Sello hermético - Hermetic seal

Un sello hermético es cualquier tipo de sello que hace que un objeto dado sea hermético (evitando el paso de aire, oxígeno u otros gases). El término se aplicaba originalmente a los envases de vidrio herméticos, pero a medida que avanzaba la tecnología, se aplicaba a una categoría más amplia de materiales, incluidos el caucho y los plásticos. Los sellos herméticos son esenciales para el funcionamiento correcto y seguro de muchos productos electrónicos y sanitarios. Utilizado técnicamente, se indica junto con un método de prueba y condiciones de uso específicos .

Usos

Una batería sellada herméticamente

Algunos tipos de envases deben mantener un sello contra el flujo de gases, por ejemplo, los envases de algunos alimentos, productos farmacéuticos, productos químicos y bienes de consumo. El término puede describir el resultado de algunas prácticas de conservación de alimentos , como el envasado al vacío y el enlatado . Los materiales de embalaje incluyen vidrio , latas de aluminio , láminas metálicas y plásticos impermeables al gas .

Algunos edificios diseñados con principios de arquitectura sostenible pueden utilizar tecnologías herméticas para conservar energía . Bajo algún edificio de baja energía , casa pasiva , casa de baja energía , viviendas autosuficientes , edificio de energía cero , y superaislamiento normas, las estructuras deben ser más hermético que otras normas de menor importancia. Las barreras de aire no son efectivas si las juntas de construcción o las penetraciones de servicio (orificios para tuberías, etc.) no están selladas. La hermeticidad es una medida de la cantidad de aire caliente (o frío) que puede atravesar una estructura. El sistema de ventilación mecánica puede recuperar el calor antes de descargar aire al exterior. Los edificios ecológicos pueden incluir ventanas que combinan acristalamiento de triple panel con gas argón o criptón para reducir la conductividad térmica y aumentar la eficiencia . En proyectos de construcción de jardines y exteriores, se pueden usar sellos herméticos para proteger los servicios generales y las conexiones / empalmes eléctricos de iluminación de jardines . Hermético implica tanto a prueba de agua como de vapor.

Las aplicaciones para el sellado hermético incluyen electrónica semiconductora , termostatos , dispositivos ópticos , MEMS e interruptores . Las partes eléctricas o electrónicas pueden sellarse herméticamente para asegurarlas contra el vapor de agua y cuerpos extraños para mantener un funcionamiento y confiabilidad adecuados.

El sellado hermético para condiciones herméticas se utiliza para archivar elementos históricos importantes. En 1951, la Constitución de Estados Unidos , Declaración de la Independencia de Estados Unidos , y el proyecto de ley estadounidense de derechos fueron selladas herméticamente con helio gas en vitrinas alojadas en los Archivos Nacionales de Estados Unidos en Washington, DC En 2003, fueron trasladados a nuevos casos de vidrio herméticamente cerrados con argón .

Tipos de sellos herméticos epoxi

Las resinas epoxi típicas tienen grupos hidroxilo (-OH) colgantes a lo largo de su cadena que pueden formar enlaces o fuertes atracciones polares a superficies de óxido o hidroxilo. La mayoría de las superficies inorgánicas, es decir, metales, minerales, vidrios, cerámicas, tienen polaridad, por lo que tienen una alta energía superficial. El factor importante para determinar una buena fuerza adhesiva es si la energía superficial del sustrato es cercana o mayor que la energía superficial del adhesivo curado.

Ciertas resinas epoxi y sus procesos pueden crear una unión hermética al cobre, latón o el propio epoxi con coeficientes de expansión térmica similares , y se utilizan en la fabricación de sellos herméticos herméticos eléctricos y de fibra óptica. Los diseños de sellos herméticos epoxi se pueden usar en aplicaciones de sellos herméticos para presiones o vacío bajo o alto, sellando de manera efectiva gases o fluidos, incluido el gas helio, a tasas de fuga de gas helio muy bajas similares al vidrio o la cerámica. Los sellos de epoxi herméticos también ofrecen la flexibilidad de diseño de sellar cables o pasadores de aleación de cobre, en lugar de los materiales de pasador Kovar mucho menos conductores de electricidad que se requieren en los sellos herméticos de vidrio o cerámica. Con un rango de temperatura de funcionamiento típico de −70 ° C a +125 ° C o 150 ° C, los sellos herméticos de epoxi son más limitados en comparación con los sellos de vidrio o cerámica, aunque algunos diseños de epoxi herméticos son capaces de soportar 200 ° C.

Sellos de vidrio a metal combinados

Tipos de sellos herméticos vidrio-metal

Cuando el vidrio y el metal que se sellan herméticamente tienen el mismo coeficiente de expansión térmica, un "sello combinado" deriva su fuerza de la unión entre el vidrio y el óxido del metal. Este tipo de sello hermético de vidrio a metal es el más débil de los dos tipos y generalmente se usa para aplicaciones de baja intensidad como en bases de bombillas.

