Tarpinių sandariklių pralaidumas dujoms ir garams: Techninė analizė

Įvadas

Manote, kad jūsų kabelių riebokšlių sandarikliai yra visiškai sandarūs? Pagalvokite dar kartą. 🤔 Net ir geriausios sandarinimo medžiagos leidžia tam tikro lygio dujų ir garų prasiskverbimą, o šio reiškinio supratimas yra labai svarbus, kai net ir nedidelis nuotėkis gali reikšti katastrofą. Nuo sprogiųjų atmosferų naftos chemijos gamyklose iki jautrių elektroninių korpusų - riebokšlinių sandariklių pralaidumo charakteristikos turi tiesioginės įtakos sistemos saugai ir veikimui.

Svetainė pralaidumas¹ riebokšlių sandariklių atsparumas dujoms ir garams - tai dujų molekulių prasiskverbimo pro sandarinimo medžiagas greitis molekuliniu lygmeniu, matuojamas specifiniais vienetais, kurie kiekybiškai nusako masės perdavimą per ploto, storio, laiko ir slėgio skirtumo vienetą. Ši savybė iš esmės skiriasi nuo bendrojo nuotėkio per mechaninius plyšius, todėl reikia specialių bandymų metodų ir medžiagų parinkimo strategijų.

Praėjusį mėnesį į mus kreipėsi Marcusas iš Miuncheno puslaidininkių gamyklos, pastebėjęs, kad jų "hermetiškai uždarytose" valdymo plokštėse pasitaiko su drėgme susijusių gedimų. Kaltininkas? Garų prasiskverbimas pro standartinius guminius sandariklius, į kurį niekas neatsižvelgė projektavimo etape. Toks aplaidumas gali kainuoti milijonus dėl prastovų ir įrangos sugadinimo, todėl sandariklių pralaidumo supratimas tapo labai svarbus inžinieriams, nustatantiems kabelių riebokšlius svarbiausiose srityse.

Turinys

• Kas yra dujų ir garų pralaidumas kabelių riebokšlių sandarikliuose?
• Kaip palyginti skirtingų sandarinimo medžiagų pralaidumą?
• Kokie veiksniai turi įtakos sandarinimo pralaidumui?
• Kaip atliekamas kabelių movų pralaidumo bandymas?
• Kokioms svarbiausioms reikmėms reikalingi mažo pralaidumo sandarikliai?
• Išvada
• DUK apie kabelių riebokšlių sandarinimo pralaidumą

Kas yra dujų ir garų pralaidumas kabelių riebokšlių sandarikliuose?

Dujų ir garų pralaidumas kabelių riebokšlių sandarikliuose - tai dujų molekulių pernešimas per sandarinimo elementų medžiagą molekuliniu lygmeniu, kurį lemia tirpalo ir difuzijos mechanizmas² kai dujos ištirpsta sandarinimo medžiagoje ir sklinda per jos molekulinę struktūrą.

Mokslas apie molekulinę skvarbą

Skirtingai nuo mechaninio nuotėkio per matomus tarpus ar defektus, pralaidumas vyksta molekuliniu lygmeniu per sandarinimo medžiagų polimerinę matricą. Šis procesas apima tris skirtingus etapus:

1. Sorbcija: Dujų molekulės ištirpsta sandarinimo medžiagos paviršiuje
2. Difuzija: Ištirpusios molekulės migruoja per polimero matricą
3. Desorbcija: Molekulės iškyla iš priešingo paviršiaus

Skvarbumo koeficientas (P) apima ir tirpumo, ir difuzijos poveikį, paprastai išreiškiamas cm³(STP)-cm/(cm²-s-cmHg) arba panašiais matmenų analizės vienetais.

Pralaidumas ir pralaidumo greitis

Labai svarbu atskirti šias susijusias, bet skirtingas sąvokas:

• Pralaidumas: Nuo geometrijos nepriklausanti medžiagos savybė
• Prasiskverbimo greitis: Faktinis dujų srautas per tam tikrą sandariklio konfigūraciją

"Bepto" sukūrėme specializuotus bandymų protokolus, skirtus abiem mūsų kabelių riebokšlių sandariklių parametrams matuoti, kad mūsų klientai gautų išsamius duomenis apie pralaidumą konkrečioms reikmėms.

