29.11.2019 PTFE richtig einsetzen

Überall da, wo extremere Anforderungen an ein Material gestellt werden und konventionelle Materialien an ihre Grenzen stoßen, eröffnet PTFE durch seine Medienbeständigkeit neue Potenziale. Damit ist es besonders für die Lebensmittel- und Pharma-Industrie interessant. PTFE wird aber auch in vielen anderen Branchen eingesetzt. Es hält extrem niedrigen wie auch hohen Temperaturen, Witterungseinflüssen, Ozon und UV-Strahlung stand. Rahmenbedingungen, die viele andere Polymere verspröden lassen, sind für PTFE-Dichtungen und -Formteile kein Problem. Lediglich flüssiges Natrium und Fluorverbindungen greifen diesen Kunststoff an. Zu den wichtigsten Eigenschaften zählen:

• eine Temperaturbeständigkeit von -200 °C bis +260 °C
• die chemische Beständigkeit gegenüber fast allen Medien
• absolute Antihaftung
• sehr gute elektrische Isolationseigenschaften
• der niedrigste Gleitreibungskoeffizient aller Feststoffe
• stabile Dielektrizitätskonstante bei Einsätzen im Hochfrequenzbereich

Doch bei so viel Licht, gibt es auch Schatten. So ist z.B. bei Dichtungslösung das ausgeprägte Fließverhalten dieses Werkstoffes zu berücksichtigen. Deshalb ist es wie bei allen Hochleistungswerkstoffen wichtig, die Einsatzbedingungen ganzheitlich zu erfassen, was auch die in den jeweiligen Branchen geltenden Normen und Regelwerke betrifft. Für einen effektiven Einsatz dieses Werkstoffes sind also Erfahrung und Know-how notwendig, insbesondere da in Projekten auch immer wieder neue Wege beschritten werden. Dichtungen und Formteile aus PTFE sind selten ein Standardprodukt. Auf Basis seiner langjährigen PTFE-Erfahrung kann Beichler + Grünenwald heute die vielfältigen Möglichkeiten des Werkstoffs PTFE nutzbringend für Anwender ausschöpfen und wirtschaftliche sowie auf den Kunden zugeschnittene Lösungen realisieren. Dazu zählen Halbzeuge, Formpressteile und Fertigteile, z.T. mit Dichtungsfunktion, Beschichtungen und Schweißtechniken.

Unternehmen suchen nach neuen Werkstofflösungen
Wachsende Anforderungen an viele Dichtungs- und Bauteillösungen führen in der Praxis dazu, dass immer mehr Unternehmen im Zuge ihres Qualitätsmanagements konventionelle bzw. bisher übliche Materialien auf den Prüfstand stellen und dann auf PTFE mit seinen vielen Varianten zurückgreifen. Eine immer größere Rolle spielen dabei Sonder-Compounds, d.h. für spezielle Anforderungsprofile werden PTFE-Compounds realisiert, die mit den Standard-Compounds nicht zu erfüllen sind. Dazu werden für kundenspezifische Anforderungen gezielt geeignete Zusatzstoffe ausgewählt und für Compound-Rezepturen verwendet, die mit ihren stofflichen und quantitativen Bestandteilen oft nur für ein einziges Anforderungsprofil Verwendung finden. Solche Anforderungsprofil können sein:
• Erhöhung der Lebensdauer einer dynamischen Dichtung mit einem speziellen Gleitpartner und einem bestimmten Medium
• Erfüllung definierter elektrischer Eigenschaften
• eine spezielle Farbe
• besondere mechanische Eigenschaften
• Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit
• branchenspezifische Anforderungen z.B. in der Medizin- oder Lebensmitteltechnik etc.

Für die Herstellung von Compounds werden sowohl die gängigen, nicht modifizierten als auch die modifizierten PTFE-Basismaterialien von namhaften Rohstoffherstellern verwendet. Die Palette der möglichen Zusatzstoffe umfasst eine Vielzahl von anorganischen Stoffen, wie Metalle, Farbpigmente, Mineralien und Mineralfasern, und auch hitzebeständige Naturstoffe und Kunststoffe. Dieser umfangreiche Baukasten aus nahezu unbegrenzt möglichen Kombinationen von Kunststoffen und Additiven erlaubt es, sowohl in speziellen Rezepturen als auch in bewährten Standardlösungen zu denken. Mit modernen Messund Prüfgeräten wird die Qualität der Compounds mit der Prüfung an selbst hergestellten und genormten Prüfkörpern untersucht. Die ermittelten Messwerte der mechanischen und physikalischen Eigenschaften werden bei jeder neuen Charge geprüft und mit den Sollwerten verglichen. Je nach Ergebnis wird die Charge freigegeben oder verworfen.

