Vergleich zwischen PTFE- und PFA-Verarbeitung

Seit einigen Jahren spielen Fluorpolymere in der chemischen Industrie und ähnlichen Industrien eine wichtige Rolle, um Anlagen und Geräte vor dem chemischen Angriff einer Vielzahl aggressiver Medien zu schützen.Dies liegt daran, dass sie eine wesentlich bessere chemische Beständigkeit und thermische Stabilität bieten als andere Kunststoffe oder Elastomermaterialien. Seit einigen Jahren spielen Fluorpolymere in der chemischen und ähnlichen Industrie eine wichtige Rolle beim Schutz von Anlagen und Geräten vor chemischen Angriffen durch ein breites Spektrum aggressiver Substanzen Medien.Denn sie bieten eine wesentlich bessere chemische Beständigkeit und thermische Stabilität als andere Kunststoffe oder Elastomermaterialien.

Nach der Entwicklung von PTFE eröffnete die Einführung des schmelzverarbeitbaren fluorierten Ethylen-Propylens (FEP) im Jahr 1960 völlig neue Anwendungsbereiche.PFA, ein Perfluoralkoxypolymer, das seit 20 Jahren erfolgreich als Auskleidungsmaterial eingesetzt wird, ist heute ein thermoplastischer Nachfolger von PTFE mit gleichwertiger thermischer und chemischer Beständigkeit und überlegenen Eigenschaften hinsichtlich Verarbeitbarkeit, Lichtdurchlässigkeit, Permeationsbeständigkeit und mechanischer Festigkeit .

In der chemischen Industrie werden beide Fluorpolymere – PTFE und PFA – hauptsächlich in Form von Auskleidungen eingesetzt.Für einfache Formen wie Rohre, Bögen, T-Stücke oder Reduzierstücke wird in der Regel PTFE verwendet;die applikation erfolgt mittels pastenextrusion, ramextrusion oder bandwickelung.Bei diesen Verfahren wird aus dem PTFE ein Vorformling hergestellt;Dieses wird dann gesintert und in das Metallwerkstück eingesetzt.Die Verwendung von PTFE zur Auskleidung kompliziert geformter Metallteile wie Ventile und Pumpen ist schwieriger.Dann ist isostatisches Formen das bevorzugte Verfahren.Dabei wird PTFE-Pulver in den Raum gefüllt, der zwischen dem Metallwerkstück und einem Gummibeutel entsteht, der speziell an die Form des auszukleidenden Bereichs angepasst ist.Das Pulver wird vorkomprimiert und dann kalt in die gewünschte Form gepresst.Abschließend wird der Gummibeutel entfernt und das ausgekleidete Teil in einem Ofen bei über 360 °C (680 °F) gesintert.

PFA, ein thermoplastisches Material mit einem genau definierten Schmelzpunkt, kann mittels Transferformen oder Spritzgießen verarbeitet werden.Das Granulat wird in einem Schmelztiegel oder im Extruder geschmolzen und anschließend durch eine hydraulische Presse in das heiße Werkzeug gedrückt.

Mit dieser Methode können sehr genaue Wandstärken mit Toleranzen von ?0,5 mm, auch bei engen Radien und Hinterschneidungen.Es ist praktisch keine mechanische Nachbearbeitung erforderlich, außer dem Entfernen des Angusses und dem Glätten der Passflächen der Flansche.

Beim isostatischen Formen ist jedoch – abhängig vom Grad der Kompliziertheit der zu füllenden Form – ein erheblicher mechanischer Nachbearbeitungsaufwand erforderlich, um die gewünschten Abmessungen präzise zu erreichen.

Insbesondere bei komplizierteren Formen wie Ventilgehäusen kann die Gleichmäßigkeit der Wandstärke stärker variieren.

Absorption und Permeation

Im Gegensatz zu Metallen nehmen Kunststoffe und Elastomere unterschiedliche Mengen der Medien auf, mit denen sie in Kontakt kommen.Dies ist häufig bei organischen Verbindungen der Fall.Auf die Absorption kann eine Permeation durch die Wandverkleidung folgen.Obwohl dies bei Fluorpolymeren selten zu beobachten ist, kann dem durch eine erhöhte Wandstärke oder durch den Einbau von Vorrichtungen zur Entlüftung des Raums zwischen der Fluorpolymerauskleidung und der Metallwand entgegengewirkt werden.Es hat sich eindeutig gezeigt, dass schmelzverarbeitete Fluorpolymere wie PFA hinsichtlich Permeation und Absorption bessere Barriereeigenschaften aufweisen als PTFE.

Vakuumbeständigkeit

Vakuumbeständigkeit ist erforderlich, da in geschlossenen Systemen, wie sie in der chemischen Verarbeitung weit verbreitet sind, ein Temperaturabfall ein Vakuum im System erzeugt, es sei denn, das System arbeitet bereits unter Atmosphärendruck.Bei der Verwendung von PFA ist es relativ einfach, eine ausreichende Vakuumfestigkeit der Auskleidung zu erreichen.Normalerweise ist die Auskleidung ?verankert?an der Metallwand mittels ?Schwalbenschwanz?Rillen oder Kanäle in der

letztere.

