Dzīslu blīvējumu caurlaidība gāzēm un tvaikiem: Tehniskā analīze

Ievads

Domājat, ka jūsu kabeļu gļotu blīvējumi ir pilnībā gāzi necaurlaidīgi? Padomājiet vēlreiz. 🤔 Pat labākie blīvēšanas materiāli pieļauj zināmu gāzes un tvaiku caurlaidību, un šī fenomena izpratne ir ļoti svarīga lietojumos, kur pat neliela noplūde var nozīmēt katastrofu. No sprādzienbīstamas vides naftas ķīmijas rūpnīcās līdz jutīgiem elektroniskiem korpusiem - glandu blīvējumu caurlaidības īpašības tieši ietekmē sistēmas drošību un veiktspēju.

Portāls caurlaidība¹ gāzu un tvaiku caurlaidība gāzēm un tvaikiem attiecas uz ātrumu, ar kādu gāzu molekulas molekulārā līmenī iekļūst caur blīvējuma materiāliem, ko mēra īpašās vienībās, kuras kvantitatīvi nosaka masas pārnesi uz platības, biezuma, laika un spiediena starpības vienību. Šī īpašība būtiski atšķiras no bruto noplūdes caur mehāniskām spraugām, un tai nepieciešamas īpašas testēšanas metodes un materiālu izvēles stratēģijas.

Pagājušajā mēnesī ar mums sazinājās Markuss no kādas pusvadītāju ražotnes Minhenē, jo atklāja, ka viņu "hermētiski noslēgtajos" vadības paneļos rodas ar mitrumu saistīti bojājumi. Vainīgais? Tvaika iekļūšana caur standarta gumijas blīvēm, ko neviens nebija apsvēris projektēšanas posmā. Šāda veida neuzmanība var izmaksāt miljoniem miljonus dīkstāvju un iekārtu bojājumu, tāpēc inženieri, kas nosaka kabeļu vada caurlaidību kritiski svarīgās lietojumprogrammās, ir būtiski izprast blīvējuma caurlaidību.

Satura rādītājs

• Kas ir gāzu un tvaiku caurlaidība kabeļu cauruļvadu blīvējumos?
• Kā salīdzināt dažādu blīvēšanas materiālu caurlaidību?
• Kādi faktori ietekmē blīvējuma caurlaidību?
• Kā tiek veikta kabeļu vadu caurlaidības testēšana?
• Kādi ir kritiskie lietojumi, kuros nepieciešami zemas caurlaidības blīvējumi?
• Secinājums
• Bieži uzdotie jautājumi par kabeļu vadu blīvējuma caurlaidību

Kas ir gāzu un tvaiku caurlaidība kabeļu cauruļvadu blīvējumos?

Gāzu un tvaiku caurlaidība kabeļu gropju blīvēs ir molekulārā līmeņa gāzes molekulu transportēšana caur blīvējošo elementu materiālu, ko regulē. šķīduma-difūzijas mehānisms² kur gāzes izšķīst blīvējuma materiālā un izkliedējas caur tā molekulāro struktūru.

Zinātne par molekulāro caurlaidību

Atšķirībā no mehāniskās noplūdes caur redzamām spraugām vai defektiem caurlaidība notiek molekulārā līmenī caur blīvēšanas materiālu polimēru matricu. Process ietver trīs atšķirīgus posmus:

1. Sorbcija: Gāzes molekulas izšķīst blīvējuma materiāla virsmā.
2. Difūzija: Izšķīdušās molekulas migrē caur polimēra matricu.
3. Desorbcija: Molekulas rodas no pretējās virsmas

Caurlaidības koeficients (P) apvieno gan šķīdības, gan difūzijas efektus, parasti to izsaka cm³(STP)-cm/(cm²-s-cmHg) vai līdzīgās izmēru analīzes vienībās.

Caurlaidība pret caurlaidības ātrumu

Ir svarīgi atšķirt šos saistītos, bet atšķirīgos jēdzienus:

• Caurlaidība: No ģeometrijas neatkarīga materiāla īpašība
• Caurlaidības ātrums: Faktiskā gāzes plūsma caur konkrētu blīvējuma konfigurāciju

Bepto esam izstrādājuši specializētus testēšanas protokolus, lai mērītu abus parametrus mūsu kabeļu glandu blīvējumiem, tādējādi nodrošinot, ka mūsu klienti saņem visaptverošus datus par caurlaidību konkrētiem lietojumiem.

