Уплотнительное кольцо KF-16 Viton

Уплотнительное витоновое кольцо Вактрон

Уплотнительные О-кольца Вактрон используются в технике для герметизации быстроразъемных соединений. Наилучшие характеристики по герметичности из эластомеров имеют О-кольца из фторкаучука, обозначаемые сокращенно FKM. Материал запатентован под брендом Витон или Viton®. Витоновые О-кольца, уплотнительные шнуры и пластины Вактрон – долговечный материал с низкой газовой проницаемостью для герметизации соединений в вакуумной технике.

Витоновые кольца не требуют смазки, а лучшая герметичность обеспечивается при сжатии уплотнительной резинки на 30-40%, поэтому излишне затягивать О-кольцо не рекомендуется.

Фторкаучук (FKM) обладает устойчивостью к высоким температурам, озону, кислороду, минеральному маслу, синтетическим гидравлическим жидкостям, топливу, ароматическим веществам, многим органическим растворителям и химикатам.

Работа при низких температурах неблагоприятно сказывается на сроке службы витонового кольца. Уплотнения рекомендуется применять для работы при температуре не ниже -30 °C.

Устойчивость к проникновению газов у витоновых колец Вактрон высокая и аналогична устойчивости к диффузии газов бутилкаучука.

Рабочая температура: от – 30 до 260 °C. Большая температура приводит к снижению срока службы уплотнения.

Химическая устойчивость фторкаучуковых уплотнений

 Витоновые кольца Вактрон не ухудшают свои герметизирующие характеристики при взаимодействии со следующими средами:

•          Минеральное масло и смазка;
•          Невоспламеняющиеся гидравлические жидкости (HFD);
•          Силиконовое масло и смазка;
•          Алифатические углеводороды (бутан, пропан, природный газ);
•          Ароматические углеводороды (бензол, толуол);
•          Хлорированные углеводороды (трихлорэтилен и четыреххлористый углерод);
•          Бензин, спирт;
•          Устойчиво при работе на высоком вакууме;
•          Очень хорошая устойчивость к озону, воздействию окружающей среды и старению.

Витоновые кольца несовместимы со следующими веществами:

•          Тормозные жидкости на основе гликоля;
•          Аммиачный газ, амины, щелочи;
•          Перегретый пар;
•          Низкомолекулярные органические кислоты (муравьиная и уксусная кислоты).

Проницаемость газов через витоновое уплотнение

Удельная газовая проницаемость Витона ниже, чем для других промышленно применяемых эластомеров, однако она не исключает полностью проникновение газов под действие перепада давления. Важно понимать, что диффузия газа через уплотнение требует времени – от десятков минут до часов. Поэтому при обдуве гелием при течеискании натекание легко пропустить. Следует учитывать время взаимодействия рабочего газа с герметизирующим уплотнением.

Удельная газовая проницаемость газов через Витон Вактрон характеризуется следующими значениями [1]:

•          азот через Витон при 30 °C – 2,33^.10^-9 стнд.см³/(см^2.с^.атм.);
•          кислород через Витон при 26 °C – 1,7^.10^-8 стнд.см³/(см^2.с^.атм.);
•          фреон-22 через Витон при 25 °C – 5,7^.10^-7 стнд.см³/(см^2.с^.атм.););
•          гелий через Витон при 30 °C – 1,27^.10^-7 стнд.см³/(см^2.с^.атм.);
•          метан через Витон при 30 °C – 1,2^.10^-9 стнд.см³/(см^2.с^.атм.);
•          водород через Витон при 93 °C – 1,6^.10^-6 стнд.см³/(см^2.с^.атм.);
•          аргон через Витон при 93 °C – 3,1^.10^-7 стнд.см³/(см^2.с^.атм.);
•          криптон через Витон при 93 °C – 2,5^.10^-7 стнд.см³/(см^2.с^.атм.);
•          ксенон через Витон при 93 °C – 1^.10^-8 стнд.см³/(см^2.с^.атм.).

Рассмотрим процесс прохождения газа через О-кольцо из фторкаучука при разнице давлений газа с внешней P1 и внутренней P2 стороны уплотнения в одну атмосферу. Кольцо при сжатии деформируется на 30% от первоначального диаметра.

Рисунок 1 – Схема проникновения газов через фторкаучуковое О-кольцо

На рисунке 2 показано значение потока газа через фторкаучуковое О-кольцо для стандартных диаметров условного прохода KF и ISO стандартов вакуумной техники [2].

