La pregunta que los ingenieros deberían hacerse antes de usar FFKM para una función de sellado que puede ser peligrosa en caso de fuga es: ¿Realmente es necesario usar FFKM aquí?

El proceso de sellado consta de varias etapas. Puede exponerse a un disolvente caliente, limpiarse con vapor y enfriarse entre los ciclos de producción. En ese caso, el material del sellado es fundamental, ya que determina si la función de sellado se mantendrá tras la exposición a diferentes condiciones.

Los anillos de sellado FFKM se consideran únicamente cuando los elastómeros convencionales no ofrecen la resistencia química o térmica adecuada. Los FFKM combinan la elasticidad de un sello con una estructura polimérica altamente fluorada. Los FFKM resultan ser la solución de sellado más económica en aplicaciones críticas donde la fuga es un factor determinante.

El FFKM también pertenece al grupo de elastómeros conocidos por sus precios excepcionalmente altos. Por lo tanto, sus grados no deben considerarse intercambiables. Una especificación bien pensada debe plantear dos preguntas: ¿Es realmente necesario el FFKM, dado que se puede utilizar un FK M adecuado u otro elastómero? En caso afirmativo, ¿qué compuesto de FFKM se ajusta a la exposición requerida?

¿Qué diferencia a FFKM de FKM?

El perfluoroelastómero, según la clasificación utilizada en la norma ASTM D1418, se denomina FFKM. Por lo tanto, FFKM es la designación y no el nombre del compuesto en sí. Dependiendo de la combinación de cargas, agentes reticulantes y formulaciones, se pueden modificar las propiedades de deformación permanente por compresión, el rendimiento a altas temperaturas, la resiliencia a bajas temperaturas, el nivel de pureza y la resistencia química específica.

La fluoración, al nivel presente en el FFKM, le confiere la resistencia química necesaria incluso frente a los fluidos más agresivos. Parker afirma que el FFKM posee propiedades químicas comparables a las del PTFE y la elasticidad del FKM. Si bien los elastómeros pueden deformarse, envejecer, etc., deben comprimirse de forma controlada.

Es un hecho que se debe seleccionar una solución de sellado FFKM cuando existen combinaciones de condiciones químicas/de temperatura que pueden causar un problema de sellado, es decir, hinchazón inaceptable, endurecimiento, deformación permanente por compresión o pérdida de propiedades en materiales menos costosos, o cuando el sellado puede tener un proceso limpio o un tiempo de inactividad más prolongado, lo que justifica reemplazar el sellado de menor valor por uno de alto valor.

Las calificaciones de temperatura necesitan contexto

Los valores máximos de temperatura flotante varían según el grado.

La guía europea de juntas tóricas de Parker establece un límite superior aproximado de unos 310 °C para la familia FFKM, mientras que los distintos proveedores de juntas tóricas indican límites superiores muy diferentes.

Para mayor seguridad, es necesario contrastar estas cifras con la formulación específica del material, ya que no son reglas generales.

Las juntas expuestas a temperaturas extremas se comportan de manera diferente bajo la influencia del calor y el tiempo. Un pico de calor breve es totalmente distinto a un aumento de temperatura constante. A esta temperatura elevada, pueden producirse deformaciones por compresión, degradación química y pérdida de propiedades físicas, que pueden agravarse con rapidez.

Es posible que la integridad del sello aún se mantenga, incluso cuando comience a tener fugas, debido a que la fuerza de contacto se ha reducido considerablemente.

Sin embargo, no podemos ignorar las bajas temperaturas. Algunos materiales FFKM fluorados son tan frágiles o poco elásticos a bajas temperaturas que resultan incompatibles con las uniones en frío. Generalmente, los rangos de resistencia al frío impresos para los fluoroelastómeros son más estrechos que el rendimiento en frío que un material de alta calidad espera. Quizás la condición determinante sea el arranque tras un apagado en frío.

La resistencia química depende del grado

Para garantizar la durabilidad y la fiabilidad, las juntas tóricas resistentes a los productos químicos deben seleccionarse en función del fluido de trabajo específico, en lugar de utilizar simplemente etiquetas generales como ácido/alcalino, disolvente/diluyente o limpiador/desinfectante, etc.

