O型圈密封件幾乎是所有行業(yè)和應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。把他安裝在密封槽中,當(dāng)它們出現(xiàn)磨損的跡象時(shí)可以方便地安裝和更換。靜態(tài)密封(密封非移動(dòng)部件)的不可否認(rèn)的優(yōu)勢在動(dòng)態(tài)密封(密封移動(dòng)部件)中很快就會(huì)顯現(xiàn)其局限性。當(dāng)涉及到對(duì)密封性能和長期穩(wěn)定性有很高要求的應(yīng)用時(shí),這一點(diǎn)尤其真實(shí)。
真空閥的許多應(yīng)用都有相同的要求:即使在高壓差下也有出色的密封性能,良好的阻尼行為以避免沖擊,特別是在重復(fù)的快速關(guān)閉運(yùn)動(dòng)中,以及高的長期穩(wěn)定性以盡量減少因維護(hù)而造成的停機(jī)時(shí)間。
在這種動(dòng)態(tài)密封應(yīng)用中,O型圈在這里面臨一些挑戰(zhàn)。例如,當(dāng)使用非常大的O型圈時(shí),它們往往會(huì)扭曲,這限制了它們的密封能力。此外,O型圈槽與封閉的氣體體積的風(fēng)險(xiǎn)有關(guān),即O型圈下的區(qū)域與工藝的其他部分隔絕,從而與壓力變化隔絕。這些體積構(gòu)成了一種風(fēng)險(xiǎn)。例如,如果環(huán)境壓力因工藝而下降,這些區(qū)域的壓力差就會(huì)增加。壓差可能會(huì)變得如此之大,以至于O型圈被迫離開凹槽,這對(duì)密封性能產(chǎn)生了負(fù)面影響,甚至完全喪失密封能力。因此,帶有動(dòng)態(tài)O型圈密封的真空閥通常有特殊的O型圈槽來應(yīng)對(duì)這種情況。
粘結(jié)密封則不存在這些問題,因?yàn)樗鼈冎苯庸潭ㄔ陂]合板的表面上。這種直接連接還有一個(gè)好處,就是用于密封的所有彈性體材料都包含在密封過程中,而對(duì)于O型圈解決方案,必須用一些材料將密封件固定在凹槽中。
由于彈性體在真空過程中通常是顆粒和放氣的來源,使用更少的材料意味著更少的顆粒和放氣。與類似的O型圈解決方案相比,粘結(jié)密封的材料用量平均減少35%。
因?yàn)橹苯诱澈鲜褂盟械牟牧蟻韺?shí)現(xiàn)密封功能,所以對(duì)密封性能的設(shè)計(jì)也有更大的影響。這意味著粘合的密封件可以從與密封座的第一次接觸到密封表面的最終位置進(jìn)行定制。通過改變密封圈的高度和寬度,例如從一個(gè)尖的到一個(gè)平的金字塔形狀,或者通過在不同的半徑上使尖端變圓,可以控制閥門關(guān)閉時(shí)的密封圈的阻尼效果。設(shè)計(jì)也可以影響開放行為。例如,在大壓差的情況下,除了閥門控制外,粘結(jié)密封的設(shè)計(jì)可以抑制開啟壓力脈沖或完全避免它。這主要與真空控制閥或一般帶有機(jī)電執(zhí)行器的閥門有關(guān)。在這里,適當(dāng)設(shè)計(jì)的粘接密封可以用來允許小的、計(jì)量的流量,并控制關(guān)閉壓力的輕微降低,從而抑制壓力的變化。這增加了閥門的控制質(zhì)量和可控的電導(dǎo)譜。
粘合密封,如O型圈密封,使用不同的彈性體,具有不同的性能,以承受不同的工藝條件,如腐蝕性化學(xué)品,高溫或低溫,或其他苛刻條件。
對(duì)于粘接密封來說,這就產(chǎn)生了一個(gè)挑戰(zhàn),即每次都要以相同的粘接質(zhì)量將這些材料粘接到板材表面。然而,由于一些彈性材料的粘合性能差別很大,并不是所有的材料都能用同樣的技術(shù)粘合。因此,VAT采用了各種化學(xué)和物理的粘接方法。
在化學(xué)鍵合中,在密封材料和板材的金屬表面之間使用一種粘結(jié)劑。挑戰(zhàn)在于找到一種粘結(jié)劑,它具有與密封在化學(xué)鍵合中,在密封材料和板材的金屬表面之間使用一種粘結(jié)劑。挑戰(zhàn)在于找到一種粘結(jié)劑,它具有與密封材料本身相同的化學(xué)和物理抗性以及老化性能。此外,粘結(jié)劑的性能不能低于密封材料的密封性能;否則,粘結(jié)劑將成為薄弱點(diǎn),決定密封的使用壽命,而不是密封材料本身。
為了確保這種情況不會(huì)發(fā)生,VAT使用了多年來建立的關(guān)于密封材料、粘結(jié)劑以及兩者在不同工藝條件下的組合的廣泛數(shù)據(jù)庫。這個(gè)數(shù)據(jù)庫的目標(biāo),除了提供特定條件下的最佳組合的主要功能外,還在于確定需要改進(jìn)的領(lǐng)域和開發(fā)新的粘接解決方案。
