9.Газопроницаемость
Газопроницаемость, св-во материалов пропускать воздух и др. газы при наличии перепада давления. Зависит от типа материала, его хим. природы и структурных характеристик, а также от природы газа и т-ры. Газопроницаемость присуща в большей или меньшей степени всем материалам. Коэф. газопроницаемости выражается кол-вом газа, прошедшего при нормальных условиях в единицу времени и перепаде давления, равном единице, через единицу пов-сти материала единичной толщины.
Газопроницаемость пористых керамич. материалов зависит от величины и формы пор, а также от характера их расположения. При одинаковом значении открытой пористости газопроницаемость пропорциональна квадрату среднего диаметра пор. Открытые поры, ответственные за пропускание газа, наз. проницаемыми. Обычно определяют объемную газопроницаемость. При малых перепадах давления объем газа, прошедшего через образец материала при стационарном потоке, определяют по ур-нию:
где
К-коэф. газопроницаемости, h и s-соотв.
толщина и площадь изделия,
-динамич. вязкость газа,
t-время,
-
разность давлений газа по
обе стороны образца материала. Определение
газопроницаемости имеет большое
значение, особенно для изделий
строит. керамики и
керамич.фильтров.
Газопроницаемость присуща также беспористым материалам, в частности полимерам, металлам и стеклам. Наиб. высокой газопроницаемостью обладают каучукоподобные полимеры, а из них-кремнийорг. каучуки, пониженной-орг. стекла, кристаллич. и структури-ров. полимеры. Коэф. газопроницаемости полимеров увеличивается с повышением гибкости макромолекул и уменьшением межмол. взаимодействия, а также при введении в линейные полимеры пластификаторов. Газопроницаемость сетчатых полимеров уменьшается с увеличением числа поперечных хим. связей между макромолекулами (т.е. степени сшивания). При определении Q полимерных материалов не учитывают динамич. вязкость газа:
Газопроницаемость-одна из важных характеристик изделий из полимерных материалов, напр. шин, прокладок, надувных конструкций, разделит,мембран, одежды, обуви, упаковок и др. С газопроницаемостью связаны защитные св-ва полимерных покрытий, скорость окисления полимеров, обмен в-в в живых организмах.
Для металлов в большей степени характерна водородо-проницаемость, к-рая зависит от типа кристаллич. решетки, парциального давления газа и т-ры. Большой водородо-проницаемостью характеризуются Pd и его сплавы; их используют для получения сверхчистого Н2. Стекло в условиях глубокого вакуума становится проницаемым для Н2 и Не.
Газопроницаемость определяют след. методами: манометрическим-регистрируются показания манометра, соединенного с разреженным объемом, куда поступает газ, прошедший через образец; объемометрическим-замеряется объем газа, прошедшего через образец за определ. время, при постоянном его давлении с противоположной стороны; измерением скорости изменения концентрации газа с той или другой стороны образца, для чего м. б. использованы хроматогра-фич., масс-спектрометрич., хим. и др. методы. В СССР методы определения газопроницаемости полимеров не стандартизованы. Для оценки газопроницаемости керамич. изделий рекомендован объемометрич. метод.
Табл. 1. — Неорганические конструкционные материалы
Материалы |
Температура при давлении паров 1,3мн/м» (10-5 мм рт. ст.), °С |
Температурный коэфф. линейного расширения в интервале от 0 до 100°С (a•107),°С-1 |
Температура плавления, °С |
Металлы Алюминий |
841 |
238 |
658 |
Вольфрам |
