Stehen vor allem Flexibilität und Rückstellvermögen bei extrem niedrigen Temperaturen im Vordergrund, sollte zunächst Phenylsilikonkautschuk geprüft werden. Muss die Dichtung dauerhaft mit Benzin, Flugkraftstoff oder anderen Kohlenwasserstoffmedien in Kontakt stehen, ist in der Regel zuerst Fluorsilikonkautschuk zu bewerten.

Wenn beide Anforderungen gleichzeitig bestehen, reicht die einfache Regel „Phenylsilikon für tiefe Temperaturen, Fluorsilikon für Kraftstoffbeständigkeit“ jedoch nicht aus.

Bestimmte Phenylsilikonkautschuke können auch unterhalb von −100 °C flexibel bleiben, während die veröffentlichte untere Einsatztemperatur einiger Fluorsilikonkautschuke bei etwa −70 °C liegt. Nähert sich die Betriebstemperatur der unteren Temperaturgrenze des infrage kommenden Fluorsilikontyps oder unterschreitet sie diese, muss dessen Dichtfähigkeit bei tiefen Temperaturen geprüft werden – auch wenn gleichzeitig Kraftstoffbeständigkeit erforderlich ist.

Für welche Einsatzbedingungen eignet sich Phenylsilikonkautschuk?

Durch die Einführung eines geeigneten Anteils an Phenylgruppen in die Molekülkette des Silikonkautschuks kann die Kristallisationsneigung bei tiefen Temperaturen verringert und die Tieftemperaturflexibilität verbessert werden.

Ein höherer Phenylgehalt führt jedoch nicht automatisch zu besseren Tieftemperatureigenschaften. Entscheidend ist das Zusammenspiel von Phenylanteil, Struktur des Rohkautschuks, Füllstoffen, Härte und Vernetzungssystem.

Phenylsilikonkautschuk sollte vorrangig für folgende Anwendungen geprüft werden:

• Statische Dichtungen und flexible Verbindungen in extremer Kälte

• Tieftemperatur-Dämpfungselemente sowie biegebeanspruchte oder dynamische Bauteile

• Anwendungen, bei denen das Rückstellvermögen bei tiefen Temperaturen die wichtigste Anforderung ist

• Anwendungen ohne hohe Anforderungen an die Beständigkeit gegenüber Kohlenwasserstoffkraftstoffen oder mit bereits bestätigter Medienverträglichkeit

Der wesentliche Vorteil von Phenylsilikonkautschuk liegt in seinen Tieftemperatureigenschaften, nicht in seiner Kraftstoffbeständigkeit.

Gewöhnlicher Phenylsilikonkautschuk kann bei Kontakt mit Benzin, Diesel und bestimmten Kohlenwasserstoffmedien deutlich quellen und Veränderungen seiner mechanischen Eigenschaften zeigen. Ohne Prüfung im tatsächlichen Medium sollte er nicht direkt in Kraftstoff-Dichtungssystemen eingesetzt werden.

Auch bei nur kurzzeitigem Kontakt darf nicht automatisch davon ausgegangen werden, dass keine Probleme auftreten. Kraftstoffzusammensetzung, Temperatur, Kontaktdauer und die zulässige Maßänderung der Dichtung müssen ebenfalls berücksichtigt werden.

Für welche Einsatzbedingungen eignet sich Fluorsilikonkautschuk?

Fluorsilikonkautschuk enthält fluorhaltige organische Seitengruppen an einem Siloxan-Grundgerüst. Er wird typischerweise für Dichtungen eingesetzt, die sowohl Temperaturbeständigkeit als auch Beständigkeit gegenüber Kraftstoffen, Ölen, Lösemitteln oder anderen Kohlenwasserstoffmedien benötigen.

Zu den Anwendungen gehören Verbindungsdichtungen in Kraftstoffsystemen, Motordichtungen, Membranen und weitere Bauteile mit Anforderungen an Kraftstoff- und Ölbeständigkeit.

