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Permeation

Bei großen Druckunterschieden und hohen Temperaturen kann es bei z.B. Druckgeräten aus Metall zu einer Permeation von Gasen wie Helium, Sauerstoff oder Wasserstoff kommen. Die Permeation ist also die Durchdringung von Stoffen (hier Gase) durch einen Festkörper. Große Druckdifferenzen (Partialdrücke) begünstigen diesen Vorgang. Während die Permeation von Gasen durch Metalle eher selten und gering ist, ist die Permeation von Gasen durch Kunststoffe schon eher der Normalfall.

Die Durchdringung von Gasen durch Kunststoffe kann man sich wie die Diffusion in Flüssigkeiten vorstellen. Das Gas auf der druckhöheren Seite geht in Lösung mit dem Kunststoff. Nach der Diffusion kann das Gas auf der Seite des niedrigeren Drucks wieder austreten (desorbieren).

Nach dem Prinzip des Durchdringungsvorganges wird oftmals auch von Lösungsdiffusion gesprochen. Der je Zeitintervall durch einen Kunststoff diffundierende Gasvolumenstrom lässt sich mathematisch wie folgt beschreiben:

Permeation

Qv Gasvolumenstrom Volumenstrom, Einheit
P Permeationszahl Permeationszahl, Einheit
p1, p2 Partialdrücke [bar]
A Permeationsfläche [m2]
s Wanddicke [m]

 

Permeationszahl P für verschiedene Kunststoffe bei 25°C  P in 10-10 Permeationszahl, Einheit
 
Kunststoff
Gas
He CO2 N2 O2 H2
Naturgummi 0,17-0,31 1,34 0,07-0,19 0,23-0,55 0,19-0,68
PE 0,06-0,09 0,13-0,17 0,001-0,01 0,01-0,05 0,11-0,59
Neopren 0,04 0,29 0,01-0,02 - 0,13-0,46
PVC - 0,005-0,3 0,02-0,04 0,001-0,07 -
Polystyrol - 0,37 0,01-0,08 0,03-0,23 0,9
Perbunan 0,11 0,30 0,02 0,04 0,15
Mipolam - 0,05 0,003 0,01 0,10

He : Helium, CO2 : Kohlendioxid, N2 : Stickstoff, O2 : Sauerstoff, H2 : Wasserstoff

 

Die Permeation ist erheblich von den Randbedingungen abhängig. Veränderte Materialzusammensetzungen oder unterschiedliche Feuchtigkeiten können zu großen Abweichungen der Permeationszahl führen. Im Zweifel bleibt Ihnen also eine reale Messung nicht erspart.

Bei dem Einsatz von Industriegasen ist somit unbedingt auf geeignete Materialien zu achten, da aufgrund der teilweise hohen Reinheit größere Partialdruckdifferenzen gegenüber den nicht im Gas enthaltenen Gasen bestehen. Beachten Sie also, dass z.B. Feuchtigkeitsprobleme durch falsch gewählte Materialien entstehen können.

 

 

 

 

 

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