2564 |
44 |
3410 |
Железо |
1083 |
119 |
1535 |
Медь |
934 |
165 |
1083 |
Молибден |
1955 |
55 |
2625 |
Никель |
856 |
133 |
1452 |
Палладий |
1157 |
116 |
1554 |
Платина |
1585 |
90 |
1773,5 |
Серебро |
751 |
189 |
960,5 |
Тантал |
2402 |
65 |
2996 |
Титан (иодидный) |
1336 |
81(20—200°C) |
1725 |
Цирконий (иодидный) |
1836 |
54(20—200°C) |
1845 |
Сплавы Латунь Л-68 |
— |
184 |
938 |
Монель |
— |
137 |
1250 |
Нихром |
— |
125 |
1400 |
Фернико (ковар) |
— |
45—55 (20—300°C) |
1450 |
Сталь нержавеющая 1Х18Н9 (ЭЯ-1) |
— |
160 |
1400 |
1Х18Н9Т (ЭЯ-1Т) |
— |
160 |
1450 |
Различные материалы Электрографит |
2129 |
8—18 (продоль |
3800—3900 |
Слюда (мусковит) |
— |
ный) 30 |
1300 |
Кварц плавленый |
— |
5 |
1700 |
Стекло |
— |
30—120 |
— |
Керамика Глинозёмистая Магнезиальная |
— — |
46—70 (20—100°C) 70—80 (20—100°C) |
2000 1600 |
Табл. 2.—Органические конструкционные
материалы
Материал |
Скорость газоотделения при t 20°С |
Коэффициент газопроницаемости при t 20°С |
|
|||||
м3•м сек•м2 •н/м |
cм3 • см сек•см2 кгс/см2 |
|
||||||
н•м/(м2•сек) |
л•мм рт. ст. •10-3 сек см2 |
|
||||||
гелий |
азот |
гелий |
азот |
|
||||
Резина на основе натурального каучука НК |
(5—8)•10-6 |
(4—6)•10-6 |
1,3•10-16 |
2,3•10-17 |
1,3•10-7 |
2,3•10-8 |
|
|
Резина на основе синтетического нитрильного каучука СКН-26 |
(3—4)•10-5 |
(2—3)•10-5 |
5,2•10-17 |
2,5•10-18 |
5,2•10-8 |
2,5•10-9 |
|
|
Резина на основе синтетического нитрильного каучука СКН—40 |
(3—4)•10-5 |
(2—3)•10-5 |
3,6•10-12 |
3,9•10-18 |
3,6•10-8 |
3,9•10-9 |
|
|
Резина на основе поливинилсилоксанового каучука СКТВ-1 |
(1—3)•10-5 |
(1—2)•10-5(250°С) |
— |
2,0•10-15(25°С) |
— |
2.0•10-6(25°C) |
|
|
Фторопласт-4 |
(4—7)•10-7 |
(3—5)•10-7(150—250°С) |
2,3•10-16 |
8,4•10-18 |
2,3•10-7 |
8,4•10-9 |
|
|
Полиэтилен |
(7—13)•10-7 |
(5—10)•10-7 |
2,5•10-17 |
2,5•10-18 |
2,5•10-8 |
2,5•10-9 |
|
|
Полиэтилентерефталат |
(3—7)•10-8 |
(2—5)•10-8 |
7,2•10-18 |
2,7•10-20 |
7,2•10-9 |
2,7•10-11 |
|
|
Эпоксидная смола ЭД-5, отверждённая по-лиэтиленполиамином |
(3—7)•10-4 |
(2—5)•10-4(60°С) |
1,0•10-17 |
— |
1,0•10-8 |
— |
|
|
Табл. 3.—Вакуумны е смазки, замазки, лаки и цементы
Материал |
Давление паров при t 20°С |
tпл,°С |
Макс. рабочая темп-ра, °С |
Назначение |
|
|
н/м2 |
мм рт. ст. |
|||
Смазки Высоковакуумная |
10-4 |
10-6 |
|
—40 до +200° |
Уплотнение кранов и пришлифованных соединений |
Лубрисил |
10-3 |
10-5 |
40 |
|
То же |
Рамзая |
10-2 |
10-4 |
|
30 |
» |
Апиезон |
10-1 |
10-3 при 200°С |
43 |
30 |
» |
» |
10-8 |
10-10 |
47 |
— |
Пришлифовка соединений с тугой посадкой |
Замазки Пицеин |
10-5 |
10-7 |
|
40 |
Уплотнение стеклянных и металлич. шлифов |
Денисона |
10-3 |
10-5 |
|
60 |
|
Смесь пчелиного воска с каучуком |
10-1—10-2 |
10-3—10-4 |
60 |
— |
|
Апиезон |
10-1 |
10-3 |
45; 85 |
— |
Уплотнение постоянных соединений |
Менделеева |
— |
— |
— |
50 |
|
Цемент Хотинского |
10-1 |
10-3 |
|
40 |
Для цоколёвки ламп |
Глипталевый лак |
3—10-2 |
2.10-4 |
|
200 |
Заделка царапин, покрытие поверхностей |
Металлы идут на изготовление корпусов, насосов, вентилей, оболочек, электродов, газопоглотителей. Стекло — основной материал для колб, трубок, ламп и т.п. Из синтетических материалов (полиэтилен, политерафторэтилен, полиамид и др.) и резины изготовляют трубки, прокладки и т.п. Вакуумные смазки и замазки служат для уплотнения разъёмных и постоянных соединений. Лаки применяют для заделки царапин, покрытия поверхностей, цементы — для цоколёвки ламп.