Für einige flüssige Fluorsilikonkautschuke werden Einsatztemperaturbereiche von etwa −70 °C bis 200 °C veröffentlicht. Gleichzeitig können sie gegenüber unpolaren Kohlenwasserstoffkraftstoffen, Ölen und Lösemitteln beständig sein. Dieser Bereich gilt jedoch für bestimmte Produktserien und darf nicht als allgemeiner Kennwert für alle Fluorsilikonkautschuke verwendet werden.

Fluorsilikonkautschuk sollte vorrangig für folgende Anwendungen geprüft werden:

• Dichtungen in Kraftfahrzeug- und Flugkraftstoffsystemen

• Bauteile mit dauerhaftem Kontakt zu Benzin, Diesel, Flugkraftstoff oder Kohlenwasserstoffölen

• Dichtungen, die Medienbeständigkeit mit einer gewissen Tieftemperaturflexibilität verbinden müssen

• Innenschichten von Kraftstoffschläuchen, Steckverbinderdichtungen, Membranen und Ventilbauteile

Fluorsilikonkautschuk ist jedoch nicht gegen jeden Kraftstoff, jedes Öl und jedes Lösemittel beständig. Aromatische Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Additive und die Temperatur des jeweiligen Mediums können Quellung und mechanische Eigenschaften verändern. Eine Prüfung mit dem tatsächlichen Medium bleibt daher erforderlich.

Worin unterscheiden sich die Tieftemperatureigenschaften?

Gemessen an den Leistungsgrenzen einiger verfügbarer Typen können spezielle Phenylsilikonkautschuke bei niedrigeren Temperaturen flexibel bleiben als konventionelle Fluorsilikonkautschuke. Für extreme Kälte bieten sie daher häufig einen größeren Auswahlbereich.

−60 °C oder −70 °C dürfen jedoch nicht als feste Grenze für alle Materialien angesehen werden. Unterschiedliche Typen werden mit verschiedenen Tieftemperaturprüfverfahren, Probengeometrien und Ausfallkriterien bewertet.

Kältesprödigkeitstemperatur, Glasübergangstemperatur, Tieftemperatur-Rückstelltemperatur und niedrigste Einsatztemperatur sind nicht untereinander austauschbar.

Nähert sich die Betriebstemperatur der angegebenen unteren Einsatzgrenze des infrage kommenden Fluorsilikontyps oder unterschreitet sie diese, sollten insbesondere folgende Eigenschaften geprüft werden:

1. Härteänderung bei tiefen Temperaturen

2. Rückstellvermögen bei tiefen Temperaturen

3. Kontaktdruck im komprimierten Zustand

4. Druckverformungsrest nach Tieftemperaturzyklen

5. Dichtleistung bei tiefen Temperaturen nach Kraftstofflagerung

Selbst wenn der Fluorsilikonkautschuk die Anforderungen an die Kraftstoffbeständigkeit erfüllt, ist damit seine Eignung als Tieftemperaturdichtung noch nicht nachgewiesen.

Welche Einsatzbedingungen müssen vor der Auswahl geklärt werden?

Temperaturbedingungen

Folgende Angaben sind erforderlich:

• Niedrigste Starttemperatur

• Dauerbetriebstemperatur

• Dauer der Tieftemperaturbelastung

• Auftreten wiederholter Warm-Kalt-Zyklen

• Statische oder dynamische Beanspruchung der Dichtung bei tiefen Temperaturen

• Definition des Ausfalls: Verhärtung, Rissbildung, unzureichende Rückstellung oder Leckage

Kontaktmedium

„Kraftstoff“ ist kein einheitliches Medium. Es muss genauer definiert werden:

• Benzin, Diesel oder Flugkraftstoff

• Gehalt an Ethanol, aromatischen Kohlenwasserstoffen oder anderen Additiven

• Dauerhafte Immersion, intermittierender Kontakt oder ausschließlich Kontakt mit Kraftstoffdämpfen

• Zusätzlicher Kontakt mit Schmieröl, Reinigungsmitteln oder Kühlmittel

• Medientemperatur und Betriebsdruck

Dichtungsbauform

O-Ringe, Membranen, Schläuche und Flachdichtungen haben unterschiedliche Ausfallkriterien:

• Bei O-Ringen sind Druckverformungsrest, Maßänderung und Rückstellvermögen besonders wichtig.

