Vielfältige Anforderungen an Dichtungen für Biodiesel

FKM-Werkstoffe für den jeweiligen Einsatzfall optimiert

14. August 2007

Im Zuge der Diskussionen zum Klimawandel ist Biodiesel als alternativer Kraftstoff verstärkt in den Fokus geraten. Dieser Biokraftstoff wird weltweit aus unterschiedlichen Rohstoffquellen gewonnen - aus Soja in den USA, Raps in Europa oder aus Palmöl bzw. Jathropa in Asien. Diese unterschiedlichen Biodieselqualitäten haben unterschiedliche Einflüsse auf die eingesetzten Dichtungen haben. Die Dichtungswerkstoffe müssen daher allen weltweiten Anforderungen gerecht werden.

Dies ist eine Herausforderung für die Dichtungshersteller. Im Biodiesel sind Nebenprodukte aus dem Herstellprozess wie Glyceride, Methanol und ein geringer Anteil an Wasser enthalten. Aufgrund der Doppelbindungen in den Molekülen ist Biodiesel oxidationslabil und thermisch instabil, was zu Zersetzung führen kann. In der Hitze des Verbrennungsprozesses kann dies Polymerisationsreaktionen und Verharzungen verursachen. Je nach Rohstoffquelle dieser pflanzlichen Produkte kann die Zusammensetzung der Methylesteranteile der Säuren variieren (Abb. 1). Die Estergruppen dieser Biodieselkraftstoffe neigen zur Hydrolyse, so dass bei Mischungen von mehr als 5 % Biodiesel in konventionellem Diesel der steigende Wasser- und Säuregehalt im Blow-by-Gas oder auch der Eintrag von Biodiesel ins Motoröl zur Beeinträchtigung der Dichtfunktion, aber auch der Motorleistung führen kann.

Weltweit wurden in zahlreichen Ländern Normen für Biodiesel entwickelt, um dessen Qualität zu gewährleisten und das Kundenvertrauen in den neuen Kraftstoff zu stärken. Anfang 2002 wurde in den USA die Biodiesel-Norm ASTM D6751 eingeführt. Ferner wurde die Norm ASTM D6584 verabschiedet, mit der die Anteile des freien und gesamten Glycerins im Biodiesel festgelegt wurden. Auch in Österreich, der Tschechischen Republik, Frankreich, Deutschland (DIN E51606), Italien und Schweden wurden Biodiesel-Normen entwickelt. Die Deutsche Industrie-Norm diente als Ausgangspunkt für die Europäische Norm EN 14214, die im November 2003 als DIN EN 14214:2003 veröffentlicht wurde.

In rund 15 Jahren Forschungs- und Entwicklungsarbeit hat Freudenberg verschiedene Elastomerwerkstoffe entwickelt, die sich speziell für Dichtungen im Kontakt mit Biokraftstoffen und deren Gemischen eignen. Dieses Portfolio an Biokraftstoff-beständigen Werkstoffen reicht von speziell modifizierten Mischungen mit geringsten Quellungseigenschaften bis hin zu Dichtungen für dynamische Anwendungen, die eine optimierte Flexibilität auch bei - 40 °C aufweisen.

Als ideale Basis für alle diese Biokraftstoff-kompatiblen Werkstoffmischungen haben sich Fluorkautschuke erwiesen. Aufgrund des Fluorgehalts zeigen diese Polymere eine hohe chemische Beständigkeit gegenüber vielen Medien. So ist der entscheidende Vorteil aller FKM-Werkstoffe von Freudenberg deren geringe Volumenänderung im Kontakt mit Biokraftstoffen. Die Quellung liegt unter 6 % - für speziell modifizierte Compounds sogar unter 2 % - bei gleichbleibend guten mechanischen Eigenschaften.

Für Standard-Simmerringe hat sich der Werkstoff 80 FKM 8015 bewährt. Wird eine verbesserte Kältebeständigkeit z. B. für Membranen oder auch Verbundteile gefordert, kommt der Werkstoff 75 FKM 153740 zum Einsatz. Für geringstmögliche Quellung im Kontakt mit Biokraftstoffen wurde der Dichtungswerkstoff 70 FKM 156680 optimiert. Mit einer Volumenquellung von

Um verbesserte Tieftemperaturflexibilität mit guten Verschleißeigenschaften zu erzielen, werden maßgeschneiderte Fluorpolymere eingesetzt. Diese halten Einsatztemperaturen von bis zu - 30 °C stand. Für dynamische Anwendungen bei noch niedrigeren Einsatztemperaturen bis - 40 °C, z. B. als Membranen, steht der Spitzenwerkstoff 60 FKM 251452 zur Verfügung.

Für alle diese Biokraftstoff-kompatiblen Dichtungswerkstoffe liegen umfangreiche Prüfergebnisse von Beständigkeitsuntersuchungen vor, die durch Erfahrungen aus zahlreichen Flottentests abgerundet werden.