Paso de compresor hermético - sello de compresión vidrio-metal
Sellos de compresión vidrio-metal

Los "sellos de compresión" ocurren cuando el vidrio y el metal tienen diferentes coeficientes de expansión térmica, de modo que el metal se comprime alrededor del vidrio solidificado a medida que se enfría. Los sellos de compresión pueden soportar presiones muy altas y se utilizan en una variedad de aplicaciones industriales.

En comparación con los sellos herméticos de epoxi, los sellos de vidrio a metal se pueden operar hasta temperaturas mucho más altas (250 ° C para sellos de compresión, 450 ° C para sellos combinados). Sin embargo, la selección de material es más limitada debido a las limitaciones de expansión térmica. El proceso de sellado se realiza a aproximadamente 1000 ° C en una atmósfera inerte o reductora para evitar la decoloración de las piezas.

Sellos herméticos cerámica-metal

Los sellos de cerámica cocidos al fuego son una alternativa al vidrio. Los sellos de cerámica superan las barreras de diseño de los sellos de vidrio a metal debido a un rendimiento hermético superior en entornos de alto estrés que requieren un sello robusto. La elección entre vidrio o cerámica depende de la aplicación, el peso, la solución térmica y los requisitos del material.

Sellado de cristalería

Sellado de sólidos

Un tapón de junta cónica con anillo de sellado de PTFE. Transparencia óptica del anillo de sellado estrecho presionado por junta de vidrio (derecha).

Las juntas cónicas de vidrio se pueden sellar herméticamente con anillos de sellado de PTFE (alto vacío, tasa de fuga de aire de 10 −6 mBar × L / seg e inferior), juntas tóricas (juntas tóricas encapsuladas opcionalmente) o manguitos de PTFE, que a veces se utilizan en lugar de Grasa que puede disolverse en contaminación. La cinta de PTFE, la cuerda de resina de PTFE y la cera son otras alternativas que están encontrando un uso generalizado, pero requieren un poco de cuidado al enrollarlas en la junta para garantizar que se produzca un buen sellado.

Grasa

La grasa se utiliza para lubricar las juntas y llaves de paso de vidrio. Algunos laboratorios los llenan en jeringas para facilitar su aplicación. Dos ejemplos típicos: Izquierda: Krytox , una grasa a base de fluoroéter; Derecha: una grasa de alto vacío a base de silicona de Dow Corning .

Se puede aplicar una fina capa de grasa hecha para esta aplicación a las superficies de vidrio esmerilado que se conectarán, y la junta interior se inserta en la junta exterior de modo que las superficies de vidrio esmerilado de cada una estén una al lado de la otra para hacer la conexión. Además de realizar una conexión hermética, la grasa permite separar posteriormente dos uniones con mayor facilidad. Un posible inconveniente de dicha grasa es que si se utiliza en material de vidrio de laboratorio durante mucho tiempo en aplicaciones de alta temperatura (como para destilación continua ), la grasa puede eventualmente contaminar los productos químicos. Además, los reactivos pueden reaccionar con la grasa, especialmente al vacío . Por estos motivos, es aconsejable aplicar un ligero anillo de grasa en el extremo graso del cono y no en su punta, para evitar que entre en la cristalería. Si la grasa se esparce por toda la superficie cónica en el acoplamiento, se usó demasiada. El uso de grasas específicamente diseñadas para este propósito también es una buena idea, ya que a menudo son mejores para sellar al vacío, más espesas y, por lo tanto, es menos probable que fluyan fuera del cono, se vuelvan fluidas a temperaturas más altas que la vaselina (un sustituto común) y son más químicamente inerte que otros sustitutos.

Limpieza

Las juntas de vidrio esmerilado son translúcidas cuando están físicamente libres de escombros y limpias. Los disolventes, las mezclas de reacción y la grasa vieja aparecen como manchas transparentes. La grasa se puede eliminar limpiando con un solvente apropiado; éteres , cloruro de metileno , acetato de etilo o hexanos funcionan bien para grasas a base de silicona e hidrocarburos . Las grasas a base de fluoroéter son bastante impermeables a los disolventes orgánicos. La mayoría de los químicos simplemente los limpian tanto como sea posible. Sin embargo, algunos disolventes fluorados pueden eliminar las grasas de fluoroéter, pero son más caros que los disolventes de laboratorio.

Pruebas

Se encuentran disponibles métodos de prueba estándar para medir la tasa de transmisión de vapor de humedad , la tasa de transmisión de oxígeno , etc. de los materiales de embalaje. Los paquetes completos, sin embargo, involucran sellos térmicos, juntas y cierres que a menudo reducen la barrera efectiva del paquete. Por ejemplo, el vidrio de una botella de vidrio puede tener una barrera total efectiva, pero el cierre con tapón de rosca y el revestimiento del cierre pueden no tenerlo .

Ver también

Notas