• Bei Membranen stehen Biegefähigkeit bei tiefen Temperaturen und Ermüdungsfestigkeit im Vordergrund.

• Bei Schläuchen sind Medienbeständigkeit der Innenschicht, Permeation und Haftung zwischen den Schichten entscheidend.

• Bei dynamischen Dichtungen müssen zusätzlich Reibung, Verschleiß und Schmierwirkung des Mediums berücksichtigt werden.

Kosten und Lieferbedingungen

Fluorsilikonkautschuk ist in der Regel ein kostenintensiver Spezialelastomer und häufig teurer als gewöhnlicher Phenylsilikonkautschuk. Der tatsächliche Preisunterschied hängt jedoch von Produkttyp, Formulierung, Bestellmenge und Bezugsquelle ab und sollte nicht mit einem pauschalen Multiplikator angegeben werden.

Bei der Auswahl sollten außerdem folgende Punkte geprüft werden:

• Materialkosten pro Bauteil

• Mindestbestellmenge

• Lieferzeit

• Chargenkonstanz

• Erforderliche Änderungen an Werkzeugen oder Verarbeitungsprozessen

• Wartungs- und Stillstandskosten bei Materialversagen

Der Rohstoffpreis allein darf nicht ausschlaggebend sein. Dichtungsrisiken sollten nicht zugunsten niedrigerer Materialkosten ignoriert werden.

Wie sollte zwischen beiden Materialien gewählt werden?

Phenylsilikonkautschuk vorrangig prüfen

Phenylsilikonkautschuk eignet sich für Anwendungen mit sehr niedriger Minimaltemperatur, bei denen das Tieftemperatur-Rückstellvermögen die Hauptanforderung darstellt und kein dauerhafter Kontakt mit Kohlenwasserstoffkraftstoffen besteht oder die Medienverträglichkeit bereits bestätigt wurde.

Ist Kontakt mit Benzin, Diesel oder Flugkraftstoff erforderlich, ist der direkte Einsatz gewöhnlichen Phenylsilikonkautschuks als Dichtung in der Regel mit einem erhöhten Risiko verbunden. Seine Tieftemperatureigenschaften allein reichen für eine Materialfreigabe nicht aus.

Fluorsilikonkautschuk vorrangig prüfen

Fluorsilikonkautschuk eignet sich für Anwendungen mit dauerhaftem Kontakt zu Kraftstoffen, Ölen oder anderen Kohlenwasserstoffmedien, sofern die niedrigste Betriebstemperatur innerhalb des validierten Bereichs des ausgewählten Fluorsilikontyps liegt.

Auch bei Fluorsilikonkautschuk müssen Tieftemperatur-Rückstellvermögen, Druckverformungsrest, Medienquellung und Kraftstoffpermeation geprüft werden. Die Kennzeichnung „ölbeständig“ oder „kraftstoffbeständig“ allein reicht nicht aus.

Sehr hohe Anforderungen an Tieftemperatur- und Kraftstoffbeständigkeit

Liegt die niedrigste Temperatur unterhalb der zuverlässigen Einsatzgrenze des infrage kommenden Fluorsilikonkautschuks und ist gleichzeitig dauerhafter Kraftstoffkontakt erforderlich, kann es sein, dass weder Phenylsilikon- noch Fluorsilikonkautschuk allein sämtliche Anforderungen erfüllt.