El nivel de concentración/potencia, la cantidad de líquido/humedad, la temperatura de exposición, la presión y otras impurezas pueden modificar la naturaleza de esta exposición. La resistencia química se puede estimar mediante una tabla de compatibilidad, pero esta no puede reproducir todas las combinaciones y situaciones posibles en las que puede estar presente un fluido.

El acero decapado es uno de los muchos materiales y productos químicos que requieren una cuidadosa consideración de su resistencia a sus efectos de diversas maneras. En algunos casos, los materiales se han adaptado para estas situaciones, mientras que en otros no se han elegido para su uso en la solución de decapado. Los fluidos fluorados, al igual que algunas aminas o ésteres, también pueden ser problemáticos para ciertos elastómeros en contacto con ellos. El término elastómeros fluorados no garantiza que el material sea adecuado. Es necesario encontrar los grados correctos.

La comparación pública demuestra por qué la elección del compuesto es importante.

Una empresa publicó una comparativa sobre los resultados de sus pruebas de inmersión en diversos procesos de fabricación de células fotovoltaicas, utilizando juntas tóricas AS568 K214 de fluoroelastómero. Tras sumergir el material en hidróxido de potasio al 30 % a 80 °C durante 168 horas, se observó un aumento de volumen del 66,9 % y una fragilidad excesiva del material, según las mediciones de propiedades retenidas.

En las mismas condiciones, dos materiales de fluoroelastómero con perfluorocarbono (FFKM) analizados mostraron variaciones de volumen de aproximadamente un 0,3 % e incluso ligeramente inferiores, del -0,5 %. Estos resultados parecen respaldar el uso de FFKM como material adecuado para ese entorno químico, pero no determinan su vida útil en cada diseño de sello, presión o ciclo de proceso.

La misma publicación mencionaba una diferencia considerable entre las formulaciones de FFKM con ácido fluorhídrico al 49 % a 80 °C. Una formulación presentaba una variación de volumen del 1,6 %, mientras que la otra la variaba en un 13,1 %. Este último caso, en el que el FFKM muestra menor estabilidad química, evidencia que los materiales de la misma familia responden de forma diferente.

El objetivo es demostrar que las juntas tóricas resistentes a productos químicos deben seleccionarse en función de los datos específicos de cada compuesto. Las cifras proporcionadas por DuPont corresponden a resultados de laboratorio del proveedor, no a resultados de clientes de Yida; por lo tanto, las condiciones de prueba deben compararse cuidadosamente con la aplicación propuesta.

El diseño de la ranura aún mantiene el sellado.

Un compuesto de caucho ultrarresistente no servirá de nada si la ranura es incorrecta. La junta tórica debe comprimirse lo mínimo posible para que haga contacto sin generar una tensión innecesaria. La ranura debe tener suficiente holgura para que la expansión de la junta tórica causada por los cambios de temperatura no se vea obstaculizada y para que se pueda acomodar el cambio de volumen inducido por el fluido. Se debe verificar la acumulación de tolerancias en cada extremo de las dimensiones.

El acabado superficial influye en el nivel de fricción y en las vías de fuga. Una superficie rugosa desgastará el sello, mientras que si las marcas de mecanizado no son adecuadas para la dirección del flujo, la capa de sellado puede desgastarse más rápidamente. Los bordes afilados de instalación, los puertos y las roscas se protegen mejor con cables o manguitos de montaje.

La aplicación dinámica requiere una evaluación independiente. El movimiento alternativo o rotatorio produce calor, fricción y desgaste que las inmersiones estáticas no pueden detectar. El compuesto, la lubricación, las condiciones de la superficie, la velocidad y la presión deben probarse conjuntamente antes de poder afirmar con certeza la vida útil del ciclo.

Qué demuestran y qué no demuestran las normas

La norma ASTM D1418 estandariza las abreviaturas del caucho e incluye FFKM en su nomenclatura. Indica a los ingenieros el significado de la designación de la familia. No define un nivel de rendimiento, un rango químico ni una temperatura de servicio universales para FFKM.

La norma ASTM D471 proporciona métodos controlados para medir el efecto de los líquidos sobre el caucho. ASTM indica que el método genera datos comparativos y que estos podrían no correlacionarse directamente con el rendimiento real de la pieza, ya que las condiciones de servicio varían considerablemente. Esta limitación debe quedar reflejada en cualquier informe de ensayo.

