Tiivistemateriaalilla on tärkeä rooli kryogeenisissä nivelventtiileissä, mikä voi estää väliaineen vuotamisen ja varmistaa venttiilin turvallisen toiminnan. Niiden suorituskyky vaikuttaa suoraan tiivistyksen luotettavuuteen, käyttöikään ja venttiilin toimintavakauteen ultra-alhaisissa lämpötiloissa. Niiden tärkeimmät toiminnot ja valintaperiaatteet on esitetty alla:
I. Tiivistysmateriaalien keskeiset toiminnot
Kryogeeninen tiivistys: -196 asteen lämpötiloissa (esim. nestemäinen typpi) tai sitä alhaisemmissa lämpötiloissa tiivistemateriaalin tulee pysyä elastisena ja joustavana, jotta vältetään vuodot, jotka johtuvat materiaalin kovettumisen tai kutistumisen aiheuttamista lisääntyneistä tiivistepinnan aukoista. Esimerkiksi tavallinen kumi voi haurastua alhaisissa lämpötiloissa, kun taas erikoistuneet kryogeeniset tiivistysmateriaalit (esim. modifioitu PTFE (PTFE)) voivat silti ylläpitää tiivistyspainetta.
Välineet Korroosionkestävyys: Kryogeeniset väliaineet (esim. nesteytetty maakaasu, nestemäinen happi) voivat olla erittäin syövyttäviä tai kemiallisesti reaktiivisia. Tiivistysmateriaalien on oltava kemiallisesti stabiileja, jotta estetään reaktio väliaineen kanssa, joka aiheuttaa tiivisteen rikkoutumisen. Esimerkiksi nestemäisissä happisovelluksissa öljyjä tai helposti hapettavia aineita sisältäviä materiaaleja tulee välttää palamisvaaran välttämiseksi.
Kulutus- ja korroosionkestävyys: Venttiilin avautumisen ja sulkemisen aikana pallon ja tiivistekannen välinen kitka voi johtaa kulumiseen ja repeytymiseen, erityisesti korkeassa paine-erossa, väliaineen eroosio voi kiihdyttää tiivistepinnan vaurioitumista. Tiivistemateriaalien on oltava korkean kovuuden ja{1}}itsevoitelukykyisiä kulumisen vähentämiseksi ja käyttöiän pidentämiseksi.
Lämpölaajeneminen ja supistumisen kompensointi: Alhaisissa lämpötiloissa venttiilirungon metalli kutistuu enemmän kuin tiivistemateriaali, mikä voi johtaa epätasaiseen paineen jakautumiseen tiivistepinnalla. Tiivistemateriaalin on kompensoitava tämä kutistumisero elastisella muodonmuutoksella tiivisteen kosketuspaineen ylläpitämiseksi.
Tartuntakestävyys: Pitkän käyttämättömyyden jälkeen tiivistepinnan avaaminen ja sulkeminen voi olla vaikeaa väliaineen kiteytymisen tai adheesion vuoksi. Tiivistemateriaalin pintaenergian on oltava alhainen väliaineen tarttumisen estämiseksi ja venttiilin joustavan toiminnan varmistamiseksi.
II. Tiivistysaineen valintaperiaatteet
1. Lämpötilan mukautuvuus
Kryogeeninen raja: Valitse materiaali vähimmäiskäyttölämpötilan mukaan varmistaaksesi, että sen lasittumislämpötila (Tg) on alle käyttölämpötilan.
Esimerkki: PTFE (PTFE): Käytettävä lämpötila laskee -200 asteeseen, mutta parannuksia tarvitaan kulutuksenkestävyyden parantamiseksi.
PI (polyimidi): Soveltuu -269 asteeseen (lähes absoluuttinen nolla), mutta kallis.
Joustava grafiitti: Soveltuu korkeisiin -200 asteen lämpötiloihin, mutta on vältettävä kosketusta voimakkaiden hapettavien väliaineiden kanssa.
2. Mediayhteensopivuus
Kemialliset ominaisuudet: Korroosionkestävät materiaalit valitaan väliainetyypin mukaan (esim. hiilivedyt, nestemäinen happi, nestetyppi). Esimerkiksi rasva-pohjaisten materiaalien käyttö nestemäisessä happisovelluksissa on kielletty. PTFE- tai metallitiivisteet (esim. ruostumaton teräs + joustava grafiitti) ovat suositeltavia.
Hiukkasmaisille aineille vaaditaan kulutusta kestäviä materiaaleja (esim. piikarbidivahvistettu PTFE).
3. Mekaaniset ominaisuudet
Puristuksen palautumisnopeus: Materiaalin täytyy muuttaa muotoaan nopeasti puristuksen jälkeen, jotta se kompensoi rentoutumista pitkäaikaisen{0}}käytön aikana. Esimerkiksi joustavan grafiitin puristuspalautus on yli 40 %.
Jäykkyys ja lujuus: Korkea{0}}painesovellukset vaativat korkean-kovuuden materiaaleja (esim. kovametalli), mutta joustavuus on tasapainotettava haurauden välttämiseksi.
4. Tiivistetyypin yhteensopivuus
Pehmeä tiiviste: sopii alhaiselle paineelle, puhtaalle materiaalille, hyvä tiivistyskyky, mutta huono kulutuskestävyys
Kova tiiviste: sopii korkeapaineisille hiukkasväliaineille; tiivistys saadaan aikaan koskettamalla metallia
Yhdistetty tiivistys: Yhdistää pehmeiden ja kovien tiivisteiden edut, kuten metalliseen venttiilin istukkaan upotetun PTFE-renkaan, joka tasapainottaa kulutuskestävyyden ja tiivistyskyvyn.