Dann können folgende Lösungen geprüft werden:

• Mehrschichtiger Verbund mit kraftstoffbeständiger Innenschicht und tieftemperaturbeständiger Außenschicht

• Kombination einer medienbeständigen Auskleidung mit einer elastischen Tieftemperatur-Dichtstruktur

• Getrennte konstruktive Auslegung von Kraftstoffbarriere und elastischer Dichtfunktion

• Andere Spezialelastomere oder Verbunddichtungssysteme

Eine Verbundstruktur besteht nicht einfach aus zwei übereinandergelegten Kautschuken. Haftung zwischen den Schichten, unterschiedliche Wärmeausdehnung, Kraftstoffpermeation, Biegeermüdung und Verarbeitung müssen ebenfalls geprüft werden.

Welche Eigenschaften sollten validiert werden?

Die Prüfung sollte mit dem tatsächlichen Kraftstoff und unter den tatsächlichen Temperaturbedingungen erfolgen. Zu vergleichen sind:

1. Masse- und Volumenänderung vor und nach der Lagerung im Medium

2. Änderungen von Härte, Zugfestigkeit und Bruchdehnung

3. Druckverformungsrest

4. Biege-, Rückstell- oder Rückpralleigenschaften bei tiefen Temperaturen

5. Tieftemperatureigenschaften nach vorheriger Kraftstofflagerung

6. Dichtzustand nach Warm-Kalt-Zyklen

7. Ermüdung und Verschleiß dynamischer Bauteile

8. Kraftstoffpermeation und tatsächliche Leckage

9. Montage- und Druckprüfung der fertigen Dichtung

Eine Kraftstofflagerung ausschließlich bei Raumtemperatur oder eine reine Tieftemperaturprüfung bildet die kombinierte Belastung aus Kälte und Kraftstoff nicht vollständig ab.

Häufige Fehler bei der Materialauswahl

• Davon ausgehen, dass ein höherer Phenylgehalt immer bessere Tieftemperatureigenschaften bewirkt

• Annehmen, dass Phenylsilikonkautschuk bei kurzfristigem Kraftstoffkontakt nicht quillt

• Davon ausgehen, dass Fluorsilikonkautschuk gegen alle Kraftstoffe und Lösemittel beständig ist

• Die niedrigste Temperatur eines einzelnen Produkttyps als Eigenschaft der gesamten Materialklasse betrachten

• Nur eine Lagerung bei Raumtemperatur durchführen und anschließend keine Tieftemperaturprüfung vornehmen

• Nur Materialprobekörper und nicht die fertige Dichtung prüfen

• Nur den Materialpreis vergleichen und Verarbeitungs-, Wartungs- und Ausfallkosten ignorieren

• Den Einfluss von Härte, Füllstoffen, Vernetzungssystem und Bauteilabmessungen übersehen

Empfohlener Auswahlprozess

Schritt 1: Niedrigste Temperatur, Kraftstoffzusammensetzung, Betriebsdruck, Kontaktdauer und Dichtungsbauform festlegen.

Schritt 2: Bestimmen, ob das Hauptrisiko im Elastizitätsverlust bei tiefen Temperaturen oder in Quellung und Eigenschaftsverlust durch Kraftstoff liegt.

Schritt 3: Phenylsilikonkautschuk, Fluorsilikonkautschuk oder eine Verbundstruktur vorläufig auswählen.

Schritt 4: Lagerungs-, Tieftemperatur-, Kompressions- und Temperaturwechselprüfungen mit dem tatsächlichen Kraftstoff und unter den tatsächlichen Temperaturbedingungen durchführen.

Schritt 5: Materialkosten, Verarbeitungsbedingungen, Lieferstabilität und Wartungskosten vergleichen.

Schritt 6: Material und Formulierung erst nach Dichtheitsprüfung und Validierung der fertigen Dichtung festlegen.

Als Anbieter von Lösungen entlang der gesamten Silikon-Wertschöpfungskette kann IOTA SILICONE OIL (Anhui) CO., LTD. bei der Vorauswahl von Phenylsilikon-Rohkautschuk, Phenylsilikonkautschuk, Fluorsilikonkautschuk, Kieselsäure und verwandten Silikonadditiven unterstützen.