Bei kaltverformtem PTFE-Granulat ist eine sichere Verankerung der Auskleidung in der Metallwand schwieriger zu erreichen, da relativ große Kanäle erforderlich wären, um das PTFE-Pulver in die Rillen fließen zu lassen.Üblicher ist es daher, zwischen der PTFE-Auskleidung und dem Metallgehäuse Bindemittel zu verwenden.Aufgrund der antiadhäsiven Eigenschaften von Fluorpolymeren und der begrenzten thermischen Beständigkeit der Bindemittel weist PTFE jedoch nur eine begrenzte Vakuumbeständigkeit auf.

Die Qualitätskontrolle verhindert Risse und Hohlräume

Bei PTFE- und PFA-Auskleidungen wird die Spannungsfestigkeit gemessen, um Fehler zu erkennen.Mit dieser Methode werden Risse und Hohlräume, die sich durch das gesamte Material erstrecken, zuverlässig lokalisiert. Aufgrund des bekannten hohen spezifischen Widerstands von Fluorpolymeren werden jedoch keine Fehler angezeigt, die 1,5 mm oder mehr unter der Oberfläche beginnen (Abb. 5). .

Aus diesem Grund können auch weitere Prüfungen mit Ultraschallverfahren durchgeführt werden.Bei diesem Test wird der Abstand von der Oberfläche der Auskleidung zum Metallgehäuse gemessen.Es ist jedoch unzuverlässig, da es nicht die tatsächliche Auskleidungsdicke liefert, wenn Hohlräume oder Porosität vorhanden sind.Darüber hinaus ist die Anwendung dieser Methode bei kleinen Teilen oder kleinen komplizierten Formen mit Hinterschnitten und engen Radien unpraktisch.

Eine weitere Methode zur Überprüfung auf Oberflächenfehler wie Risse und Hohlräume ist der sogenannte „Met-L-Check“.Farbeindringverfahren.Diese Methode beschränkt sich jedoch nur auf die Erkennung von Oberflächenfehlern.

Chemische Struktur

PFA, das transluzent ist, kann zuverlässig optisch überprüft werden.Mit geeigneten Lichtquellen können Risse und Hohlräume unter der Oberfläche sichtbar gemacht werden.Mit Kaltlichtlampen und flexiblen Faserlichtleitern können schwer zugängliche Stellen in der Auskleidung untersucht werden.

Kostenvergleiche für Auskleidungen

Bezogen auf die Rohstoffpreise kostet PFA etwa dreimal so viel wie PTFE.

Dieser Nachteil kann jedoch in Abhängigkeit von Faktoren wie der zu bekleidenden Form, ihrer Größe, der Anzahl der zu bekleidenden Werkstücke und der verwendeten Bearbeitungsmethode ausgeglichen oder stark reduziert werden.Dies ist möglich, da PFA weder eine manuelle Prozessvorbereitung noch eine Nachbearbeitung mit entsprechenden Materialverlusten erfordert.

Der Einsatz von PFA zur Auskleidung sehr großer Teile wird nicht empfohlen, da der hohe Materialaufwand das Teil zu teuer machen würde.Ein weiterer zu beachtender Punkt sind die Werkzeugkosten, die sich nicht amortisieren

wenn nur wenige Teile ausgekleidet werden sollen.Darüber hinaus gibt es praktische Grenzen für das Gewicht des eingespritzten Materials, das Formmaschinen verarbeiten können.

Schlussfolgerungen

Mehr als 20 Jahre Erfahrung mit Auskleidungen verschiedener Teile, z. B. Ventil- und Pumpengehäuse, haben gezeigt, dass PFA zahlreiche Vorteile bietet, wenn eine hohe thermische und chemische Beständigkeit im Vordergrund steht.

Die mit PFA erzielbaren exakten und gleichmäßigen Wandstärken sind ein großer Vorteil, insbesondere bei Medien, die stark zur Diffusion neigen.

Praxiserfahrungen haben zudem gezeigt, dass PFA bessere Barriereeigenschaften aufweist als PTFE.

Bromhersteller berichten beispielsweise, dass die Eindringtiefe von Brom in PFA bei gleichen Betriebsbedingungen wie Zeit, Temperatur und Druck etwa ein Drittel geringer ist als in PTFE.

Andererseits wird PTFE immer noch häufig für Komponenten von Chemieventilen und anderen chemischen Verarbeitungsgeräten verwendet, bei denen Beständigkeit gegen Biegeermüdung erforderlich ist.

Typische Beispiele für solche Anwendungen sind Faltenbälge sowie Membranen in Ventilen und Pumpen.

Für Sitzringe, Stopfen, Dichtungen und ähnliche Teile ist PTFE ein geeigneter und wirtschaftlicher Werkstoff.

Ein aktueller Trend für solche Teile ist die Verwendung von modifiziertem PTFE, da dessen Dimensionsstabilität und Härte denen von Standard-PTFE überlegen sind.

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