FFKM: den richtigen Compound auswählen

Perfluorelastomere (FFKM) sind die chemisch und thermisch beständigste Klasse unter den Elastomeren. Sie sind teuer, oft die einzige technisch tragfähige Lösung, und sie sind nicht alle gleich. Wer FFKM auswählt, muss verstehen, welcher Compound zu welcher Anwendung passt. Dieser Beitrag gibt einen Überblick über das FFKM-Programm, das wir gemeinsam mit unserem langjährigen FFKM-Partner für unsere Kunden bereitstellen, und erklärt, welcher Werkstoff sich für welches Einsatzgebiet eignet.

Was ist FFKM und wo grenzt es sich gegenüber FKM ab?

FFKM (Perfluor-Kautschuk, Werkstoffkurzzeichen nach DIN ISO 1629, früher FFPM) ist eine Weiterentwicklung des bekannten Fluorkautschuks FKM. Der Unterschied liegt in der Polymerkette: Während FKM noch Wasserstoffatome im Backbone enthält, ist FFKM vollständig fluoriert. Üblicherweise besteht das Polymer aus Tetrafluorethylen (TFE) und Perfluormethylvinylether (PMVE) mit einer reaktiven Härtungsstelle.

FFKM: den richtigen Compound auswählen

Was ist FFKM und wo grenzt es sich gegenüber FKM ab?

Aus dieser vollständigen Fluorierung folgen zwei entscheidende Vorteile. Die Medienbeständigkeit ist extrem. Amine, polare Lösemittel, Heißdampf, Ethylenoxid, Propylenoxid und stark oxidierende Säuren werden ohne Quellung oder chemische Zersetzung ertragen, also genau die Medien, an denen FKM scheitert. Die Dauereinsatztemperatur liegt je nach Compound zwischen +210 und +310 °C, kurzzeitige Spitzen bis +325 °C sind möglich.

Der Preis dafür ist hoch. Ein FFKM-O-Ring kostet je nach Compound zwischen Faktor 30 und Faktor 200 eines vergleichbaren FKM-O-Rings. FFKM kommt deshalb nur dort zum Einsatz, wo FKM, EPDM oder PTFE-basierte Lösungen technisch nicht ausreichen. Typische Gründe sind aggressive Medien, hohe Dauertemperatur, lange Standzeiten ohne Service-Intervall oder regulatorische Anforderungen wie USP Class VI oder NORSOK M-710.

Unser FFKM-Programm im Überblick

Über unseren FFKM-Partner steht uns eine breite Palette an Compounds zur Verfügung, die wir bei Hänssler in alle marktüblichen O-Ring-Abmessungen und in Sonderformteile umsetzen. Die Bezeichnung der Compounds folgt meistens einem einfachen Schema: „G[Härte][Suffix]“. Beispiel G75TX bedeutet etwa 75 Shore A, TX-Compound für temperaturextreme Anwendungen. Die Suffixe geben die Anwendungsklasse an: „P“ steht für Halbleiter (Plasma/Vakuum), „S“ für Sanitary/Pharma, „LT“ für Tieftemperatur und „E“ für Energy/Öl & Gas.

Industrieanlage mit hohen Destillationskolonnen, isolierter Cold Box und weitläufigem Rohrleitungssystem.

Industrie und Chemie

Das größte Einsatzgebiet von FFKM ist die chemische Prozessindustrie. Für Standard-Anwendungen mit Säuren, Laugen, Lösemitteln und gemischten Medien decken die Compounds G70A, G75M, G75B, G75TX und G80A den Bedarf ab. G80A ist der Preis-Leistungs-Allrounder mit einer Dauereinsatztemperatur bis +260 °C. G75M ist die weichere Variante mit besonders gutem Verhalten in Dampf und Wasser. G75B (Härte 82 Shore A) eignet sich für heiße Amine, Vakuum und höhere mechanische Belastung. G75TX bietet den niedrigsten Druckverformungsrest (nur 8 %) und ist deshalb für Hochtemperatur-Chemie bis +275 °C dauer und +325 °C kurzzeitig das erste Mittel der Wahl.

