Un sello hermético es cualquier tipo de sellado que hace que un determinado objeto sea hermético (impidiendo el paso de aire , oxígeno u otros gases ). El término se aplicaba originalmente a los recipientes de vidrio herméticos , pero a medida que avanzó la tecnología 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. Utilizado técnicamente, se indica junto con un método de prueba específico y condiciones de uso. Coloquialmente, los requisitos exactos de dicho sello 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 Trismegisto supuestamente inventó el proceso de hacer hermético un tubo de vidrio mediante un sello secreto. [1]
Algunos tipos de envases deben mantener un sello contra el flujo de gases, por ejemplo, los envases de algunos alimentos, productos farmacéuticos, productos 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 embalaje incluyen vidrio , latas de aluminio , láminas metálicas y plásticos impermeables a los gases .
Algunos edificios diseñados con principios de arquitectura sostenible pueden utilizar tecnologías herméticas para conservar energía . Los edificios ecológicos pueden incluir ventanas que combinan acristalamiento aislante de triple panel con gas argón o criptón para reducir la conductividad térmica y aumentar la eficiencia . En proyectos de construcción de jardines y exteriores, se pueden usar sellos herméticos para proteger las conexiones/empalmes eléctricos de servicios generales y iluminación de jardines . Hermético implica tanto a prueba de agua como de vapor.
Las aplicaciones del sellado hermético incluyen electrónica semiconductora , termostatos , dispositivos ópticos , MEMS e interruptores . Las piezas eléctricas o electrónicas pueden estar selladas herméticamente para protegerlas contra el vapor de agua y cuerpos extraños para mantener un funcionamiento y confiabilidad adecuados.
El sellado hermético para condiciones herméticas se utiliza para archivar elementos históricos importantes. En 1951, la Constitución de los EE. UU. , la Declaración de Independencia de los EE. UU . y la Declaración de Derechos de los EE. UU. se sellaron herméticamente con gas helio en vitrinas de vidrio ubicadas 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 se cierran herméticamente con un sello de goma y se cierran con llave.
Las resinas epoxi típicas tienen grupos hidroxilo (-OH) colgantes a lo largo de su cadena que pueden formar enlaces o fuertes atracciones polares a 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 mayor que 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 el propio epoxi 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 pasante en comparación con otras tecnologías con requisitos mínimos de espacio entre conductores eléctricos. Los diseños de sellos herméticos epoxi se pueden usar en aplicaciones de sellos herméticos para presiones o vacíos altos o bajos, sellando eficazmente gases o fluidos, incluido el gas helio, hasta tasas de fuga de gas helio muy bajas, similares a las del vidrio o la cerámica. Los sellos herméticos de epoxi también ofrecen la flexibilidad de diseño de sellar pines o alambres de aleación de cobre en lugar de los materiales de pines Kovar , mucho menos conductores de electricidad , necesarios 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 epoxi son más limitados en comparación con los sellos de vidrio o cerámica, aunque algunos diseños herméticos epoxi son capaces de soportar 200 °C. [3]
Cuando el vidrio y el metal que se sella herméticamente tienen el mismo coeficiente de expansión térmica, un "sello emparejado" obtiene su fuerza de la unión entre el vidrio y el óxido del metal. Este tipo de sello hermético de vidrio a metal se usa generalmente para aplicaciones de baja intensidad, como en bases de bombillas. [4]
Los "sellos por compresión" ocurren cuando el vidrio y el metal tienen diferentes coeficientes de expansión térmica, 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 a metal pueden funcionar a temperaturas mucho más altas (250 °C para sellos de compresión, 450 °C para sellos combinados). Sin embargo, la selección de materiales es más limitada debido a las limitaciones 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 alta tensión 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 (alto vacío, tasa de fuga de aire de 10 −6 mBar × L/s y menos), [6] juntas tóricas (opcionalmente juntas tóricas encapsuladas) o manguitos de PTFE, [ 7] a veces se usa en lugar de grasa que puede disolverse en la contaminación. La cinta de PTFE , el hilo de resina de PTFE y la cera son otras alternativas que se están utilizando ampliamente, pero requieren un poco de cuidado al enrollarlas 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 queden una al lado de la otra para realizar la conexión. Además de realizar una conexión estanca, la grasa permite separar posteriormente dos uniones más fácilmente. Un posible inconveniente de este tipo de grasa es que si se utiliza en material de vidrio de laboratorio durante mucho tiempo en aplicaciones de alta temperatura (como para la destilación continua ), la grasa puede eventualmente contaminar los productos químicos. [8] Además, los reactivos pueden reaccionar con la grasa, [9] [10] especialmente al vacío . Por estos motivos, es aconsejable aplicar un ligero anillo de grasa en el extremo grueso del cono y no en su punta, para evitar que entre en la cristalería. Si la grasa cubre toda la superficie cónica al acoplarla, se usó demasiada. También es una buena idea usar grasas diseñadas específicamente para este propósito, ya que a menudo son mejores para sellar al vacío, son más espesas y, por lo tanto, es menos probable que fluyan fuera del cono, se vuelven fluidas a temperaturas más altas que la vaselina (un sustituto común) y son más químicamente inerte que otros sustitutos.
Las juntas de vidrio esmerilado son traslúcidas 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 limpiando 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 resistentes a los disolventes orgánicos. La mayoría de los químicos simplemente los limpian tanto como sea posible. Algunos solventes fluorados pueden eliminar las grasas de fluoroéter, pero son más costosos que los solventes de laboratorio.
Hay métodos de prueba estándar disponibles para medir la tasa de transmisión de vapor de humedad , la tasa de transmisión de oxígeno , etc. de los materiales de embalaje. Sin embargo, los paquetes completos implican sellados térmicos, uniones y cierres que a menudo reducen la barrera efectiva del paquete. Por ejemplo, el vidrio de una botella de vidrio puede tener una barrera total eficaz, pero el cierre de rosca y el revestimiento del cierre podrían no tenerla.