La norma ASTM D395 mide la capacidad del caucho para conservar sus propiedades elásticas tras una compresión prolongada y se aplica principalmente a condiciones de tensión estática. Un buen resultado en la prueba de deformación permanente por compresión respalda la evaluación del material, pero no demuestra su resistencia a las fugas en una ranura específica.

La norma ISO 3601-3 define y clasifica las imperfecciones superficiales de las juntas tóricas estandarizadas y establece límites de aceptación. Ayuda a controlar la calidad del moldeado. No establece la compatibilidad química, la capacidad de temperatura ni la vida útil de un sistema de sellado ensamblado.

Una secuencia de aprobación práctica

Comience con un registro de la aplicación. Enumere cada fluido de proceso, su concentración y posibles mezclas. Añada lubricantes, agentes de limpieza y residuos. Registre las temperaturas mínima, continua y máxima, la presión, el nivel de vacío, el movimiento, el tiempo de ciclo y el intervalo de mantenimiento previsto.

A continuación, evalúe los compuestos candidatos utilizando datos del proveedor y pruebas de inmersión específicas. Utilice el fluido real cuando la seguridad y el control lo permitan. Mida los cambios en las propiedades que afectan al diseño y acuerde los límites de aceptación antes de realizar las pruebas, en lugar de juzgar el resultado posteriormente.

Inspeccione las dimensiones y el estado de la superficie del molde según el plano. Ensamble las piezas utilizando el método de producción y los herrajes de acoplamiento adecuados. Confirme que la junta tórica no esté retorcida, cortada ni pellizcada, y que el lubricante y las herramientas de instalación sean los correctos para el proceso previsto.

A continuación, someta el conjunto sellado a ciclos térmicos, de presión y químicos representativos. Mida las fugas u otra función definida durante las etapas exigentes. Tras las pruebas, inspeccione si hay deformación permanente, grietas, extrusión, adherencia, depósitos o corrosión superficial.

Los sellos para temperaturas extremas también deben revisarse tras cualquier cambio en el compuesto, el proveedor, el curado, el postcurado, las herramientas o las dimensiones críticas. Un cambio que parezca insignificante en los registros de compra puede alterar el comportamiento de compresión, la limpieza o la respuesta química.

Cuándo un mayor costo de los materiales puede tener sentido

La compra de equipos de mantenimiento preventivo (FFKM) puede justificarse cuando una falla en el sello puede contaminar un producto valioso, generar un riesgo para la seguridad, interrumpir un proceso continuo o requerir un acceso difícil al equipo. En estos casos, el precio de compra debe compararse con la mano de obra de mantenimiento, la pérdida de producción y las consecuencias de la falla.

Puede resultar difícil justificar su uso cuando las condiciones de servicio son moderadas, el reemplazo es sencillo y un material FKM de eficacia probada ya cumple con el intervalo requerido. Un análisis de la aplicación debe identificar qué riesgo invalida la opción de menor costo. Sin esa justificación, el uso de materiales de alta calidad se convierte en una suposición en lugar de una decisión de ingeniería.

Las juntas FFKM personalizadas pueden ser adecuadas cuando una junta tórica estándar no ofrece la geometría, la disposición de la empaquetadura o la integración necesarias. El diseño personalizado también aumenta la necesidad de revisión dimensional, control de herramientas y pruebas de la pieza terminada, ya que los datos del catálogo pueden basarse en una muestra estándar.

Trabajando con Yida

Dalian Yida Precision Rubber Products Co., Ltd. ofrece componentes de caucho de precisión personalizados, incluyendo juntas FFKM a medida para aplicaciones exigentes. Analizamos planos, condiciones de funcionamiento y requisitos de inspección para que las discusiones sobre materiales se centren en la pieza real.

La selección de materiales FFKM debe culminar con un compuesto aprobado y un plan de validación documentado. Ningún nombre de proveedor, abreviatura de polímero ni valor de temperatura máxima puede sustituir este trabajo. El mejor resultado se obtiene al ajustar el grado, la geometría y las condiciones de prueba a una posición de sellado claramente definida.

Una vez definidos estos detalles, las juntas tóricas de FFKM pueden ser una opción valiosa para entornos que superan la capacidad de los elastómeros convencionales. La decisión es más acertada cuando se basa en datos específicos del compuesto y en el rendimiento de la pieza terminada, en lugar de en la reputación de la familia de materiales.