常见问题解答：隔膜阀门中弹性体的密封性能
长时间运行后出现泄漏的原因
为什么隔膜阀门会长期失去密封功能？
隔膜阀门是卫生和工业应用中的核心密封元件。 其功能安全性主要取决于所用弹性体的特性。
然而，在持续的热和机械应力（例如反复的SIP循环）作用下，这种材料的典型特性会发生变化。这些变化与时间有关，是弹性体的典型特征。
因此，泄漏并不一定是由安装错误或设计错误造成的，而是材料特有的松弛和变形过程的结果。
哪些材料特有的工艺会影响密封性能？
如果弹性体长期承受压力，其变形不会保持不变，而是逐渐增加。这种行为可通过蠕变和应力松弛效应来描述。其原因在于物理和化学因素的共同作用，尤其是材料的粘弹性行为和分子结构。
粘弹性与分子重排
弹性体具有粘弹性。在变形过程中，部分输入能量被储存，另一部分能量则被消散。
聚合物链的长度不同，相互交联并部分相互缠绕。这种结构影响材料在受力时的表现。分子重排的速度和方式主要取决于：
- 化学结构
- 受力时间
- 温度
- 变形率
压缩永久变形（Compression Set）
压力变形余量描述了弹性体在持续变形后恢复到原始形状的程度。数值越低，恢复能力越强。
低压缩永久变形通常伴随着较高的交联度。在高机械负荷下，这种材料结构可能会降低抗裂性。
在实际操作中会产生什么影响？
张力松弛和密封力损失
应力松弛的名称是指弹性体中储存的机械应力随时间逐渐减弱的现象。在隔膜阀中，这种效应表现为接触密封力的持续下降。随着运行时间的延长，膜片会失去最初施加的预紧力，从而导致密封效果减弱。
作为短期措施进行补救
在第一个热循环之后，重新拧紧可以部分补偿失去的密封力。这可以短期降低外部泄漏的风险。但基本问题仍然存在。应力松弛仍在继续，因此随着运行时间的增加，需要更大的重新调整力。
机械过载和裂纹形成
反复或强力拉伸会显著增加机械负荷。特别是在结构过渡处和夹紧区域，会产生较高的局部应力。如果超过负荷极限，首先会出现微裂纹，随着时间的推移，这些微裂纹会逐渐扩大，最终导致可见裂纹和膜片失效。
这会带来哪些结构上的后果——GOETZE 是如何解决这个问题的？
根据弹性体的典型材料特性，可以得出这样的结论：仅靠重新拧紧或优化单个材料特性值，无法确保密封功能的长期安全性。关键在于隔膜阀密封系统的结构设计。只有这样，才能持久地避免泄漏和膜片过早损坏。
GOETZE 的隔膜阀门在密封系统方面拥有获得专利的设计优势。驱动装置中集成的不锈钢压力套起到了机械平衡元件的作用，确保了膜片的恒定压紧。
这样就不是单独优化了一个参数，而是从结构上考虑了弹性体性能、预紧力和机械负荷之间的相互作用。目标是在热和机械应力下实现持久稳定的密封功能。
关于隔膜阀门中弹性体的密封性能的重要问题与解答
在卫生和工业应用中，隔膜阀门承担着重要的密封功能。这主要取决于所用弹性体的特性。但在持续的热和机械应力下（例如反复的 SIP 循环），这种材料的典型特性会发生变化。
这些随时间变化的变化可能会导致长期密封功能丧失。因此，泄漏并不一定是由安装错误造成的，而是材料典型老化和松弛效应的结果。
如果弹性体长期受到机械应力作用，其变形不会保持恒定，而是逐渐增加。这种行为可通过蠕变和应力松弛效应来描述。其原因在于物理和化学因素的相互作用。材料的粘弹性行为及其分子结构对此起着决定性作用。另一个相关的特征值是所谓的压缩永久变形（Compression Set），它表示弹性体在长期变形后恢复原状的能力。
弹性体基本上是粘弹性的。这意味着，在变形过程中，部分输入能量被存储在材料中，而另一部分则被消散。
弹性体的聚合物链相互交联，部分相互缠绕。这种结构一方面允许弹性行为，但同时限制了链的移动性。分子重组的速度和类型主要取决于：
- 弹性体的化学结构
- 负荷持续时间
- 温度
- 变形率
这些影响因素决定了机械性能随时间变化的强度和速度。
应力松弛是指弹性体中储存的机械应力随时间逐渐减弱的现象。在隔膜阀中，这种效应会导致膜片最初施加的预紧力持续减弱。随着运行时间的延长，接触密封力会逐渐减弱，从而导致密封效果下降。因此，即使阀门最初安装和设计正确，也可能出现泄漏现象。
在第一个热循环之后，重新拧紧连接件可以部分补偿密封力的损失。这可以短期降低外部泄漏的风险。但这并不能解决根本问题。弹性体的应力松弛仍在继续。因此，随着运行时间的增加，需要越来越大的调整力才能保持密封效果。
反复或强力拉伸会显著增加膜片的机械负荷。特别是在结构过渡处和夹紧区域，会产生较高的局部应力。如果超过弹性体的负荷极限，材料就会开始疲劳。首先会形成微裂纹，随着时间的推移，这些裂纹会不断扩大。结果会形成可见的裂纹，最终导致膜片失效。
压力变形残余值表示弹性体在持续变形后恢复原状的程度。低值意味着良好的恢复能力。低压力变形残余通常伴随着材料较高的交联度。然而，在高机械负荷下，这种结构可能会降低抗裂性。此时，材料不会通过弹性变形来反应，而是更倾向于形成裂纹。
具有极佳回弹性的材料可能同时具有较高的刚度和较低的缓冲性。这会降低消除局部应力峰值的能力。特别是在拧紧过程中，会产生非常高的局部应力。如果弹性体无法充分吸收和分散这种能量，则应力会集中在材料中。结果可能会形成裂纹。因此，较低的压缩永久变形率并不一定意味着在所有负荷条件下都能获得更高的长期稳定性。
仅靠重新拧紧或选择单一材料特性值无法确保持久可靠的密封功能。关键在于隔膜阀密封系统的结构设计，例如 GOETZE 隔膜阀的专利解决方案。只有这样，才能持久避免泄漏和膜过早损坏。