Öl & Gas und Tieftemperatur

Für Öl- und Gasanwendungen gelten andere Spielregeln. Hier zählen vor allem zwei Eigenschaften: Beständigkeit gegen Rapid Gas Decompression (RGD, auch ED genannt) und Tieftemperatur-Flexibilität für Subsea-Einsätze. Drei spezialisierte Werkstoffe stehen für dieses Segment zur Verfügung:

G92E (90 Shore A): nach NORSOK M-710 und NACE TM 0297 qualifiziert, beständig gegen Methanol, Dampf und Öle.
Ice G75LT (75 Shore A): Tieftemperatur-FFKM mit einem Einsatzbereich bis -46 °C dauer, kurzzeitig sogar unter -80 °C.
Ice G90LT (90 Shore A): Kombination aus Tieftemperatur und RGD-Beständigkeit nach NORSOK M-710. Die Ice-Reihe ist im Markt für Subsea-Anwendungen seit Jahren etabliert.

Reinraum-Mitarbeiter inspiziert einen Wafer, eine Kollegin hält ein Tablet, in einer Halbleiterfertigung.

Halbleiter, Vakuum und Plasma

Die Halbleiterindustrie verlangt von Dichtungswerkstoffen Reinheit, niedriges Outgassing und Plasmabeständigkeit. Standard-FFKM mit anorganischen Füllstoffen scheidet dort aus, weil Füllerausschwemmung zu Partikelfreisetzung und Kontamination führt. Drei Compounds adressieren die typischen Halbleiteranwendungen:

G67P (65 Shore A, transluzent): ohne anorganische Füllstoffe. Geeignet für Lithographie, PVD, CVD, Etch und Stripping. Extrem geringe Ausgasung.
G74P (74 Shore A, transluzent): wie G67P, aber höhere Härte und Modul. Gute UV-Beständigkeit.
G75H (80 Shore A, offwhite): der spezialisierte Plasma-Werkstoff für O2- und Fluor-Plasma. Sehr geringe Helium-Leckrate, Dauereinsatz bis +250 °C, kurzzeitig +300 °C.

Pharma, Lebensmittel und Medizin

Für hygienisch sensible Anwendungen gibt es zwei spezialisierte Compounds. Beide sind weiß eingefärbt (das erleichtert die visuelle Kontrolle auf Verfärbung oder Kontamination) und tragen das nötige Paket aus FDA, USP Class VI, EG 1935/2004 und 3-A Sanitary 18-03 (Class 1).

G74S (75 Shore A, weiß): geeignet für CIP/SIP/WFI-Prozesse. USP Class VI ist bis +121 °C konform geprüft. Geeignet für statische und dynamische Dichtungen in Pharma, Lebensmittel- und Medizintechnik. ADI-frei und TSE/BSE-frei.
G75S (80 Shore A, weiß): höhere Härte, mechanisch bis +310 °C einsetzbar. Die USP-Konformität gilt allerdings nur bis +70 °C. Wer den Werkstoff im SIP-Bereich oberhalb dieser Temperatur einsetzen will, muss das eigenständig absichern.

Hinweis zu Temperaturgrenzen: Marketingangaben wie „bis +327 °C“ beziehen sich häufig auf kurzzeitige Spitzentemperaturen. Für die Auslegung mit Sicherheitsreserve ist immer der Dauerwert aus dem Einzeldatenblatt zu verwenden.

Auswahltabelle: welcher FFKM-Compound für welche Anwendung

Die folgende Tabelle gibt einen kompakten Überblick über die wichtigsten Compounds, ihre Einsatzbereiche und die jeweiligen Stärken. Für die finale Werkstoffauswahl im konkreten Anwendungsfall ist immer das aktuelle Datenblatt heranzuziehen, das wir Ihnen auf Anfrage zur Verfügung stellen.