Biežāk sastopamās gāzes un to caurlaidības raksturlielumi

Dažādām gāzēm ir ļoti atšķirīgs caurlaidības ātrums caur vienādiem blīvēšanas materiāliem:

Hasans, kurš vada ūdeņraža ražotni Abū Dabī, šo mācību guva smagā veidā, kad standarta EPDM blīvējumi kabeļu vados ļāva ievērojami iekļūt ūdeņradim, tādējādi radot drošības problēmas. Mēs sadarbojāmies, lai precizētu fluoroglekļa blīves, kas samazināja ūdeņraža caurlaidību par vairāk nekā 90%, nodrošinot, ka viņa ražotne atbilst stingriem drošības standartiem.

Kā salīdzināt dažādu blīvēšanas materiālu caurlaidību?

Dažādiem blīvēšanas materiāliem ir krasi atšķirīgi caurlaidības raksturlielumi - fluoroglekļa elastomēriem parasti ir viszemākā gāzu caurlaidība, kam seko nitrila kaučuks, bet silikonam un dabiskajam kaučukam parasti ir visaugstākā gāzu caurlaidība.

Materiālu veiktspējas klasifikācija

Pamatojoties uz mūsu plašo testēšanu Bepto materiālu laboratorijā, šeit ir sniegts ierasto kabeļu gropju blīvēšanas materiālu novērtējums attiecībā uz gāzes barjeras īpašībām:

Izcila barjeras veiktspēja (zema caurlaidība):

• Fluoroglekļa (FKM/Vitons)³: Izcila ķīmiskā izturība un zema caurlaidība
• Hlorprēns (CR/Neoprēns): Labas vispārējas nozīmes barjeras īpašības
• Nitrils (NBR): Izcila izturība pret ogļūdeņražiem ar mērenu caurlaidību.

Mērena barjeras veiktspēja:

• EPDM: Laba izturība pret ozonu, bet lielāka gāzu caurlaidība
• Poliuretāns: Mainīga veiktspēja atkarībā no sastāva

Sliktas barjeras īpašības (augsta caurlaidība):

• Silikona: Lielisks temperatūras diapazons, bet augsta gāzu caurlaidība
• Dabiskais kaučuks: Labas mehāniskās īpašības, bet slikta gāzes barjera

Temperatūras ietekme uz materiālu veiktspēju

Lielākajai daļai elastomēru caurlaidība palielinās eksponenciāli, pieaugot temperatūrai. Mūsu testi liecina:

• 25°C līdz 75°C: 3-5 reizes lielāka caurlaidība lielākajai daļai materiālu.
• 75°C līdz 125°C: Papildu 2-3x palielinājums
• virs 150°C: Dramatisks pieaugums, atkarīgs no materiāla

Ķīmiskās saderības apsvērumi

Arī vislabākais barjeras materiāls ir bezjēdzīgs, ja tas nav ķīmiski saderīgs ar lietojuma vidi. Esam pieredzējuši gadījumus, kad inženieri izvēlējās mazcaurlaidīgus materiālus, kas ķīmiskā uzbrukuma dēļ neizdevās, galu galā nodrošinot sliktāku veiktspēju nekā lielāka caurlaidība, bet ķīmiski izturīgas alternatīvas.

Kādi faktori ietekmē blīvējuma caurlaidību?

Blīvējuma caurlaidību ietekmē temperatūra, spiediena starpība, blīvējuma ģeometrija, materiāla biezums, novecošanās ietekme, kā arī caurlaidīgās gāzes vai tvaika specifiskais molekulārais izmērs un šķīdība.

Galvenie ietekmējošie faktori

Temperatūras ietekme:
Temperatūra ir visnozīmīgākais faktors, kas ietekmē caurlaidību. Augstāka temperatūra palielina molekulāro kustību un polimēru ķēžu kustīgumu, radot lielāku brīvo tilpumu gāzu difūzijai. Mūsu dati liecina, ka lielākajai daļai elastomēru caurlaidība aptuveni divkāršojas ar katriem 10 °C temperatūras pieauguma.

Spiediena starpība:
Lai gan lielākajai daļai gāzu caurlaidības ātrums pieaug lineāri, palielinoties spiediena starpībai, dažiem materiāliem pie augsta spiediena ir nelineāra uzvedība, ko izraisa plastifikācijas efekti vai strukturālas izmaiņas polimēra matricā.

Blīvējuma ģeometrija un biezums:
Caurlaidības ātrums ir apgriezti proporcionāls blīvējuma biezumam. Divkāršojot blīvējuma biezumu, caurlaidības ātrums samazinās uz pusi, tāpēc šis ir kritisks projektēšanas parametrs zemas caurlaidības lietojumiem.

