La problematica?
Nell’ambito della sua attività di produzione di centrali termiche industriali, uno dei nostri clienti sta attualmente affrontando una controversia con il proprio fornitore, a seguito di un errore di etichettatura su valvole dotate di manicotti.
Per fugare ogni dubbio sulla conformità dei materiali ricevuti, desidera confermare che le guarnizioni all’interno delle valvole siano effettivamente in FKM (fluoroelastomero) — un materiale noto per la sua elevata resistenza chimica e termica — e non in EPDM (Etilene-Propilene-Diene Monomero), più adatto ad ambienti acquosi o meno aggressivi, come indicato sull’etichetta.
Per portare a termine questo studio, FILAB ha sviluppato un approccio analitico mediante Spettrometria Infrarossa in Trasformata di Fourier (IRTF), una tecnica di analisi chimica che consente di identificare la struttura molecolare di numerosi materiali, in particolare nello studio dei polimeri.
Determinare la composizione fisico-chimica della guarnizione del manicotto della valvola
Obiettivo:
Questa fase mira a confermare che la valvola e la guarnizione che la compone presentino effettivamente le caratteristiche necessarie per trasportare il fluido che transita in questa valvola, ossia un gas sintetico derivato dalla carbonizzazione del legno, una miscela complessa contenente in particolare composti corrosivi e volatili.
L’altro obiettivo di questo studio è verificare che la guarnizione non abbia subito alcun degrado durante il suo utilizzo.
Approccio:
Per questo studio, la tecnica utilizzata è la Spettroscopia Infrarossa in Trasformata di Fourier (IR-TF) tra 4000 e 400 cm-1. Questa tecnica consiste nel sottoporre il campione a una radiazione infrarossa : ogni tipo di legame chimico assorbe una lunghezza d’onda specifica, il che consente di ottenere una vera e propria « impronta chimica » del materiale.
Con questa tecnica analitica, l’identificazione del materiale avviene in due fasi.
I picchi caratteristici vengono estratti per ricercare i legami corrispondenti nelle tabelle di riferimento. Lo spettro continuo viene quindi confrontato con un database spettrale che consente di determinare con precisione la natura del materiale, tramite calcoli di corrispondenza massima.
Parallelamente, l’analisi tramite IRTF ci ha permesso di verificare un’eventuale degradazione anomala della guarnizione mediante il confronto di campioni utilizzati.
Studio comparativo delle due guarnizioni - studio di conformità
L’analisi spettroscopica effettuata sul campione evidenzia diverse bande di assorbimento caratteristiche, in particolare l’allungamento dei legami C-F e C-C (tra 1393 e 1080 cm⁻¹), le vibrazioni di tipo CF e CH (tra 829 e 720 cm⁻¹), nonché le deformazioni dei gruppi CF₂ (intorno a 634 e 607 cm⁻¹).
Questi segnali sono caratteristici di un elastomero fluorurato. L’insieme dei risultati consente quindi di concludere che la guarnizione analizzata è costituita da un materiale di tipo FKM (fluoroelastomero), comunemente utilizzato per le sue proprietà di resistenza chimica e termica.
Confronto dello spettro IRTF del campione del cliente (blu) e di un riferimento tipo «FKM» (nero).
Inoltre, per valutare un’eventuale degradazione anomala, è stato effettuato un confronto tra campioni di guarnizioni in servizio e campioni nuovi. I risultati mostrano che la guarnizione utilizzata conserva le stesse caratteristiche chimiche della guarnizione nuova: non è stata rilevata alcuna alterazione o degradazione del materiale.
Conclusione dello studio comparativo
Grazie all’analisi realizzata mediante Spettroscopia Infrarossa in Trasformata di Fourier (IRTF), i nostri team hanno potuto confermare la natura esatta del polimero costituente delle guarnizioni: si trattava infatti di un FKM (fluoroelastomero) e non di un EPDM, come lasciava intendere l’etichettatura del fornitore.
Questa identificazione precisa ha permesso di sciogliere ogni dubbio sulla conformità dei pezzi ed escludere l’ipotesi di un errore di materiale.
Il confronto tra guarnizioni nuove e guarnizioni usate ha inoltre mostrato l’assenza di un degrado chimico significativo : il materiale ha conservato tutte le sue proprietà nel tempo.
Il nostro cliente ha potuto proseguire serenamente la propria produzione, senza impatti sulla sicurezza né sulle prestazioni dei propri impianti.
Uno studio che illustra perfettamente come la caratterizzazione dei materiali consenta, al di là del semplice controllo, di mettere in sicurezza un’attività industriale e di preservare la fiducia tra i partner.
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Domande frequenti
Come verificare se una guarnizione industriale è in FKM o in EPDM?
La spettroscopia infrarossa a trasformata di Fourier (FTIR) permette di distinguere una guarnizione in FKM da una in EPDM attraverso la sua firma chimica. Il laboratorio esamina le bande di assorbimento del materiale e confronta lo spettro con riferimenti noti per identificare la famiglia di elastomeri. Scoprire l’analisi FTIR.
Quali segnali infrarossi permettono di riconoscere un FKM?
Un FKM presenta bande di assorbimento caratteristiche di un elastomero fluorurato, associate in particolare ai legami carbonio-fluoro e ai gruppi CF₂. L’identificazione si basa sull’intero spettro infrarosso e sul confronto con un riferimento noto, per confermare l’attribuzione a un materiale di tipo FKM.
Come ricercare una degradazione chimica su una guarnizione già utilizzata?
Il confronto degli spettri FTIR di una guarnizione nuova e di una in servizio consente di ricercare variazioni della struttura chimica. Nello studio presentato da FILAB non sono state rilevate modifiche chimiche significative tra i campioni confrontati. Il risultato riguarda le caratteristiche accessibili con questa analisi.
Quali conclusioni ha fornito lo studio FILAB sulle guarnizioni delle valvole?
Lo studio ha confermato che le guarnizioni analizzate erano in FKM, nonostante un’etichettatura che faceva supporre EPDM. Anche il confronto tra guarnizioni nuove e usate non ha evidenziato degradazioni chimiche significative. Questi risultati hanno fornito al cliente elementi oggettivi per chiarire la discrepanza di etichettatura con il fornitore.
Come verificare se il materiale di una guarnizione è adatto al fluido trasportato?
La verifica della compatibilità di una guarnizione considera la natura del materiale, la composizione del fluido e le condizioni di esposizione, in particolare temperatura e durata del contatto. L’identificazione del polimero può essere completata da prove rappresentative dell’utilizzo, per ricercare eventuali alterazioni. Approfondire la compatibilità materiale/fluido.