苯基硅橡胶在极低温度下的应用
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最近,人们试着用苯基硅橡胶来解决液氮杜瓦瓶虹吸管上安装的O型圈密封不严的问题。O形圈并没有与液氮直接接触,但杜瓦瓶的颈部温度极低,因此在使用杜瓦瓶时,当前的O形圈仍会变得很脆弱,并且导致密封效果变差。
液氮杜瓦瓶
众所周知,液氮的沸点极低,为-196°C(或-321°F)。当前,热固性橡胶可以耐受的最低温度约为-104°C,如苯基硅橡胶。当然,有时挑选橡胶材料最困难的部分是了解橡胶需要密封和起作用的确切温度。
由于液氮温度太低,且从对流到环境或传导到设备中的温度损失,导致液氮气化时,温度会急剧下降。所以,只有当液氮温度在橡胶材料的耐受范围内时,橡胶材料才有可能将其密封住。
密封性能与橡胶变形和密封的能力直接相关。在低温下,橡胶模量将在达到玻璃化转变温度时增加。随着橡胶变硬,变形和密封的能力可能会降低到足以允许泄漏的程度。表1显示了对不同类型的有机硅材料低温测试。(注:橡胶在低温测试时,会根据应用场合,有一定的偏差。)
人们曾试着用金属或PTFE(聚四氟乙烯)密封液氮。使用金属时,需要比较大的夹紧力以防止泄漏。而用PTFE密封件时,材料可能会冷流,或者材料在压缩后会蠕变并变形。当材料不会回到原始形状时,同样存在泄漏和密封失效的结果。
当使用苯基硅橡胶材料时,发现它可以在极低的温度下为我们提供尽可能低的密封条件。只要没有长时间直接暴露于氮气中,密封性就会保持良好,这是因为苯基硅氧烷可以在较低的温度下保持弹性,并且略微增加O形圈的横截面可提供更高的压缩力-这可能更有利于于密封。