Sekundārie faktori

Novecošanās un vides iedarbība:
UV starojuma, ozona iedarbība un kontakts ar ķīmiskām vielām var mainīt polimēra struktūru, parasti laika gaitā palielinot caurlaidību. Mēs iesakām periodiski testēt caurlaidību kritiski svarīgiem lietojumiem, lai uzraudzītu blīvējuma degradāciju.

Saspiešanas un stresa stāvoklis:
Mehāniskā saspiešana var samazināt caurlaidību, samazinot brīvo tilpumu polimēra matricā, bet pārmērīga saspiešana var izraisīt plaisāšanu, kas palielina caurlaidību pa mehāniskiem ceļiem.

Mitrums un mitruma saturs:
Ūdens tvaiki var plastificēt daudzus elastomērus, palielinot caurlaidību citām gāzēm. Tas ir īpaši svarīgi āra apstākļos vai vidē ar augstu mitruma līmeni.

Reāla lietojuma piemērs

Markuss no iepriekš minētās Minhenes pusvadītāju ražotnes atklāja, ka viņu problēmas ar mitrumu nav saistītas tikai ar ūdens tvaiku iekļūšanu. Mitrums palielināja arī blīvējumu caurlaidību citām piesārņojošām gāzēm, radot kaskādes efektu, kas apdraudēja tīro telpu vidi. Mēs atrisinājām šo problēmu, norādot fluoroglekļa blīves ar iebūvētām žāvētāja kamerām kabeļu vadu mezglos.

Kā tiek veikta kabeļu vadu caurlaidības testēšana?

Kabeļu vadu caurlaidības testēšana tiek veikta, izmantojot standartizētas metodes, piemēram. ASTM D1434⁴ vai ISO 2556, ar kuriem mēra noteiktu gāzu caurlaidības ātrumu caur blīvējuma materiāliem kontrolētos temperatūras, spiediena un mitruma apstākļos.

Standarta testēšanas metodes

ASTM D1434 - Standarta testa metode gāzu caurlaidības noteikšanai:
Šajā metodē izmanto manometrisko metodi, kurā gāzes spiediena palielināšanos mēra testa parauga zemspiediena pusē. Šis tests nodrošina caurlaidības koeficientus standarta vienībās un ir plaši pieņemts inženiertehniskajiem aprēķiniem.

ISO 2556 - Plastmasa - Gāzes pārneses ātruma noteikšana:
Līdzīgi kā ASTM D1434, bet ar nedaudz atšķirīgām paraugu sagatavošanas un aprēķina metodēm. Šo standartu biežāk izmanto Eiropas tirgos.

ASTM F1249 - Ūdens tvaika caurlaidības ātrums:
Šī metode ir īpaši izstrādāta ūdens tvaika caurlaidības testēšanai, un tā ir ļoti svarīga lietojumiem, kur mitruma iekļūšana ir galvenā problēma.

Bepto testēšanas iespējas

Mēs esam ieguldījuši līdzekļus mūsdienīgā caurlaidības testēšanas aprīkojumā, kas ļauj mums:

• Testēšana temperatūrā no -40°C līdz +200°C
• Izvērtē spiediena starpības līdz 10 bāriem
• Vairāk nekā 20 dažādu gāzu un tvaiku caurlaidības mērīšana
• Veikt paātrinātas novecošanās pētījumus, lai prognozētu ilgtermiņa veiktspēju.

Testa parauga sagatavošana

Lai iegūtu precīzus rezultātus, ļoti svarīga ir pareiza parauga sagatavošana:

1. Materiālu kondicionēšana: 24 stundu līdzsvarošana testa apstākļos
2. Biezuma mērīšana: Vairāki punkti, lai nodrošinātu viendabīgumu
3. Virsmas sagatavošana: Tīras virsmas bez defektiem
4. Montāža: Pareiza blīvēšana, lai novērstu malu ietekmi

Datu interpretācija un ziņošana

Testa rezultāti ir pareizi jānormalizē un jāpaziņo ar atbilstošām mērvienībām. Mēs saviem klientiem sniedzam visaptverošus ziņojumus, tostarp:

• Caurlaidības koeficienti konkrētām gāzēm
• Temperatūras atkarības dati
• Salīdzinājums ar nozares etaloniem
• Ieteikumi attiecībā uz specifiskām lietojuma prasībām

Kādi ir kritiskie lietojumi, kuros nepieciešami zemas caurlaidības blīvējumi?