Įprastos dujos ir jų skvarbos charakteristikos

Skirtingos dujos per identiškas sandarinimo medžiagas prasiskverbia labai skirtingai:

Hassanas, vadovaujantis vandenilio gamybos įmonei Abu Dabyje, šią pamoką išmoko sunkiai, kai standartiniai EPDM sandarikliai kabelių riebokšluose leido prasiskverbti dideliam vandenilio kiekiui ir sukėlė saugumo problemų. Bendradarbiaudami nustatėme fluorangliavandenilių sandariklius, kurie sumažino vandenilio prasiskverbimą daugiau kaip 90% ir užtikrino, kad jo įrenginys atitiktų griežtus saugos standartus.

Kaip palyginti skirtingų sandarinimo medžiagų pralaidumą?

Skirtingos sandarinimo medžiagos pasižymi labai skirtingomis pralaidumo savybėmis: fluorangliavandenilių elastomerai paprastai pasižymi mažiausiu dujų pralaidumu, po jų seka nitrilo kaučiukas, o silikono ir natūralaus kaučiuko pralaidumas daugeliui dujų paprastai yra didžiausias.

Medžiagų našumo reitingai

Remdamiesi išsamiais "Bepto" medžiagų laboratorijos bandymais, pateikiame įprastų kabelių riebokšlių sandarinimo medžiagų įvertinimą pagal dujų barjero savybes:

Puikios barjerinės savybės (mažas pralaidumas):

• Fluorangliavandenilis (FKM/Vitonas)³: Išskirtinis atsparumas cheminėms medžiagoms ir mažas pralaidumas
• Chloroprenas (CR/Neoprenas): Geros bendrosios paskirties barjerinės savybės
• Nitrilas (NBR): Puikus atsparumas angliavandeniliams ir vidutinis pralaidumas

Vidutinio sunkumo barjerų veikimas:

• EPDM: Geras atsparumas ozonui, bet didesnis dujų pralaidumas
• Poliuretanas: Kintamas našumas, priklausomai nuo sudėties

Prastos barjero savybės (didelis pralaidumas):

• Silikonas: Puikus temperatūros diapazonas, bet didelis dujų pralaidumas
• Natūralus kaučiukas: Geros mechaninės savybės, bet prastas dujų barjeras

Temperatūros poveikis medžiagų eksploatacinėms savybėms

Daugumos elastomerų pralaidumas didėja eksponentiškai su temperatūra. Mūsų bandymai rodo, kad:

• Nuo 25°C iki 75°C: 3-5 kartus padidėjęs daugumos medžiagų pralaidumas
• Nuo 75°C iki 125°C: Papildomas 2-3 kartus padidėjimas
• Aukštesnė nei 150 °C temperatūra: Dramatiškas padidėjimas, priklausantis nuo medžiagos

Cheminio suderinamumo aspektai

Geriausia barjerinė medžiaga nenaudinga, jei ji chemiškai nesuderinama su naudojimo aplinka. Esame susidūrę su atvejais, kai inžinieriai pasirinko mažai pralaidžias medžiagas, kurios neatlaikė cheminių medžiagų poveikio ir galiausiai buvo prastesnės už didesnio pralaidumo, bet chemiškai atsparias alternatyvas.

Kokie veiksniai turi įtakos sandarinimo pralaidumui?

Sandariklio pralaidumo rodikliams įtakos turi temperatūra, slėgio skirtumas, sandariklio geometrija, medžiagos storis, senėjimo poveikis, specifinis molekulinis dydis ir prasiskverbiančių dujų ar garų tirpumas.

Pagrindiniai įtaką darantys veiksniai

Poveikis temperatūrai:
Temperatūra yra svarbiausias veiksnys, turintis įtakos pralaidumui. Aukštesnėje temperatūroje padidėja molekulių judėjimas ir polimerų grandinių judrumas, todėl atsiranda didesnis laisvasis tūris dujų difuzijai. Mūsų duomenys rodo, kad daugumos elastomerų pralaidumas maždaug padvigubėja, kai temperatūra padidėja 10 °C.

Slėgio skirtumas:
Nors daugumos dujų prasiskverbimo greitis didėja tiesiškai priklausomai nuo slėgio skirtumo, kai kurioms medžiagoms esant dideliam slėgiui būdingas netiesinis elgesys dėl plastifikacijos poveikio arba polimero matricos struktūrinių pokyčių.

Sandariklio geometrija ir storis:
Prasiskverbimo greitis atvirkščiai proporcingas sandariklio storiui. Padvigubinus sandariklio storį, prasiskverbimo greitis sumažėja perpus, todėl šis parametras yra labai svarbus projektuojant mažo pralaidumo įrenginius.