In Summe profitieren die Anwender damit von einem stetig wachsenden Wissenszuwachs und zunehmender Erfahrung im Umgang mit PTFE. So lässt sich PTFE heute mit hoch komplizierten Verarbeitungsverfahren in die gewünschten Formen bringen. Und auch wenn PTFE nicht spritzbar ist, lassen sich die benötigen Halbzeuge und Formteile heute wirtschaftlich und kostengünstig fertigen. Neben der Entwicklung neuer PTFE-Materialien gilt es also auch, – im Zusammenspiel mit Anwendern – die Fertigungsverfahren kontinuierlich weiterzuentwickeln und zu optimieren. Das reicht bis zum Schutz hochkomplexer Bauteile vor Produktpiraterie (Bild 1). Dazu können die Bauteile z.B. per Laser eindeutig signiert werden (Bild 2).

Projekte mit PTFE
Diese vielfältigen Aspekte und Möglichkeiten zeigen, welche Bedeutung Entwicklung, Konstruktion und eine ganzheitliche Beratung bei Projekten haben. Denn nicht jeder Anwender ist ein ausgesprochener Kunststoffspezialist. Häufig wurde zuvor mit anderen Materialien gearbeitet, bevor PTFE ins Spiel kam. Darum begleitet man Anwender von der Konstruktion über die Materialplanung und Prototypenfertigung bis hin zu Serie. Gemeinsam werden alle Parameter erarbeitet, geprüft und final optimiert, um am Ende das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Dabei verfolgt man einen ganzheitlichen Ansatz. So ist die Konstruktionsabteilung so ausgelegt, dass zu planende Teile bereits im Vorfeld auf Funktion und Haltbarkeit hin überprüft werden. Moderne CAD-basierte Prototypingverfahren erlauben in frühen Projektstadien die solide Beurteilung von Machbarkeit, Materialauswahl und Funktionalität. Dies führt in der Praxis regelmäßig zu Bauteiloptimierungen in der Entwicklungsphase.

Und ein weiterer Aspekt im Produkt-Life-Cycle wird berücksichtigt: PTFE erfordert besondere Sorgfalt bei der Entsorgung. Eine thermische Entsorgung, z.B. bei der Hausmüllverbrennung, setzt Flusssäure, eine Reihe PFCs oder Trifluoressigsäure frei. Viele dieser Stoffe sind als gesundheitsgefährdend eingestuft, werden nur schwer abgebaut und reichern sich in der Umwelt an. Die frei werdende Flusssäure kann auch Anlagen des Entsorgungsunternehmens beschädigen. Deshalb ist es wichtig, dass PTFE-Bauteile im Recycling-Prozess einfach getrennt und einer geeigneten Entsorgung zugeführt werden können. Auch dieser Aspekt sollte bei Projekten berücksichtigt werden. Im eigenen Unternehmen führt man jeden PTFE-Spahn der geeigneten Entsorgung bw. dem Recycling zu.

Fazit
Mit PTFE-Bauteilen lassen sich heute steigende Anforderungen in verschiedenen Branchen gut erfüllen. Der Einsatz erfordert allerdings eine ganzheitliche und veranwortungsbewusste Betrachtung über die ganze Wertschöpfungskette und damit Erfahrung und Know-how.

Fakten für Konstrukteure
• PTFE lässt sich heute an die unterschiedlichsten Projektanforderungen anpassen und bietet eine Reihe herausragender Eigenschaften
• Bei der Konstruktion der Bauteile sollte ein umweltgerechtes Recycling berücksichtigt werden.

Fakten für Einkäufer
• Mit PTFE-Bauteilen lässt sich eine hohe Anlagenverfügbarkeit erreichen, was teilweise zu deutlich verringerten Gesamtkosten beiträgt

Fakten für Qualitätsmanager
• PTFE-Bauteile können erheblich zur Qualitätssteigerung von Produkten beitragen.

Kontakt zum Autor