O型圈密封件几乎是所有行业和应用的标准。把他安装在密封槽中,当它们出现磨损的迹象时可以方便地安装和更换。静态密封(密封非移动部件)的不可否认的优势在动态密封(密封移动部件)中很快就会显现其局限性。当涉及到对密封性能和长期稳定性有很高要求的应用时,这一点尤其真实。
真空阀的许多应用都有相同的要求:即使在高压差下也有出色的密封性能,良好的阻尼行为以避免冲击,特别是在重复的快速关闭运动中,以及高的长期稳定性以尽量减少因维护而造成的停机时间。
在这种动态密封应用中,O型圈在这里面临一些挑战。例如,当使用非常大的O型圈时,它们往往会扭曲,这限制了它们的密封能力。此外,O型圈槽与封闭的气体体积的风险有关,即O型圈下的区域与工艺的其他部分隔绝,从而与压力变化隔绝。这些体积构成了一种风险。例如,如果环境压力因工艺而下降,这些区域的压力差就会增加。压差可能会变得如此之大,以至于O型圈被迫离开凹槽,这对密封性能产生了负面影响,甚至完全丧失密封能力。因此,带有动态O型圈密封的真空阀通常有特殊的O型圈槽来应对这种情况。
粘结密封则不存在这些问题,因为它们直接固定在闭合板的表面上。这种直接连接还有一个好处,就是用于密封的所有弹性体材料都包含在密封过程中,而对于O型圈解决方案,必须用一些材料将密封件固定在凹槽中。
由于弹性体在真空过程中通常是颗粒和放气的来源,使用更少的材料意味着更少的颗粒和放气。与类似的O型圈解决方案相比,粘结密封的材料用量平均减少35%。
因为直接粘合使用所有的材料来实现密封功能,所以对密封性能的设计也有更大的影响。这意味着粘合的密封件可以从与密封座的第一次接触到密封表面的最终位置进行定制。通过改变密封圈的高度和宽度,例如从一个尖的到一个平的金字塔形状,或者通过在不同的半径上使尖端变圆,可以控制阀门关闭时的密封圈的阻尼效果。设计也可以影响开放行为。例如,在大压差的情况下,除了阀门控制外,粘结密封的设计可以抑制开启压力脉冲或完全避免它。这主要与真空控制阀或一般带有机电执行器的阀门有关。在这里,适当设计的粘接密封可以用来允许小的、计量的流量,并控制关闭压力的轻微降低,从而抑制压力的变化。这增加了阀门的控制质量和可控的电导谱。
粘合密封,如O型圈密封,使用不同的弹性体,具有不同的性能,以承受不同的工艺条件,如腐蚀性化学品,高温或低温,或其他苛刻条件。
对于粘接密封来说,这就产生了一个挑战,即每次都要以相同的粘接质量将这些材料粘接到板材表面。然而,由于一些弹性材料的粘合性能差别很大,并不是所有的材料都能用同样的技术粘合。因此,VAT采用了各种化学和物理的粘接方法。
在化学键合中,在密封材料和板材的金属表面之间使用一种粘结剂。挑战在于找到一种粘结剂,它具有与密封在化学键合中,在密封材料和板材的金属表面之间使用一种粘结剂。挑战在于找到一种粘结剂,它具有与密封材料本身相同的化学和物理抗性以及老化性能。此外,粘结剂的性能不能低于密封材料的密封性能;否则,粘结剂将成为薄弱点,决定密封的使用寿命,而不是密封材料本身。
为了确保这种情况不会发生,VAT使用了多年来建立的关于密封材料、粘结剂以及两者在不同工艺条件下的组合的广泛数据库。这个数据库的目标,除了提供特定条件下的最佳组合的主要功能外,还在于确定需要改进的领域和开发新的粘接解决方案。
越来越多的化学键的替代品是物理键。简单地说,物理键合的工作方式就像魔术贴一样,一边钩住另一边,或者两边互相钩住。挑战在于,与尼龙搭扣不同的是,在弹性和断裂行为方面具有明显不同特性的不同材料在每一面相遇。因此,开发一个可靠的钩扣式连接需要一些特殊的知识。例如,一个有针对性的最佳联锁被设计为提供一个永久性的而不是可拆卸的连接,并确保这种连接足够耐用,即使在受到高动态应力和压差的情况下,也能保持恒定的密封性能。
VAT有自己的开发团队,专门研究和开发这种粘合技术,其主要优点是,与化学粘合不同,不需要第三种材料。
然而,重点不仅在于改进密封材料和阀板表面之间的粘合。该团队也在关注另一面,即密封座。粘结密封以及O型圈密封的密封性能不仅取决于密封材料的形状和选择以及它们与关闭板的连接,而且还取决于与密封座的相互作用,或者更准确地说,与密封座的表面和材料的相互作用。因此,真空阀座上的表面设计是高性能密封,特别是高性能粘接密封设计的另一个组成部分。
这里的挑战是如何在密封性能和避免粘结行为或粘连之间找到正确的平衡。在一个非常有效的密封环境中,弹性体材料几乎完全填补了密封座表面提供的所有微凹陷。弹性体材料与阀座的表面粗糙度结合得越好,它的密封性就越好,它就越倾向于粘在表面上,这反过来限制了密封性能。为了避免这种情况,采用特殊的表面处理,大大减少粗糙度,从而减少微凹陷的数量。然而,这并不是一个完整的解决方案,因为每种弹性体材料本身都有一定的 "粗糙度",这意味着它的表面有小的凹陷和隆起。当粗糙的弹性体表面遇到光滑的座圈表面时,粘附行为就会减少,但现有的 "缝隙 "并没有完全关闭,即使密封面增加了(例如,通过增加密封圈的压力或通过设计)。因此,面临的挑战是如何设计侧面,使其在不引起粘连的情况下最大限度地进行正面啮合,并在不增加材料用量和不动态地过度压迫密封圈的情况下做到这一点,这两种情况都有负面影响:密封圈寿命缩短和颗粒排放风险增加。
粘接密封设计中的一个重要维度也是温度。原则上,使用的弹性体材料总是针对特定的温度范围进行优化。然而,温度变化影响密封的方式是至关重要的(即,通过缓慢的变化或短的温度峰值)。一个过程的 "温度曲线"(具体来说,温度变化对密封圈的影响随着时间的推移和与密封圈的动态负载有关)对密封圈的性能和寿命是相当关键的。即使在批准的温度范围内,温度也会改变弹性体的行为。简单地说,密封件会变得更软或更硬。重要的不仅是他们这样做,而且还有时间。动态密封性能在关闭过程和密封过程中是最需要的,而这应该总是发生在最佳的温度范围内。这也保证了最佳的颗粒预防性能。
因此,在选择密封时,除了化学条件和工艺的最高和最低温度外,还必须注意遇到的是哪种温度曲线。如果该温度曲线是已知的,如果有必要,使用被动或主动的冷却或加热措施可以持续改善密封性能。
VAT已经在许多应用的粘接密封设计中成功地应对了这一挑战,促使大量的客户改用粘接密封。当涉及到对耐用性和稳定、可靠的密封行为的高要求时,这一点尤其明显。VAT开发团队继续看到进一步调整用于不同工艺条件和应用的技术的巨大潜力。