lavorazione chimica, la produzione di petrolio e gas, i macchinari pesanti e le applicazioni aerospaziali.
Da non confondere:
I termini FPM, FKM e Viton® generano spesso confusione e interpretazioni errate. In realtà, tutti questi nomi corrispondono a un unico materiale di base: la gomma fluorurata.
FPM è l’abbreviazione internazionale secondo DIN/ISO, mentre FPM è l’abbreviazione internazionale secondo DIN/ISO.
FKM è la forma abbreviata della categoria dei fluoroelastomeri secondo lo standard americano ASTM.
Viton® è un marchio registrato di DuPont Performance Elastomers.
La differenza principale tra FKM e FFKM è che FKM offre un grado di versatilità inferiore rispetto a FFKM. L’FFKM può resistere a temperature relativamente più elevate rispetto all’FKM. Inoltre, l’FKM è più resistente alla combustione rispetto ai composti di idrocarburi non fluorurati, mentre l’FFKM è autoestinguente e non infiammabile in aria. Inoltre, in termini di applicazioni, l’FKM è utilizzato nel settore automobilistico, nella lavorazione dei prodotti chimici, nella produzione di petrolio e gas, nei macchinari pesanti, nelle applicazioni aerospaziali e così via, mentre l’FFKM è utile come accessorio comune nell’industria aerospaziale e automobilistica.
POLITETRAFLUOROETILENE (PTFE)
Il politetrafluoroetilene è noto anche come PTFE o con il nome commerciale di Teflon. Simile al FFKM, il PTFE ha un elevato peso molecolare di fluoro e carbonio. Tuttavia, il PTFE è una plastica dura e quindi anelastica e molto rigida, mentre l’FFKM è estremamente flessibile.
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VANTAGGI:
- Non viene intaccato dagli acidi, dagli alcali e dai solventi noti, garantendo la massima resistenza chimica.
- Basso coefficiente di attrito, che lo rende un’eccellente opzione antiaderente
- Intervallo di temperatura molto ampio, da –200°C a 250°C
- Chimicamente inerte
- Autopulente
- Durevole
- Non infiammabile
- Buona resistenza alla corrosione
- Elevata resistenza elettrica
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SVANTAGGI:
- Molto duro; pertanto, ha un set di compressione scarso.
- Non possono essere cementati
- Non può essere saldato
Applicazioni del PTFE
Il PTFE è più adatto per applicazioni che non richiedono un’elevata resistenza alla compressione, ma un’eccellente resistenza chimica e termica. Tra questi vi sono i dispositivi medici, i rivestimenti e il controllo dei parassiti. Funziona bene anche a temperature bassissime, come nell’industria aerospaziale e automobilistica.
ETILENE PROPILENE (EPDM)
L’etilene propilene (EPDM) è un copolimero estremamente durevole che offre una resistenza al freddo tra le migliori disponibili.
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VANTAGGI:
- Eccellente resistenza all’ozono, alla luce solare e agli agenti atmosferici
- Resiste a temperature estremamente basse, con una temperatura di esercizio fino a -50°C (con un massimo di 150°C).
- Si comprime bene
- Alta resistenza alla lacerazione, all’abrasione e al vapore acqueo
- Aderisce molto bene al metallo
- Funziona bene con gli adesivi
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SVANTAGGI
- Non va d’accordo con carburanti, oli e solventi non polari.
Applicazioni EPDM
L’EPDM è uno dei tipi di gomma più versatili e più adatti alle applicazioni esterne. È altamente resistente all’invecchiamento, anche se esposto alle condizioni esterne più aggressive: vapore, raggi UV, ozono, salnitro o condizioni atmosferiche estreme. Le lastre EPDM mantengono le loro proprietà anche se sottoposte a un’ampia gamma di differenze di temperatura. Di conseguenza, viene costantemente utilizzato nell’industria generale e nelle applicazioni edilizie, automobilistiche, marine e all’aperto, e persino nelle gamme alimentari, come il FoodPro di Trelleborg.
GOMMA NITRIGLICA BUTADIENE (NBR) o Buna-N
La gomma nitrile butadiene (NBR) o Buna-N è uno degli elastomeri più diffusi sul mercato. Inventato negli anni ’30 in Germania da BASF. È molto diffuso in molte applicazioni grazie al suo basso costo e ai suoi ampi vantaggi. L’NBR può essere una soluzione potenziale per gli ambienti difficili, come le applicazioni estremamente abrasive.
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VANTAGGI:
- Eccellente resistenza all’abrasione.
- Buona compressione
- Buona resistenza allo strappo
- Buona resistenza ai solventi non polari
- Buona resistenza all’acqua
- Buona resistenza all’olio
- Più economico dei fluoroelastomeri
- Buona resistenza alle basse temperature fino a -54°C
- Buona resistenza agli oli e ai carburanti
- Basso costo
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SVANTAGGI:
- Scarsa resistenza all’ozono, alla luce solare e agli agenti atmosferici
- Resistenza limitata alle alte temperature
- Bassa resistenza alla fiamma
Applicazioni NBR
L’NBR (gomma nitrilica) o Buna-N è universalmente utilizzato nelle applicazioni di tenuta di base perché è a basso costo e offre molti vantaggi oltre alle sue proprietà fisiche. Lo vediamo spesso nelle applicazioni automobilistiche, nel trattamento e nella filtrazione dell’acqua, nelle piscine e nelle spa.
In ambienti difficili, l’NBR eccelle nel settore aerospaziale e in altre applicazioni a bassa temperatura. Funziona bene anche in applicazioni dinamiche, dove altri polimeri potrebbero fallire.
E quale sarebbe la decisione?
In ambienti difficili, la prima cosa da fare è scegliere il materiale giusto per l’O-ring, ma ci sono molte altre considerazioni da fare. Potrebbe essere necessaria una forma o una dimensione diversa da quella originariamente prevista. Anche se inizialmente si era pensato all’NBR per il suo prezzo, è possibile che si guasti così spesso che un O-ring in FFKM avrebbe potuto farvi risparmiare fin dall’inizio, anche con un investimento iniziale maggiore.
La cosa migliore da fare per prendere una decisione definitiva è collaborare con un esperto di sigillatura che possa offrire competenza e soluzioni personalizzate. Prendiamo ad esempio il caso di un produttore di recipienti ad alta pressione che si è rivolto ai nostri ingegneri Marco Rubber per trovare una soluzione.
Avevano bisogno di una guarnizione per un recipiente ad alta pressione e ad alta temperatura che doveva resistere a 20.000 PSI e a temperature fino a 550°F. Come ulteriore difficoltà: doveva inserirsi in una normale scanalatura per O-ring senza anelli di supporto.
Il nostro team è stato in grado di identificare uno dei nostri composti perfluoroelastomeri per alte temperature, il Markez Z1028, che può resistere a temperature fino a 600 °F. I nostri esperti hanno anche identificato alcuni componenti di progettazione che potrebbero essere migliorati per evitare la formazione di una fessura di estrusione nelle giunzioni metalliche ad alte temperature.
Apportando queste modifiche e utilizzando la mescola Markez consigliata, il produttore ha ottenuto un giunto funzionale che ha superato tutti i test richiesti ed è stato messo in funzione.
La nostra linea FFKM di Trelleborg è stata la soluzione per molti produttori. Disponiamo di composti adatti a quasi tutte le esigenze, tra cui uno prodotto, pulito e confezionato in camera bianca per requisiti di ultra-purezza. È disponibile a una frazione del costo e dei tempi di consegna di altre formulazioni FFKM, con un tempo medio di consegna di 6-8 settimane.