Antriniai veiksniai

Senėjimas ir aplinkos poveikis:
UV spindulių, ozono ir cheminių medžiagų poveikis gali pakeisti polimero struktūrą, todėl paprastai laikui bėgant padidėja pralaidumas. Rekomenduojame periodiškai atlikti pralaidumo bandymus svarbiausioms reikmėms, kad būtų galima stebėti sandarumo blogėjimą.

Suspaudimo ir įtempimo būsena:
Mechaninis suspaudimas gali sumažinti pralaidumą, nes sumažėja polimero matricos laisvasis tūris, tačiau per didelis suspaudimas gali sukelti įtempių įtrūkimus, dėl kurių padidėja pralaidumas per mechaninius kelius.

Drėgmė ir drėgmės kiekis:
Vandens garai gali plastifikuoti daugelį elastomerų ir padidinti pralaidumą kitoms dujoms. Tai ypač svarbu lauko sąlygomis arba didelės drėgmės aplinkoje.

Realaus taikymo pavyzdys

Markusas iš anksčiau minėtos Miuncheno puslaidininkių gamyklos pastebėjo, kad jų problemos su drėgme susijusios ne tik su vandens garų prasiskverbimu. Drėgmė taip pat didino sandariklių pralaidumą kitoms teršiančioms dujoms, sukeldama kaskadinį efektą, kuris kenkė jų švarių patalpų aplinkai. Mes išsprendėme šią problemą nurodydami fluorokarboninius sandariklius su integruotomis sausiklio kameromis kabelių riebokšlių mazguose.

Kaip atliekamas kabelių movų pralaidumo bandymas?

Kabelių riebokšlių pralaidumo bandymai atliekami naudojant standartizuotus metodus, pvz. ASTM D1434⁴ arba ISO 2556, kuriais matuojamas tam tikrų dujų pastovus perdavimo greitis per sandarinimo medžiagas, esant kontroliuojamai temperatūrai, slėgiui ir drėgmei.

Standartiniai bandymų metodai

ASTM D1434 - Standartinis bandymų metodas dujų pralaidumui nustatyti:
Taikant šį metodą naudojamas manometrinis metodas, kai dujų slėgio padidėjimas matuojamas žemo slėgio bandinio pusėje. Atliekant bandymą nustatomi standartiniais vienetais išreikšti pralaidumo koeficientai, kurie plačiai naudojami inžineriniams skaičiavimams.

ISO 2556 - Plastmasės. Dujų perdavimo greičio nustatymas:
Panašus į ASTM D1434, tačiau šiek tiek skiriasi bandinių paruošimo ir skaičiavimo metodai. Šis standartas dažniau naudojamas Europos rinkose.

ASTM F1249 - vandens garų pralaidumo greitis:
Šis metodas, specialiai sukurtas vandens garų pralaidumui bandyti, yra labai svarbus tais atvejais, kai drėgmės patekimas į vidų kelia didžiausią susirūpinimą.

Mūsų "Bepto" testavimo galimybės

Investavome į moderniausią pralaidumo bandymo įrangą, kuri leidžia mums:

• Bandymas nuo -40 °C iki +200 °C temperatūroje
• Įvertinti iki 10 barų slėgio skirtumus
• Matuojamas daugiau kaip 20 skirtingų dujų ir garų pralaidumas
• Atlikti pagreitinto senėjimo tyrimus, kad būtų galima numatyti ilgalaikes eksploatacines savybes.

Bandinių paruošimas

Norint gauti tikslius rezultatus, labai svarbu tinkamai paruošti mėginius:

1. Medžiagos kondicionavimas: 24 valandų pusiausvyra bandymo sąlygomis
2. Storio matavimas: Keletas taškų vienodumui užtikrinti
3. Paviršiaus paruošimas: Švarūs, be defektų paviršiai
4. Montavimas: Tinkamas sandarinimas, kad būtų išvengta kraštų poveikio

Duomenų aiškinimas ir ataskaitų rengimas

Tyrimų rezultatai turi būti tinkamai normalizuoti ir pateikti atitinkamais vienetais. Savo klientams teikiame išsamias ataskaitas, įskaitant:

• Konkrečių dujų pralaidumo koeficientai
• Temperatūros priklausomybės duomenys
• Palyginimas su pramonės lyginamaisiais standartais
• Rekomendacijos dėl konkrečių taikomųjų reikalavimų

Kokioms svarbiausioms reikmėms reikalingi mažo pralaidumo sandarikliai?