Der konkrete Produkttyp, die Formulierung und die niedrigste Einsatztemperatur müssen anhand des tatsächlichen Mediums, des entsprechenden Prüfverfahrens und der Validierungsergebnisse am fertigen Kundenbauteil bestimmt werden.

Häufig gestellte Fragen

Kann Phenylsilikonkautschuk direkt für Kraftstoffdichtungen verwendet werden?

Ein direkter Einsatz ohne vorherige Validierung wird im Allgemeinen nicht empfohlen. Gewöhnlicher Phenylsilikonkautschuk ist gegenüber Kohlenwasserstoffkraftstoffen wie Benzin und Diesel meist weniger beständig als Fluorsilikonkautschuk und kann quellen sowie mechanische Eigenschaften verlieren.

Ist sein Einsatz erforderlich, müssen eine Lagerungsprüfung im tatsächlichen Kraftstoff und eine Dichtheitsvalidierung des fertigen Bauteils durchgeführt werden.

Ist Fluorsilikonkautschuk immer kältebeständiger als Phenylsilikonkautschuk?

Nein. Einige spezielle Phenylsilikonkautschuke können unterhalb von −100 °C flexibel bleiben, während die veröffentlichte untere Temperaturgrenze bestimmter Fluorsilikonmaterialien bei etwa −70 °C liegt.

Entscheidend sind der konkrete Produkttyp und das jeweils verwendete Prüfverfahren.

Was ist zu tun, wenn die Temperatur unter −70 °C liegt und Kraftstoffkontakt zwingend erforderlich ist?

Ein einzelner Phenylsilikon- oder Fluorsilikonkautschuk kann möglicherweise nicht beide Anforderungen erfüllen. Geprüft werden können mehrschichtige Verbunddichtungen, kraftstoffbeständige Auskleidungen in Kombination mit einer elastischen Tieftemperaturstruktur oder andere Spezialelastomer-Lösungen.

Welche Kennwerte sind bei einer Kraftstoffdichtung für tiefe Temperaturen besonders wichtig?

Tieftemperatur-Rückstellvermögen nach Kraftstofflagerung, Volumenänderung, Druckverformungsrest und tatsächliche Leckage müssen gemeinsam bewertet werden. Ein Vergleich ausschließlich anhand der niedrigsten Einsatztemperatur oder der Ölbeständigkeitsklasse reicht nicht aus.

Können Benzin, Diesel und Flugkraftstoff durch dasselbe Prüfmedium ersetzt werden?

Nicht ohne Weiteres. Diese Kraftstoffe enthalten unterschiedliche Anteile an aromatischen Kohlenwasserstoffen, Alkoholen und Additiven. Verwendet werden sollte der tatsächliche Kraftstoff oder eine vorgeschriebene Standardprüfflüssigkeit, die den realen Einsatzbedingungen entspricht.

Warum kann eine fertige Dichtung undicht sein, obwohl der Materialprobekörper die Prüfung bestanden hat?

Die Dichtwirkung wird zusätzlich durch Härte, Maßtoleranzen, Verpressungsgrad, Nutgeometrie, Oberflächenzustand, Druck und Montageverfahren beeinflusst. Deshalb muss die fertige Dichtung validiert werden.

Verbessert ein höherer Phenylgehalt immer die Tieftemperatureigenschaften?

Nein. Die Eigenschaften bei extrem niedrigen Temperaturen hängen von einem geeigneten Phenylanteil sowie von Rohkautschukstruktur, Füllstoffen, Härte und Vernetzungssystem ab. Der Phenylgehalt sollte nicht isoliert maximiert werden.

Warum ist Fluorsilikonkautschuk normalerweise teurer?

Fluorsilikonkautschuk ist ein fluorhaltiger Spezialelastomer, dessen Rohstoffe und Herstellung in der Regel kostenintensiver sind. Der tatsächliche Einkaufspreis hängt außerdem von Produkttyp, Formulierung, Menge und Bezugsquelle ab und sollte anhand eines konkreten Angebots beurteilt werden.