Un sello hermético es cualquier tipo de sellado que hace que un objeto determinado sea hermético (impidiendo el paso de aire , oxígeno u otros gases ). El término se aplicó originalmente a los recipientes de vidrio herméticos , pero a medida que la tecnología avanzó, se aplicó a una categoría más amplia de materiales, incluidos el caucho y los plásticos . Los sellos herméticos son esenciales para el funcionamiento correcto y seguro de muchos productos electrónicos y sanitarios. En términos técnicos, se indica junto con un método de prueba específico y condiciones de uso. Coloquialmente, los requisitos exactos de un sello de este tipo varían según la aplicación.
La palabra hermético proviene del dios griego Hermes . Un sello hermético proviene de la alquimia en la tradición del hermetismo . El legendario Hermes Trimegisto supuestamente inventó el proceso de hacer que un tubo de vidrio fuera hermético utilizando un sello secreto. [1]
Algunos tipos de envases deben mantener un sellado que impida el paso de gases, por ejemplo, los envases para algunos alimentos, productos farmacéuticos, químicos y bienes de consumo. El término puede describir el resultado de algunas prácticas de conservación de alimentos , como el envasado al vacío y el enlatado . Los materiales de envasado incluyen vidrio , latas de aluminio , láminas metálicas y plásticos impermeables a los gases .
Algunos edificios diseñados con principios de arquitectura sustentable pueden utilizar tecnologías herméticas para conservar energía . Los edificios ecológicos pueden incluir ventanas que combinan vidrios aislantes de triple panel con gas argón o criptón para reducir la conductividad térmica y aumentar la eficiencia . En proyectos de construcción de exteriores y paisajismo , se pueden utilizar sellos herméticos para proteger los servicios generales y las conexiones/empalmes eléctricos de iluminación paisajística . Hermético implica tanto impermeabilidad como resistencia al vapor.
Las aplicaciones del sellado hermético incluyen electrónica de semiconductores , termostatos , dispositivos ópticos , MEMS e interruptores . Las piezas eléctricas o electrónicas pueden sellarse herméticamente para protegerlas contra el vapor de agua y los cuerpos extraños y mantener un funcionamiento y una fiabilidad adecuados.
El sellado hermético para lograr condiciones herméticas se utiliza para archivar artículos históricos importantes. En 1951, la Constitución de los EE. UU. , la Declaración de Independencia de los EE. UU. y la Carta de Derechos de los EE. UU. se sellaron herméticamente con gas helio en vitrinas de vidrio alojadas en los Archivos Nacionales de los EE. UU. en Washington, DC. En 2003, se trasladaron a nuevas vitrinas de vidrio selladas herméticamente con argón. [2]
En la industria funeraria, algunos ataúdes y bóvedas funerarias están sellados herméticamente mediante un sello de goma y bloqueados.
Las resinas epoxi típicas tienen grupos hidroxilo (-OH) colgantes a lo largo de su cadena que pueden formar enlaces o atracciones polares fuertes con superficies de óxido o hidroxilo. La mayoría de las superficies inorgánicas (es decir, metales, minerales, vidrios, cerámicas) tienen polaridad, por lo que tienen una alta energía superficial. El factor importante para determinar una buena resistencia adhesiva es si la energía superficial del sustrato es cercana o superior a la energía superficial del adhesivo curado.
Ciertas resinas epoxi y sus procesos pueden crear una unión hermética con cobre, latón, acero inoxidable, aleaciones especiales, plástico o epoxi en sí con coeficientes similares de expansión térmica , y se utilizan en la fabricación de sellos herméticos eléctricos y de fibra óptica. Los sellos a base de epoxi pueden aumentar la densidad de la señal dentro de un diseño de paso en comparación con otras tecnologías con requisitos de espaciado mínimos entre conductores eléctricos. Los diseños de sellos herméticos de epoxi se pueden utilizar en aplicaciones de sellos herméticos para vacío o presiones bajas o altas, sellando eficazmente gases o fluidos, incluido el gas helio, a tasas de fuga de gas helio muy bajas similares al vidrio o la cerámica. Los sellos herméticos de epoxi también ofrecen la flexibilidad de diseño de sellar cables o pines de aleación de cobre en lugar de los materiales de pasador Kovar mucho menos conductores de electricidad requeridos en los sellos herméticos de vidrio o cerámica. Con un rango de temperatura de funcionamiento típico de -70 °C a +125 °C o 150 °C, los sellos herméticos de epoxi son más limitados en comparación con los sellos de vidrio o cerámica, aunque algunos diseños herméticos de epoxi son capaces de soportar 200 °C. [3]
Cuando el vidrio y el metal que se sellan herméticamente tienen el mismo coeficiente de expansión térmica, un "sello combinado" obtiene su resistencia de la unión entre el vidrio y el óxido del metal. Este tipo de sello hermético de vidrio a metal se utiliza generalmente para aplicaciones de baja intensidad, como en los casquillos de las bombillas. [4]
Los "sellos de compresión" se producen cuando el vidrio y el metal tienen coeficientes de expansión térmica diferentes, de modo que el metal se comprime alrededor del vidrio solidificado a medida que se enfría. Los sellos de compresión pueden soportar presiones muy altas y se utilizan en una variedad de aplicaciones industriales.