Compound	Härte	Farbe	T-Bereich	Segment	Stärke / Einsatz
G70A	70 Shore A	schwarz	–15 bis +260 °C	Industrie	Allzweck, weichere Einstellung als G80A
G75M	75 Shore A	schwarz	–15 bis +210 °C, kurzfr. +260 °C	Industrie	Gute Dampfbeständigkeit, niedriger Druckverformungsrest
G75B	82 Shore A	schwarz	–15 bis +275 °C, kurzfr. +325 °C	Industrie	Heiße Amine, Vakuum, hohe mechanische Belastung
G75TX	75 Shore A	schwarz	–15 bis +275 °C, kurzfr. +325 °C	Industrie	Hochtemperatur-Chemie, DVR nur 8 %, geringe Ausgasung
G80A	80 Shore A	schwarz	–15 bis +260 °C	Industrie	Preis-Leistungs-Allrounder für Säuren, Amine, Lösemittel
G92E	90 Shore A	schwarz	–15 bis +260 °C	Öl & Gas	NORSOK M-710, NACE TM 0297, AED
Ice G75LT	75 Shore A	schwarz	–46 bis +250 °C	Öl & Gas	Tieftemperatur, kurzzeitig unter –80 °C
Ice G90LT	90 Shore A	schwarz	–46 bis +240 °C	Öl & Gas	Tieftemperatur kombiniert mit AED nach NORSOK M-710
G67P	65 Shore A	transluzent	–15 bis +275 °C	Halbleiter	Ohne anorg. Füllstoffe, Lithographie/PVD/CVD/Etch
G74P	74 Shore A	transluzent	–15 bis +240 °C, kurzfr. +275 °C	Halbleiter	UV-beständig, hohe Reinheit
G75H	80 Shore A	offwhite	–15 bis +250 °C, kurzfr. +300 °C	Halbleiter	O2- und F-Plasma, sehr geringe He-Leckrate
G74S	75 Shore A	weiß	–15 bis +210 °C, kurzfr. +260 °C	Pharma/Food	FDA, USP Cl. VI bis +121 °C, 3-A, CIP/SIP/WFI
G75S	80 Shore A	weiß	–15 bis +310 °C	Pharma/Food	FDA, USP Cl. VI bis +70 °C, 3-A, EG 1935/2004

Worauf sollte ich bei der Auswahl von FFKM achten?

Die Auswahl eines FFKM-Werkstoffs ist nie eine reine Datenblatt-Übung. Vier Punkte aus der Praxis verdienen besondere Aufmerksamkeit.

Temperatur richtig einordnen

Datenblattangaben unterscheiden zwischen Dauereinsatztemperatur und kurzzeitiger Spitzentemperatur. Marketingunterlagen nennen oft den Spitzenwert. Für eine belastbare Auslegung mit Service-Faktor verwenden Sie immer den Dauerwert. Bei zyklischer Belastung mit Lastspitzen ist zusätzlich die Häufigkeit und Dauer der Spitzen relevant.

Medium genau spezifizieren

FFKM ist die einzige Elastomerklasse, die ein breites Medienspektrum abdeckt. Trotzdem gibt es auch innerhalb der Familie Unterschiede. Fluoridhaltige Medien wie HF können Compounds mit anorganischen Füllstoffen angreifen. In diesem Fall sind die Halbleiter-Compounds G67P oder G74P (carbonfrei) die richtige Wahl, auch wenn die Anwendung selbst nichts mit Halbleitern zu tun hat.

Mechanik berücksichtigen

FFKM hat im Vergleich zu FKM eine geringere Bruchdehnung von typisch 100 bis 180 Prozent. Das ist bei der Montage über scharfe Kanten zu beachten. Für Hochdruck und Spaltextrusion sind die härteren Compounds (G92E, Ice G90LT mit 90 Shore A) zu wählen. Eine zu hohe Verpressung in Verbindung mit hoher Temperatur führt zu beschleunigtem Druckverformungsrest.

