Герметичное уплотнение — это любой тип уплотнения , который делает данный объект воздухонепроницаемым (предотвращая прохождение воздуха , кислорода или других газов ). Первоначально этот термин применялся к герметичным стеклянным контейнерам , но по мере развития технологий он стал применяться к более широкой категории материалов, включая резину и пластмассы . Герметичные уплотнения необходимы для правильной и безопасной работы многих электронных и медицинских изделий. Технически это указывается в сочетании с определенным методом испытаний и условиями использования. В разговорной речи точные требования к такому уплотнению зависят от области применения.
Слово герметичный происходит от греческого бога Гермеса . Герметическая печать происходит из алхимии в традиции герметизма . Легендарный Гермес Трисмегист предположительно изобрел процесс создания герметичной стеклянной трубки с помощью секретной печати. [1]
Некоторые виды упаковки должны сохранять герметичность против потока газов, например, упаковка для некоторых продуктов питания, фармацевтических препаратов, химикатов и потребительских товаров. Термин может описывать результат некоторых методов сохранения продуктов питания , таких как вакуумная упаковка и консервирование . Упаковочные материалы включают стекло , алюминиевые банки , металлическую фольгу и газонепроницаемые пластики .
Некоторые здания, спроектированные с учетом принципов устойчивой архитектуры , могут использовать герметичные технологии для экономии энергии . Зеленые здания могут включать окна, которые сочетают в себе тройное изолированное остекление с аргоном или криптоном для снижения теплопроводности и повышения эффективности . В ландшафтных и внешних строительных проектах герметичные уплотнения могут использоваться для защиты общих коммуникаций и электрических соединений/сращиваний ландшафтного освещения . Герметичность подразумевает как водонепроницаемость, так и паронепроницаемость.
Приложения для герметизации включают полупроводниковую электронику , термостаты , оптические устройства , MEMS и переключатели . Электрические или электронные детали могут быть герметично запечатаны для защиты от водяного пара и посторонних тел для поддержания надлежащего функционирования и надежности.
Герметизация для обеспечения воздухонепроницаемых условий используется при архивировании значимых исторических предметов. В 1951 году Конституция США , Декларация независимости США и Билль о правах США были герметично запечатаны гелием в стеклянных ящиках, размещенных в Национальном архиве США в Вашингтоне, округ Колумбия . В 2003 году они были перемещены в новые стеклянные ящики, герметично запечатанные аргоном. [2]
В похоронной индустрии некоторые гробы и склепы герметично закрываются резиновым уплотнителем и запираются.
Типичные эпоксидные смолы имеют подвесные гидроксильные (-ОН) группы вдоль своей цепи, которые могут образовывать связи или сильное полярное притяжение к оксидным или гидроксильным поверхностям. Большинство неорганических поверхностей, т. е. металлы, минералы, стекла, керамика, имеют полярность, поэтому они имеют высокую поверхностную энергию. Важным фактором в определении хорошей прочности адгезии является то, близка ли поверхностная энергия подложки к поверхностной энергии отвержденного клея или превышает ее.
Некоторые эпоксидные смолы и их процессы могут создавать герметичное соединение с медью, латунью, нержавеющей сталью, специальными сплавами, пластиком или самой эпоксидной смолой с аналогичными коэффициентами теплового расширения и используются в производстве герметичных электрических и волоконно-оптических герметичных уплотнений. Уплотнения на основе эпоксидной смолы могут увеличить плотность сигнала в конструкции проходного соединения по сравнению с другими технологиями с минимальными требованиями к расстоянию между электрическими проводниками. Конструкции герметичных уплотнений на основе эпоксидной смолы могут использоваться в герметичных уплотнениях для низкого или высокого вакуума или давления, эффективно герметизируя газы или жидкости, включая гелий, до очень низких скоростей утечки гелия, аналогичных стеклу или керамике. Герметичные эпоксидные уплотнения также предлагают гибкость конструкции, герметизируя либо провода из медного сплава, либо штыри вместо гораздо менее электропроводных материалов штырей из ковара, требуемых в стеклянных или керамических герметичных уплотнениях. При типичном диапазоне рабочих температур от −70 °C до +125 °C или 150 °C эпоксидные герметичные уплотнения более ограничены по сравнению со стеклянными или керамическими уплотнениями, хотя некоторые герметичные эпоксидные конструкции способны выдерживать температуру 200 °C. [3]
Когда стекло и металл, которые герметично запаиваются, имеют одинаковый коэффициент теплового расширения, «соответствующее уплотнение» получает свою прочность от связи между стеклом и оксидом металла. Этот тип герметичного уплотнения стекло-металл обычно используется для приложений с низкой интенсивностью, таких как цоколи лампочек. [4]
«Компрессионные уплотнения» возникают, когда стекло и металл имеют разные коэффициенты теплового расширения, так что металл сжимается вокруг затвердевшего стекла по мере его охлаждения. Компрессионные уплотнения могут выдерживать очень высокое давление и используются в различных промышленных приложениях.
