對你的密封件而言,多熱才算過熱?
熱力全開!許多製程產業,例如半導體與化學加工產業,皆運用特殊化學物質在高溫環境下運作,以革新通訊、運算、潔淨能源及無數其他應用領域。事實上,許多先進化學物質僅在高溫下具有反應活性,這使得彈性體密封件等元件在更具侵蝕性的環境中,必須承受額外壓力才能實現其設計目標。

氟碳橡膠(FKM)和氟氟碳橡膠(FFKM)等彈性體材料廣泛應用於半導體、石油天然氣及航空航天等產業領域,且部分新興應用趨勢顯示其耐受溫度正持續提升。 這引發了關鍵問題:如何最佳評估彈性體材料,並判斷其在嚴苛條件下能否維持足夠使用壽命?首要理解的是:熱穩定性實為時間與溫度的複合指標,同時亦受化學物質或等離子體等其他因素影響。
測量彈性體材料熱穩定性的最基礎測試之一是熱重分析(TGA),但此方法未必能充分反映密封件的性能表現。TGA本質上是測量材料在溫度梯度作用下,或於設定溫度下保持一段時間時的重量變化。 若結合質譜儀使用,通常可識別出熱降解產物。雖然此方法有助於理解完整的熱降解過程,但將其與實際應用中密封件的使用壽命建立關聯性仍具挑戰性。
壓縮永久變形是衡量彈性體在受壓至特定變形量並於高溫環境下維持一段時間後,恢復至原始厚度能力的指標。高壓縮永久變形值通常與彈性體密封件的熱穩定性不佳相關,因其會導致密封力隨之降低。評估密封材料最高使用溫度的常見做法,是進行長達1000小時或更久的長期壓縮永久變形測試。 接著運用不同溫度下的數據集,判定材料在1000小時後達到80%壓縮永久變形率的溫度。根據具體應用需求,亦可選擇其他時間與壓縮永久變形率的組合進行測試。

壓縮應力鬆弛(CSR)是衡量彈性體在特定溫度下,於恆定變形狀態下隨時間推移所提供的彈性力。此彈性力或密封力可透過連續監測或在材料老化過程中於特定時間間隔採集數據來獲取。 若能精確掌握特定應用中維持密封完整性所需的最小密封力,即可透過CSR測量結果推估材料的最高使用溫度或特定溫度下的使用壽命。儘管CSR測試最能反映密封件的實際應用狀態,但相較於壓縮永久變形測試,目前針對彈性體的歷史數據尚不足以進行充分比對。
顯而易見,理解彈性體密封件的熱穩定性與最高使用溫度,對於選擇合適材料及預測使用壽命至關重要。
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