Svarbiausiose srityse, kuriose reikia mažo pralaidumo sandariklių, pavyzdžiui, pavojingose zonose, farmacijos švariose patalpose, puslaidininkių gamyboje, maisto perdirbime modifikuotoje aplinkoje ir bet kurioje kitoje srityje, kur dėl dujų taršos pėdsakų gali kilti pavojus saugai ar produkto kokybei.

Sprogimo ir pavojingose zonose

Sprogioje aplinkoje net ir nedidelis degiųjų dujų prasiskverbimas gali kelti pavojų saugai. Mūsų sprogimui atspariose kabelių movose naudojami specialūs fluorangliavandenilio sandarikliai, kurie net ir po ilgų eksploatacijos metų išlaiko mažesnį nei kritinė riba prasiskverbimo lygį.

Pagrindiniai reikalavimai:

• Vandenilio prasiskverbimas < 10-⁸ cm³/s daugelyje naudojimo sričių
• Ilgalaikis stabilumas atšiaurioje cheminėje aplinkoje
• Atitiktis ATEX, IECEx ir NEC standartams

Farmacija ir biotechnologijos

Švarių patalpų aplinkoje reikia palaikyti specifinę atmosferos sudėtį su minimaliu užterštumu. Vandens garų ir deguonies skverbimasis gali pakenkti sterilioms sąlygoms ir produkto stabilumui.

Hassano patirtis neapsiriboja vien tik naftos chemijos sritimi - jis taip pat konsultuoja farmacijos įmones Artimuosiuose Rytuose. Kuveite padėjome nurodyti kabelių movas vakcinų gamybos įmonei, kurioje net ir nedidelis deguonies prasiskverbimas gali pakenkti temperatūrai jautriems produktams. Mūsų sprendimas - pagal užsakymą pagaminti fluorokarboniniai sandarikliai, kurių išmatuotas deguonies prasiskverbimo greitis buvo 50 kartų mažesnis nei standartinių medžiagų.

Puslaidininkių gamyba

Puslaidininkių gamyklų itin švari aplinka negali būti toleruojama jokia tarša. Išmetamosios dujos⁵ ir prasiskverbimas iš kabelių riebokšlių sandariklių gali patekti dalelių ir cheminių teršalų, kurie mažina išeigą.

Kritiniai parametrai:

• Išmetamųjų dujų kiekis < 10-⁸ Torr-L/s-cm²
• Minimalus joninis užterštumas
• Dalelių susidarymas < 0,1 dalelės/cm²-val.

Maisto ir gėrimų perdirbimas

Modifikuotos atmosferos pakuotėms ir kontroliuojamiems fermentacijos procesams reikalinga tiksli dujų sudėtis. Prasiskverbimas pro kabelių riebokšlių sandariklius gali pakeisti šias atmosferas ir turėti įtakos produkto kokybei ir galiojimo laikui.

Analitinė ir laboratorinė įranga

Precizinėms analizės priemonėms dažnai reikia kontroliuojamos atmosferos arba vakuumo sąlygų. Net ir nedidelis oro prasiskverbimas gali pakenkti matavimo tikslumui ir prietaiso veikimui.

Išvada

Inžinieriams, dirbantiems svarbiausiose srityse, kur atmosferos kontrolė yra labai svarbi, būtina suprasti kabelių riebokšlių sandariklių pralaidumą dujoms ir garams. Dujų pernešimas molekuliniu lygmeniu per sandarinimo medžiagas vyksta pagal nuspėjamus fizikinius dėsnius, tačiau norint tinkamai parinkti, išbandyti ir pritaikyti medžiagas, reikia išsamių techninių žinių. "Bepto" visapusiškos pralaidumo bandymų galimybės ir plati medžiagų duomenų bazė užtikrina, kad mūsų klientai gautų kabelių riebokšlius, kurių sandarinimo charakteristikos atitinka jų konkrečius reikalavimus. Nesvarbu, ar dirbate sprogioje aplinkoje, ar švarioje patalpoje, ar tiksliose analitinėse programose, tinkama sandarinimo medžiaga ir tinkamas pralaidumo apibūdinimas gali reikšti skirtumą tarp sistemos sėkmės ir brangiai kainuojančios nesėkmės.

DUK apie kabelių riebokšlių sandarinimo pralaidumą