越來越多的化學(xué)鍵的替代品是物理鍵。簡單地說,物理鍵合的工作方式就像魔術(shù)貼一樣,一邊鉤住另一邊,或者兩邊互相鉤住。挑戰(zhàn)在于,與尼龍搭扣不同的是,在彈性和斷裂行為方面具有明顯不同特性的不同材料在每一面相遇。因此,開發(fā)一個(gè)可靠的鉤扣式連接需要一些特殊的知識(shí)。例如,一個(gè)有針對(duì)性的最佳聯(lián)鎖被設(shè)計(jì)為提供一個(gè)永久性的而不是可拆卸的連接,并確保這種連接足夠耐用,即使在受到高動(dòng)態(tài)應(yīng)力和壓差的情況下,也能保持恒定的密封性能。
VAT有自己的開發(fā)團(tuán)隊(duì),專門研究和開發(fā)這種粘合技術(shù),其主要優(yōu)點(diǎn)是,與化學(xué)粘合不同,不需要第三種材料。
然而,重點(diǎn)不僅在于改進(jìn)密封材料和閥板表面之間的粘合。該團(tuán)隊(duì)也在關(guān)注另一面,即密封座。粘結(jié)密封以及O型圈密封的密封性能不僅取決于密封材料的形狀和選擇以及它們與關(guān)閉板的連接,而且還取決于與密封座的相互作用,或者更準(zhǔn)確地說,與密封座的表面和材料的相互作用。因此,真空閥座上的表面設(shè)計(jì)是高性能密封,特別是高性能粘接密封設(shè)計(jì)的另一個(gè)組成部分。
這里的挑戰(zhàn)是如何在密封性能和避免粘結(jié)行為或粘連之間找到正確的平衡。在一個(gè)非常有效的密封環(huán)境中,彈性體材料幾乎完全填補(bǔ)了密封座表面提供的所有微凹陷。彈性體材料與閥座的表面粗糙度結(jié)合得越好,它的密封性就越好,它就越傾向于粘在表面上,這反過來限制了密封性能。為了避免這種情況,采用特殊的表面處理,大大減少粗糙度,從而減少微凹陷的數(shù)量。然而,這并不是一個(gè)完整的解決方案,因?yàn)槊糠N彈性體材料本身都有一定的 "粗糙度",這意味著它的表面有小的凹陷和隆起。當(dāng)粗糙的彈性體表面遇到光滑的座圈表面時(shí),粘附行為就會(huì)減少,但現(xiàn)有的 "縫隙 "并沒有完全關(guān)閉,即使密封面增加了(例如,通過增加密封圈的壓力或通過設(shè)計(jì))。因此,面臨的挑戰(zhàn)是如何設(shè)計(jì)側(cè)面,使其在不引起粘連的情況下最大限度地進(jìn)行正面嚙合,并在不增加材料用量和不動(dòng)態(tài)地過度壓迫密封圈的情況下做到這一點(diǎn),這兩種情況都有負(fù)面影響:密封圈壽命縮短和顆粒排放風(fēng)險(xiǎn)增加。
粘接密封設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要維度也是溫度。原則上,使用的彈性體材料總是針對(duì)特定的溫度范圍進(jìn)行優(yōu)化。然而,溫度變化影響密封的方式是至關(guān)重要的(即,通過緩慢的變化或短的溫度峰值)。一個(gè)過程的 "溫度曲線"(具體來說,溫度變化對(duì)密封圈的影響隨著時(shí)間的推移和與密封圈的動(dòng)態(tài)負(fù)載有關(guān))對(duì)密封圈的性能和壽命是相當(dāng)關(guān)鍵的。即使在批準(zhǔn)的溫度范圍內(nèi),溫度也會(huì)改變彈性體的行為。簡單地說,密封件會(huì)變得更軟或更硬。重要的不僅是他們這樣做,而且還有時(shí)間。動(dòng)態(tài)密封性能在關(guān)閉過程和密封過程中是最需要的,而這應(yīng)該總是發(fā)生在最佳的溫度范圍內(nèi)。這也保證了最佳的顆粒預(yù)防性能。
因此,在選擇密封時(shí),除了化學(xué)條件和工藝的最高和最低溫度外,還必須注意遇到的是哪種溫度曲線。如果該溫度曲線是已知的,如果有必要,使用被動(dòng)或主動(dòng)的冷卻或加熱措施可以持續(xù)改善密封性能。
VAT已經(jīng)在許多應(yīng)用的粘接密封設(shè)計(jì)中成功地應(yīng)對(duì)了這一挑戰(zhàn),促使大量的客戶改用粘接密封。當(dāng)涉及到對(duì)耐用性和穩(wěn)定、可靠的密封行為的高要求時(shí),這一點(diǎn)尤其明顯。VAT開發(fā)團(tuán)隊(duì)繼續(xù)看到進(jìn)一步調(diào)整用于不同工藝條件和應(yīng)用的技術(shù)的巨大潛力。