Com seleccionar materials de segellat per a entorns de radiació

Els components de segellat utilitzats en energia nuclear, equips de radiació, processament de combustible nuclear, equips mèdics, aeroespacial i física d'altes energies poden estar exposats a radiacions ionitzants mentre operen a altes temperatures, pressions, buit o medis corrosius. La radiació pot canviar l'estructura molecular dels materials de segellat, provocant enduriment, fragilització, esquerdes, pèrdua d'elasticitat i una reducció del rendiment de segellat.

Per tant, la selecció de materials per a entorns de radiació ha de tenir en compte no només la temperatura i la compatibilitat química, sinó tambétipus de radiació, dosi total absorbida, taxa de dosi, temperatura, pressió, medi i moviment de segellat.

Selecció de materials per a aplicacions de radiació

Els tipus comuns de radiació inclouenradiació alfa, beta, gamma, raigs X i neutronsLes seves característiques de penetració i els efectes sobre els materials són diferents. En el cas dels segells de polímer, la radiació pot causar entrecreuament o escissió de la cadena molecular, cosa que provoca canvis en la duresa, la resistència, l'elasticitat i la deformació per compressió.

Materials de cautxú com araNBR, EPDM i FKMes pot utilitzar en entorns de radiació seleccionats, però la seva resistència a la radiació varia significativament segons la formulació i les condicions de funcionament. El NBR es selecciona principalment per la resistència a l'oli, l'EPDM per a l'aigua i el vapor, i l'FKM per a la resistència a altes temperatures, oli i productes químics. Per a nivells de radiació més alts, s'han d'utilitzar compostos especialment formulats i provats per radiació en lloc de confiar només en el nom del material.

PTFEofereix una excel·lent resistència química, baixa fricció i un ampli rang de temperatures, cosa que el fa atractiu per a segells dinàmics en entorns especials. Tanmateix, les dosis elevades de radiació poden causar degradació de la cadena molecular i fragilització. El PTFE modificat o farcit pot millorar la resistència al desgast, la resistència a la fluència i la resistència mecànica, però la resistència real a la radiació encara s'ha de verificar en les condicions previstes.

Per a aplicacions que impliquenalta radiació, alta temperatura, alt buit o vida útil extremadament llarga, els segells metàl·lics poden proporcionar una solució més fiable. L'acer inoxidable, els aliatges a base de níquel i altres aliatges d'alt rendiment es poden utilitzar per a juntes tòriques metàl·liques, juntes en C, juntes en E, segells de manxa i altres estructures de segellat. En comparació amb els segells de polímer, els segells metàl·lics generalment proporcionen una radiació molt millor i una estabilitat a altes temperatures.

Consideracions de disseny i rendiment

La selecció del material per si sola no és suficient. La geometria del segell i les condicions d'instal·lació també tenen una influència important en la fiabilitat.

En el cas dels segells de polímer, l'exposició a la radiació pot reduir gradualment l'elasticitat i la força de segellat. Sempre que sigui possible, el segell es pot col·locar en una zona de baixa radiació o protegir-lo mitjançant estructures de blindatge per reduir la dosi real absorbida.

Per als segells metàl·lics, els factors clau inclouenacabat superficial, compressió, tensió de contacte, retorn elàstic del material, expansió tèrmica i disseny de bridesEls sistemes d'alta temperatura requereixen una atenció especial a la diferència d'expansió tèrmica entre el segellat i els components d'acoblament.

La resistència a la radiació tampoc s'ha d'avaluar utilitzant un únic valor de "dosi màxima de radiació". El rendiment real depèn dedosi total, taxa de dosi, temperatura, atmosfera, tipus de radiació, estrès mecànic i temps d'exposició.

Per a aplicacions crítiques, la selecció de materials hauria d'estar recolzada perproves de radiació, envelliment tèrmic, compatibilitat química i proves de rendiment de segellatEls segells dinàmics també s'han de sotmetre a proves de fricció i desgast en condicions de funcionament representatives.

Conclusió

La selecció de materials de segellat per a entorns radiatius és una tasca d'enginyeria integral que implicaradiació, temperatura, pressió, medis químics, càrrega mecànica i estructura de segellat.

Per a nivells de radiació relativament baixos, poden ser adequats materials de cautxú especialment formulats. Per a un segellat dinàmic de baixa fricció, es pot considerar el PTFE o el PTFE modificat. Per a una radiació elevada combinada amb alta temperatura, alt buit o requisits de fiabilitat extremadament exigents,els segells metàl·lics solen ser la solució preferida.

El punt clau és queLa resistència a altes temperatures, la resistència química i la resistència a la radiació són propietats materials diferentsUn material que resisteix bé la calor i els productes químics no necessàriament proporciona estabilitat a llarg termini sota una radiació elevada.

Per tant, una solució fiable de segellat per radiació s'hauria de basar en la realitatdosi de radiació, taxa de dosi, temperatura, pressió, medi, moviment i vida útil requerida, seguit de les proves i validacions adequades.