Zulassungen prüfen

FDA, USP, EG 1935/2004 und 3-A sind compound- und temperaturspezifisch. Die USP-Zulassung ist immer an einen Temperaturbereich gebunden, eine Aussage „USP Class VI“ ohne Temperaturlimit ist unvollständig. Für Trinkwasseranwendungen nach KTW-BWGL oder DVGW W270 ist eine separate Konformitätsbestätigung beim Hersteller einzuholen, weil diese Zulassungen in den FFKM-Datenblättern oft nicht ausgewiesen sind.

Wann ist FFKM nicht die richtige Wahl?

Bei aller Faszination für die herausragenden technischen Eigenschaften lohnt der Blick auf die andere Seite. Es gibt Anwendungsfälle, in denen FFKM überspezifiziert ist und nur die Kosten steigert, ohne einen messbaren Vorteil zu liefern.

In trockener Luft bei Temperaturen bis +200 °C reicht ein qualitativ guter FKM in der Regel aus. Auch bei Mineralölen, Hydraulikfluiden und Kühlschmierstoffen ist FKM oft die richtige Wahl, sofern keine Sauergasanteile oder hohen Daueraustragstemperaturen vorliegen. Für reine Heißwasseranwendungen unterhalb +120 °C ist EPDM (Peroxid vernetzt) wirtschaftlich überlegen. Für reines Kohlenwasserstoff-Service ohne Aminzusätze ist HNBR oder Spezial-FKM eine vertretbare Alternative.

Wer FFKM aus Vorsicht („dann passt’s auf jeden Fall“) einsetzt, zahlt einen erheblichen Aufpreis. Der Mehrpreis lässt sich nur dann rechtfertigen, wenn entweder ein technisches Argument vorliegt (Medium oder Temperatur außerhalb FKM-Bereich) oder ein wirtschaftliches (deutlich längere Standzeit ohne Service-Intervall).

Lagerung und Lebensdauer von FFKM

FFKM ist bei der Lagerung unkritisch. Ein Ozonangriff, der bei Naturkautschuk oder NBR die Lagerdauer begrenzt, findet bei FFKM praktisch nicht statt. Die ISO 2230 nennt für FFKM eine empfohlene Lagerdauer von zehn Jahren bei sachgemäßer Lagerung in dunkler, trockener Umgebung bei Temperaturen unter +25 °C.

In der realen Anwendung wird die Lebensdauer von Temperaturhöhe, Medium und mechanischer Belastung bestimmt. Eine seriöse Lebensdaueraussage benötigt entweder Erfahrungswerte aus vergleichbaren Anwendungen oder einen beschleunigten Alterungstest. Pauschale Aussagen wie „10 Jahre Standzeit“ sind ohne Bezug zu Temperatur und Medium nicht belastbar.

Sie sind unsicher, welcher Werkstoff der richtige ist?

Die Werkstoffauswahl bei FFKM ist eine Frage der konkreten Anwendung. Temperatur, Medium, Druck, Bewegung, Standzeit, Reinheit, Zulassungen und Wirtschaftlichkeit greifen ineinander. Eine pauschale Empfehlung gibt es selten. Wir beraten Sie gerne zur Werkstoffauswahl auf Basis Ihrer konkreten Anwendung. Beschreiben Sie uns Ihr Medium, den Temperaturbereich und die Einbausituation. Wir helfen bei der Festlegung des passenden Compounds und der geeigneten O-Ring-Geometrie.

Bei besonders kritischen Einsätzen empfehlen wir einen Tauchversuch im konkreten Medium oder einen RGD-Test mit der realen Druckabbau-Rate. Datenblattwerte sind Laborwerte, die reale Anwendungsbedingungen häufig nicht eins zu eins abbilden.