Согласно приведенным данным, изделие, например, корпус лазера, заполненное гелием (1 атм., 30°C) и имеющее витоновое О-кольцо стандарта ISO-100 будет терять гелий с потоком 3^.10^-7 Па^.м³/с. При этом никаких дефектов и течей не учитывается. Гелий будет уходить из изделия через витоновое уплотнение.

Подобным образом происходит натекание атмосферных газов через О-кольца в вакуумные камеры. Для оценки потока проникания газов в вакуумированный объем через витоновое О-кольцо следует умножить данные, приведенные на рисунке 2, на концентрацию рассматриваемого газа в окружающем воздухе. Так, например, поток кислорода в вакуумную камеру через фланец KF-25 составит 2^.10^-9 Па^.м³/с при комнатной температуре после стабилизации диффузионных процессов.

При этом на такой камере течеискатель способом обдува гелием натекания не выявит. Оно проявится, если подать гелий долговременно, и составит примерно 6^.10^-8 Па^.м³/с.

Рисунок 2 – Поток газов через витоновое О-кольцо после установления диффузионного потока при комнатной температуре, перепаде давления данного газа в 1 атм. и сжатии кольца на 30%

На диаграмме отмечается большая проникающая способность фреона-22 через витоновое уплотнение, превосходящая даже диффузионную способность гелия [3].

Потоки водорода, аргона, криптона и ксенона через фторкаучук приведены на рисунке 3 для температуры уплотнения 93°C. С ростом рабочей температуры изделия, диффузионный поток возрастает экспоненциально [4].

Рисунок 3 – Поток газов через витоновое О-кольцо после установления диффузионного потока при 93°C, перепаде давления данного газа в 1 атм. и сжатии кольца на 30%

Срок службы витоновых уплотнений

Твёрдость по Шору фторкаучука, из которого изготавливаются уплотнительные О-кольца Вактрон, составляет 75 единиц по шкале B. По мягкости Витон напоминает материал резиновой пробки для ванны или шин автопогрузчика.

Срок рекомендуемой замены уплотнений из фторкаучука в вакуумной технике составляет один год. Если уплотнение используется в динамической системе, например в клапане – полгода. Признаком необходимости замены уплотнения служит потеря эластичности (деформация и отвердевание) витонового кольца.

Стандарты уплотнительных колец О-колец Вактрон

Витоновые уплотнения Вактрон выполнены в соответствии с японским промышленным стандартом JIS B 2401.

Название каждого кольца представляется подобным набором обозначений – JISB2401 P18 ID 17,80 x CS 2,40 mm(75B) FKM75. Читается оно следующим образом:

o   JISB2401 –стандарт, по которому выполнено уплотнение;

o   P18 – обозначение группы и информация о размере кольца;

Для стандарта JIS группа P – это динамические уплотнения, допускающие движение при работе, группа G – статические уплотнения, зафиксированные в изделии, группа S – О-кольца специальных размеров и группа V – уплотнения для вакуумных фланцев.

o   ID 17,80 x CS 2,40 mm – обозначают внутренний диаметр ID и толщину кольца для уплотнения CS в мм;

o   (75B) FKM75 – материал фторкаучук и его твердость по шкале B Шора.

Некоторые О-кольца представлены в стандарте AS 568 A для аэрокосмических применений, а также в метрическом стандарте METRIC N. Данные кольца подходят для применения в вакуумной технике для установки на фланцы NW/KF.

Заключение

Витоновые уплотнения являются стандартом вакуумных разъемных соединений. Они используются в насосах, течеискателях, микроскопах, масс-спектрометрах, вакуумных камерах и в другом оборудовании. Уплотнения требуют регулярной замены для предотвращения течей газов и масел. Витоновое уплотнение при приложении долговременного перепада давления допускает проникновение газов через материал с потоком до 10^-6 Па^.м³/с. Это следует учитывать при использовании неметаллических уплотнений в составе высокочувствительных анализаторов и изделий, требующих долговременного сохранения вакуума.

Литература

1. Courtney W. J., Schipma P. B. A new handbook for the aerospace engineer-NASA permeability data for aerospace applications. – 1968.
2. Vinogradov M. L., Barchenko V. T. Measurement of the gas permeation through the composite materials //Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering Conference (EIConRusNW), 2015 IEEE NW Russia. – IEEE, 2015. – С. 40-44.
3. AI-AEC-13145, "Design Guide for. Reactor Cover Gas Elastomeric Seals", March 7, 1975.
4. Vinogradov M. L. et al. Gas Permeation through Vacuum Materials: Mass‐spectrometry Measurement System //Vakuum in Forschung und Praxis. – 2015. – Т. 27. – №. 3. – С. 26-29.