- 全球首个行业标准发布，规定了微米级微小孔尺寸的评估方法
- 使用 AIST 开发的“统一气流方程”分析流过微小孔的复杂气流
- 为汽车、能源、食品、制药等众多行业提高密封产品的可靠性和生产效率做出贡献
以参考试件为主的防水测试、环境测试和漏气测试之间的关系
米乐m6官方网站（以下简称“AIST”）、工程测量标准研究部高级研究员 Hajime Yoshida、研究组组长梶川博明和一般社团法人日本测量仪器联合会（以下简称“Keikoren”）一直在与私营公司、行业组织和其他公司合作，致力于制定一项行业标准，以确认密封检查的可靠性。大学。该结果将于2024年5月24日作为国家机械工程师学会标准JMIF 022《密封检验参考试件的评估方法和使用》发布。在制定该标准时，我们使用了 AIST 的研究成果，气体流动的统一方程''很有用。
在汽车、制冷设备、电力/电子、能源、食品和制药等领域，采用将产品内部与外部环境隔离的密封结构来保持产品质量。在密封结构的制造过程中，如果密封区域无意中出现微小孔洞，则灰尘、细菌等固体、水等液体、水蒸气、氧气等气体可能进入或泄漏，造成产品缺陷。因此，具有密封结构的产品（密封产品）在到达消费者之前要经过检查以确认其密封性能。密封检验方法包括防水测试、环境测试、漏气测试然而，由于这些测试结果之间的相关性尚不清楚，因此无法对每次测试获得的结果进行比较，并且存在如何利用每次测试的结果进行有效的质量控制的问题。这是阻碍从目视检查水侵入量的防水测试过渡到更高效、定量的气体泄漏测试的原因之一。
AIST 制定了校准压力表、真空表和泄漏测试设备的国家计量标准，并且还将通过制定这些标准而培育的技术应用于密封检查的研究。
气体和液体流过微小孔隙的行为很复杂，因此即使孔隙具有简单的圆柱形形状，也不容易定量预测随着直径的增加气体或液体的流动程度。就气体而言，存在层流、紊流、临界流、亚音速流、分子流、中间流等流动状态，根据状态的不同，计算气体泄漏量（流量）的公式也不同，因此难以预测气体泄漏量。在密封检查的研究中，AIST 设计了“气体流量统一公式”，无论气体流动状态如何，都可以使用单一公式计算气体泄漏量。此外，AIST 一直与私营公司、行业组织和大学合作，推动压力、真空和泄漏相关的标准化。
现在，通过利用我们积累的研究成果和标准化知识，我们为建立世界上第一个密封检查行业标准做出了贡献，其中包括微米级微孔尺寸（直径和长度）的评估方法，以及显示尺寸与气体/液体运动量之间关系的表格。
测量与工程师联合会与私营公司、行业组织和大学合作，促进与长度、质量、温度、压力和流量等测量仪器相关的标准化。密封结构的可靠性对于保证在各种环境下长期使用的称重测量仪器的质量非常重要。特别是，外壳内部的冷凝对于各种称重和测量仪器来说是一个问题。此外，密封结构的可靠性是许多行业面临的问题，而作为与计量和测量仪器相关的行业组织，京港协会联盟与广泛的行业有着广泛的联系，使其成为讨论密封性能相关标准的合适论坛。世界上没有像我们制定的密封性能标准一样的其他标准。因此，为了确认其有用性和需要改进的地方，决定将该标准制定为Keikoren标准（JIS的前身）。创建日本机械工程学会标准的委员会包括来自各行业的九家私营公司、两个行业组织和一所大学的成员，他们合作制定了标准。
·如何使用参考测试件
日本机械工程学会标准规定的参考样品含有直径为1微米至50微米、长度为0015毫米至10毫米的微小圆柱形孔。在待测试的密封产品上钻导孔后，将参考样本安装在导孔上。附有参考测试件的样品具有已知的故意泄漏孔，用于设置测试条件并验证密封测试的结果。
参考样本的使用示例如图 1 所示。图 1(a) 显示了将测试样本浸入水中进行防水测试的示例，使我们能够检查孔尺寸与水侵入量之间的关系。图1(b)是环境试验的例子，将试验片放入恒温恒湿室中，调查孔尺寸与密封产品的劣化程度之间的关系。图1（c）是对测试样品进行气体泄漏测试的示例，使我们能够研究孔隙尺寸与气体泄漏量之间的关系。参考样本还可用于阐明这些防水、环境和气体泄漏测试之间的相关性，并使结果具有可比性。
图1参考试件使用示例(a)防水测试，(b)环境测试，(c)漏气测试
*使用已发布的 Meikōren 标准 JMIF 022 的部分修改版本。
·数据分析方法
为了设置测试条件（压力、温度等）并验证结果，比较理论值和实验值非常重要。例如，当考虑从防水测试过渡到漏气测试时，会进行如图2所示的数据分析。
实验结果表明，即使密封产品浸入水中深度达 1 m，孔径也必须约为 10 µm 或更小，以防止水进入。因此，我们使用气体流量统一方程计算了气体通过直径为10 µm的孔时的泄漏量（表1）。在计算中，使用了四个孔长度：假设铝箔为包装材料，则为0015毫米；假设为塑料薄膜，则为01毫米；假设为金属或塑料容器，则为1毫米和10毫米。我们还假设了两种类型的测试气体：空气和氦气。计算结果，直径为10μm、长度为0015mm的孔的漏气量为13×10-3 帕·米3/秒换句话说，如果漏气量小于该值，则孔径小于10μm，即使在1m的深度，水也不会进入。另一方面，如果孔很长，除非漏气较小，否则水就会进入。使用总结了这些计算结果的 Keikoren 标准，考虑到孔的预期长度，可以估计即使在 1 m 深度也能防止水进入的气体泄漏量。另外，通过使用参考测试件，可以进行实验验证，为从防水测试转向漏气测试提供基础数据。
此外，即使孔隙直径小于10微米，水蒸气和氧气也会通过孔隙扩散并进入密封产品，导致产品变质。在这种情况下，与防水测试的情况一样，通过比较理论值和实验值来设定和验证确保密封产品质量所需的测试条件。 JMA标准还描述了通过小于10微米的孔隙扩散的水蒸气和氧气的量与气体泄漏量之间的相关性。
图2考虑从防水测试过渡到漏气测试时的计算过程
*使用已发布的 Meikōren 标准 JMIF 022 的部分修改版本。
表1 直径10μm孔气体泄漏计算结果
| 假定的包装材料 |
孔长（毫米） |
气体泄漏量 (Pa･m3/秒) |
| 空气 |
氦气 |
| 铝箔 |
0.015 |
13×10-3 |
31×10-3 |
| 塑料薄膜 |
0.1 |
65×10-4 |
82×10-4 |
| 金属/塑料 |
1 |
78×10-5 |
90×10-5 |
| 10 |
79×10-6 |
91×10-6 |
漏气测试的条件为温度23℃、上游压力101325kPa(1atm)、下游压力0133kPa以下。
*此表使用已发布的 Meikōren 标准 JMIF 022 的部分修改版本。
AIST 和 Keikoren 将努力传播已发布的 Keikoren 标准中的概念，并努力改进密封产品的质量控制技术。密封产品应用于与人们生命、能源安全保障相关的领域，因此要求检测方法和标准可靠、透明。另一方面，由于担心生产出有缺陷的产品，许多国内公司对产品进行过度包装。基于该标准，AIST和Keikoren将支持旨在提高密封产品的可靠性和生产效率的公司。