Kritiskie lietojumi, kuros nepieciešami zemas caurlaidības blīvējumi, ietver bīstamo zonu iekārtas, farmaceitiskās tīrās telpas, pusvadītāju ražošanu, pārtikas pārstrādi modificētās atmosfērās un jebkuru lietojumu, kur gāzes piesārņojums var apdraudēt drošību vai produkta kvalitāti.

Sprādziendrošas un bīstamas zonas lietojumprogrammas

Sprādzienbīstamā vidē pat neliels uzliesmojošas gāzes iekļūšanas daudzums var apdraudēt drošību. Mūsu sprādziendrošajās kabeļu vada blīvslēgos tiek izmantoti specializēti fluoroglekļa blīvējumi, kas pat pēc gadiem ilgas ekspluatācijas uztur caurlaidības līmeni zem kritiskās robežvērtības.

Galvenās prasības:

• Ūdeņraža caurlaidība < 10-⁸ cm³/s lielākajai daļai lietojumu
• Ilgtermiņa stabilitāte skarbās ķīmiskās vidēs
• Atbilstība ATEX, IECEx un NEC standartiem

Farmācija un biotehnoloģija

Tīro telpu vidē ir nepieciešams uzturēt specifisku atmosfēras sastāvu ar minimālu piesārņojumu. Ūdens tvaiku un skābekļa iekļūšana var apdraudēt sterilitāti un produktu stabilitāti.

Hasana pieredze sniedzas ne tikai naftas ķīmijas nozarē - viņš konsultē arī farmācijas uzņēmumus visā Tuvo Austrumu reģionā. Kuveitā mēs palīdzējām noteikt kabeļu vada vadus vakcīnu ražošanas iekārtai, kur pat neliela skābekļa caurlaidība varēja sabojāt temperatūras jutīgus produktus. Mūsu risinājums ietvēra pielāgotus fluoroglekļa blīvējumus ar izmērīto skābekļa caurlaidības līmeni, kas ir 50x zemāks nekā standarta materiāliem.

Pusvadītāju ražošana

Īpaši tīrā vidē pusvadītāju rūpnīcās nevar pieļaut nekādu piesārņojumu. Izplūdes gāze⁵ un caurlaidība no kabeļu blīvēm var radīt daļiņas un ķīmiskus piemaisījumus, kas samazina ražības rādītājus.

Kritiskie parametri:

• Izplūdes gāzu līmenis < 10-⁸ Torr-L/s-cm²
• Minimāls jonu piesārņojums
• Daļiņu veidošanās < 0,1 daļiņu/cm² stundā

Pārtikas un dzērienu pārstrāde

Modificētas atmosfēras iepakošanai un kontrolētiem fermentācijas procesiem ir nepieciešams precīzs gāzu sastāvs. Caur kabeļu vada blīvēm var izmainīt šo atmosfēru, ietekmējot produkta kvalitāti un glabāšanas laiku.

Analītiskās un laboratorijas iekārtas

Precīziem analītiskiem instrumentiem bieži vien ir nepieciešama kontrolēta atmosfēra vai vakuuma apstākļi. Pat neliela gaisa caurlaidība var apdraudēt mērījumu precizitāti un instrumentu veiktspēju.

Secinājums

Inženieriem, kas strādā kritiskās lietojumprogrammās, kur atmosfēras kontrole ir ļoti svarīga, ir svarīgi izprast kabeļu gļotu blīvējumu caurlaidību gāzēm un tvaikiem. Gāzu pārnese molekulārā līmenī caur blīvējuma materiāliem notiek saskaņā ar paredzamiem fizikāliem likumiem, taču pareizai materiālu izvēlei, testēšanai un pielietošanai ir nepieciešamas padziļinātas tehniskās zināšanas. Uzņēmumā Bepto mūsu plašās caurlaidības testēšanas iespējas un plašā materiālu datubāze nodrošina, ka mūsu klienti saņem kabeļu uzmavas, kuru blīvējuma veiktspēja atbilst to specifiskajām prasībām. Neatkarīgi no tā, vai runa ir par sprādzienbīstamu vidi, tīrām telpām vai precīziem analītiskiem lietojumiem, pareizs blīvējuma materiāls un pareiza caurlaidības raksturošana var nozīmēt atšķirību starp sistēmas panākumiem un dārgi izmaksājošu neveiksmi.

Bieži uzdotie jautājumi par kabeļu vadu blīvējuma caurlaidību