En comparación con los sellos herméticos de epoxi, los sellos de vidrio con metal pueden funcionar a temperaturas mucho más altas (250 °C para sellos de compresión, 450 °C para sellos emparejados). Sin embargo, la selección de materiales es más limitada debido a las restricciones de expansión térmica. El proceso de sellado se realiza a aproximadamente 1000 °C en una atmósfera inerte o reductora para evitar la decoloración de las piezas. [5]
Los sellos cerámicos cocidos son una alternativa al vidrio. Los sellos cerámicos superan las barreras de diseño de los sellos de vidrio a metal debido a su rendimiento hermético superior en entornos de alto estrés que requieren un sello robusto. La elección entre vidrio o cerámica depende de la aplicación, el peso, la solución térmica y los requisitos del material.
Las juntas cónicas de vidrio se pueden sellar herméticamente con anillos de sellado de PTFE (herméticos al vacío alto, tasa de fuga de aire de 10 −6 mBar × L/seg y menor), [6] juntas tóricas (opcionalmente juntas tóricas encapsuladas) o manguitos de PTFE, [7] a veces utilizados en lugar de grasa que puede disolverse en la contaminación. La cinta de PTFE , el cordón de resina de PTFE y la cera son otras alternativas que están encontrando un uso generalizado, pero requieren un poco de cuidado al enrollarse en la junta para garantizar que se produzca un buen sellado.
Se puede aplicar una fina capa de grasa hecha para esta aplicación a las superficies de vidrio esmerilado que se van a conectar, y la junta interior se inserta en la junta exterior de manera que las superficies de vidrio esmerilado de cada una estén una al lado de la otra para hacer la conexión. Además de hacer una conexión hermética, la grasa permite que dos juntas se separen más fácilmente más tarde. Un posible inconveniente de dicha grasa es que si se utiliza en material de vidrio de laboratorio durante mucho tiempo en aplicaciones de alta temperatura (como para destilación continua ), la grasa puede acabar contaminando los productos químicos. [8] Además, los reactivos pueden reaccionar con la grasa, [9] [10] especialmente al vacío . Por estas razones, es aconsejable aplicar un anillo ligero de grasa en el extremo grueso del cono y no en su punta, para evitar que entre en el material de vidrio. Si la grasa se extiende por toda la superficie del cono al acoplarse, se ha utilizado demasiada. El uso de grasas diseñadas específicamente para este propósito también es una buena idea, ya que suelen ser mejores para sellar al vacío, más espesas y, por lo tanto, menos propensas a salirse del cono, se vuelven fluidas a temperaturas más altas que la vaselina (un sustituto común) y son químicamente más inertes que otros sustitutos.
Las juntas de vidrio esmerilado son translúcidas cuando están limpias y libres de residuos. Los disolventes, las mezclas de reacción y la grasa vieja aparecen como manchas transparentes. La grasa se puede eliminar frotando con un disolvente adecuado; los éteres , el cloruro de metileno , el acetato de etilo o los hexanos funcionan bien para las grasas a base de silicona e hidrocarburos . Las grasas a base de fluoroéter son bastante impermeables a los disolventes orgánicos. La mayoría de los químicos simplemente las limpian tanto como sea posible. Algunos disolventes fluorados pueden eliminar las grasas de fluoroéter, pero son más costosos que los disolventes de laboratorio.
Existen métodos de prueba estándar para medir la tasa de transmisión de vapor de humedad , la tasa de transmisión de oxígeno , etc. de los materiales de envasado. Sin embargo, los envases completos incluyen sellos térmicos, juntas y cierres que a menudo reducen la barrera efectiva del envase. Por ejemplo, el vidrio de una botella de vidrio puede tener una barrera total efectiva, pero el cierre de la tapa de rosca y el revestimiento del cierre podrían no tenerla.
