Worin besteht die Problematik?
Im Rahmen seiner Tätigkeit in der Produktion von Industriekesselanlagen hat einer unserer Kunden derzeit einen Streit mit seinem Lieferanten aufgrund eines Etikettierungsfehlers an Ventilen mit Manschetten.
Um jeden Zweifel an der Konformität der erhaltenen Materialien auszuräumen, möchte er bestätigen, dass die Dichtungen im Inneren der Ventile tatsächlich aus FKM (Fluorelastomer) bestehen – einem Material, das für seine hohe chemische und thermische Beständigkeit bekannt ist – und nicht aus EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Monomer), das eher für wässrige oder weniger aggressive Umgebungen geeignet ist, wie auf dem Etikett angegeben.
Um diese Studie erfolgreich durchzuführen, hat FILAB einen analytischen Ansatz mittels Fourier-Transform-Infrarotspektrometrie (FTIR) entwickelt, eine chemische Analysetechnik, mit der sich die Molekülstruktur zahlreicher Materialien identifizieren lässt, insbesondere bei der Untersuchung von Polymeren.
Die physikalisch-chemische Zusammensetzung der Ventilmanschettendichtung bestimmen
Ziel:
Dieser Schritt zielt darauf ab, zu bestätigen, dass das Ventil und die Dichtung, aus der es besteht, die erforderlichen Eigenschaften aufweisen, um das durch dieses Ventil strömende Medium zu transportieren, nämlich ein synthetisches Gas aus der Holzverkohlung, ein komplexes Gemisch, das insbesondere korrosive und flüchtige Verbindungen enthält.
Ein weiterer Zweck dieser Studie besteht darin, zu überprüfen, dass die Dichtung während ihres Einsatzes keine Schädigung erlitten hat.
Vorgehensweise:
Für diese Untersuchung wurde die Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie (FTIR) im Bereich von 4000 bis 400 cm-1 eingesetzt. Diese Technik besteht darin, die Probe einer Infrarotstrahlung auszusetzen: Jede Art chemischer Bindung absorbiert eine spezifische Wellenlänge, wodurch ein echtes „chemisches Fingerabdruck“ des Materials erhalten werden kann.
Mit dieser analytischen Technik erfolgt die Identifizierung des Materials in zwei Schritten.
Die charakteristischen Peaks werden extrahiert, um die entsprechenden Bindungen in Referenztabellen zu suchen. Anschließend wird das kontinuierliche Spektrum mit einer Spektrendatenbank verglichen, die es ermöglicht, die Art des Materials mittels Berechnungen zur maximalen Übereinstimmung präzise zu bestimmen.
Parallel dazu ermöglichte uns die FTIR-Analyse, eine mögliche ungewöhnliche Schädigung der Dichtung durch den Vergleich von gebrauchten Proben zu überprüfen.
Vergleichende Untersuchung der beiden Dichtungen - Konformitätsprüfung
Die an der Probe durchgeführte spektroskopische Analyse zeigt mehrere charakteristische Absorptionsbänder, insbesondere die Streckschwingungen der C-F- und C-C-Bindungen (zwischen 1393 und 1080 cm⁻¹), die Schwingungen vom Typ CF und CH (zwischen 829 und 720 cm⁻¹) sowie die Deformationen der CF₂-Gruppen (bei etwa 634 und 607 cm⁻¹).
Diese Signale sind charakteristisch für ein fluoriertes Elastomer. Die Gesamtheit der Ergebnisse erlaubt somit den Schluss, dass die analysierte Dichtung aus einem Material vom Typ FKM (Fluorelastomer) besteht, das aufgrund seiner chemischen und thermischen Beständigkeit häufig eingesetzt wird.
Vergleich des FTIR-Spektrums der Kundenprobe (blau) und einer Referenz vom Typ „FKM“ (schwarz).
Darüber hinaus wurde zur Bewertung einer möglichen ungewöhnlichen Schädigung ein Vergleich zwischen gebrauchten und neuen Dichtungsproben durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass die verwendete Dichtung dieselben chemischen Eigenschaften wie die neue Dichtung beibehält: Es wurde keine Veränderung oder Schädigung des Materials festgestellt.
Fazit der vergleichenden Untersuchung
Dank der Analyse mittels Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie (FTIR) konnten unsere Teams die genaue Art des Polymers bestätigen, aus dem die Dichtungen bestehen: Es handelte sich tatsächlich um ein FKM (Fluorelastomer) und nicht um ein EPDM, wie die Kennzeichnung des Lieferanten vermuten ließ.
Diese präzise Identifizierung ermöglichte es, alle Zweifel an der Konformität der Teile auszuräumen und die Hypothese eines Materialfehlers auszuschließen.
Der Vergleich zwischen neuen und gebrauchten Dichtungen zeigte außerdem keine signifikante chemische Schädigung: Das Material hat seine Eigenschaften über die Zeit vollständig behalten.
Unser Kunde konnte seine Produktion beruhigt fortsetzen, ohne Auswirkungen auf die Sicherheit oder die Leistung seiner Anlagen.
Eine Studie, die eindrucksvoll zeigt, wie die Materialcharakterisierung über die reine Kontrolle hinaus dazu beiträgt, eine industrielle Tätigkeit abzusichern und das Vertrauen zwischen Partnern zu bewahren
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