По сравнению с эпоксидными герметичными уплотнениями, уплотнения стекло-металл могут работать при гораздо более высоких температурах (250 °C для компрессионных уплотнений, 450 °C для согласованных уплотнений). Однако выбор материала более ограничен из-за ограничений теплового расширения. Процесс герметизации выполняется при температуре около 1000 °C в инертной или восстановительной атмосфере для предотвращения изменения цвета деталей. [5]
Керамические уплотнения с совместным обжигом являются альтернативой стеклу. Керамические уплотнения превосходят проектные барьеры стеклянных металлических уплотнений благодаря превосходной герметичности в условиях высоких напряжений, требующих надежного уплотнения. Выбор между стеклом и керамикой зависит от области применения, веса, теплового решения и требований к материалу.
Стеклянные конические соединения могут быть герметично герметизированы с помощью уплотнительных колец из ПТФЭ (высокоплотные, скорость утечки воздуха 10−6 мбар × л/сек и ниже), [6] уплотнительных колец (опционально инкапсулированных уплотнительных колец) или муфт из ПТФЭ, [7] иногда используемых вместо смазки , которая может растворяться в загрязнениях. Лента из ПТФЭ , шнур из смолы ПТФЭ и воск — другие альтернативы, которые находят широкое применение, но требуют некоторой осторожности при намотке на соединение, чтобы обеспечить хорошее уплотнение.
Тонкий слой смазки , предназначенной для этого применения, можно нанести на соединяемые шлифованные стеклянные поверхности, а внутреннее соединение вставить во внешнее соединение таким образом, чтобы шлифованные стеклянные поверхности каждого находились рядом друг с другом, чтобы образовалось соединение. Помимо создания герметичного соединения, смазка позволяет позже легче разъединять два соединения. Потенциальным недостатком такой смазки является то, что при длительном использовании на лабораторной стеклянной посуде в условиях высоких температур (например, для непрерывной дистилляции ) смазка может в конечном итоге загрязнить химикаты. [8] Кроме того, реагенты могут вступать в реакцию со смазкой, [9] [10] особенно в условиях вакуума . По этим причинам рекомендуется наносить легкое кольцо смазки на толстый конец конуса, а не на его кончик, чтобы предотвратить его попадание внутрь стеклянной посуды. Если смазка размазывается по всей поверхности конуса при сопряжении, значит, ее было использовано слишком много. Также хорошей идеей является использование смазок, специально разработанных для этой цели, поскольку они часто лучше герметизируют в условиях вакуума, более густые и, следовательно, менее склонны вытекать из конуса, становятся текучими при более высоких температурах, чем вазелин (распространенный заменитель), и более химически инертны, чем другие заменители.
Шлифованные стеклянные швы прозрачны, когда они чистые и свободны от мусора. Растворители, реакционные смеси и старая смазка выглядят как прозрачные пятна. Смазку можно удалить, протерев соответствующим растворителем; эфиры , метиленхлорид , этилацетат или гексаны хорошо подходят для смазок на основе силикона и углеводородов . Смазки на основе фторэфиров довольно непроницаемы для органических растворителей. Большинство химиков просто вытирают их, насколько это возможно. Некоторые фторированные растворители могут удалять фторэфирные смазки, но они дороже лабораторных растворителей.
Стандартные методы испытаний доступны для измерения скорости пропускания паров влаги , скорости пропускания кислорода и т. д. упаковочных материалов. Однако готовые упаковки включают в себя термосварку, соединения и затворы, которые часто снижают эффективный барьер упаковки. Например, стекло стеклянной бутылки может иметь эффективный общий барьер, но затвор с винтовой крышкой и вкладыш затвора могут не иметь.
