Základním mechanismem je selektivní permeabilita. Standardní prodyšná zátka se skládá ze tří vrstev: tuhého vnějšího pouzdra (obvykle polypropylen nebo PTFE), hydrofobní mikroporézní membrány uprostřed a těsnícího těsnění na základně, které vytváří nepropustné spojení s otvorem nádoby.
Membrána je funkční srdce. Membrány z expandovaného PTFE (ePTFE) jsou průmyslovým měřítkem s velikostí pórů v rozmezí od 0,2 do 3 mikronů. V tomto měřítku se molekuly vody shlukují pod povrchovým napětím a nemohou procházet, zatímco jednotlivé molekuly plynu (O2, N2, CO2) procházejí volně. Toto je stejný princip jako u tkaniny Gore-Tex používané u outdoorového vybavení.
Prakticky řečeno, 1-palcová prodyšná zátka z ePTFE s póry 0,5 mikronu zvládne vstupní tlak kapaliny (LEP) 1,5 až 2,5 bar při zachování rychlosti proudění vzduchu 150 až 400 ml/min při rozdílovém tlaku 1 mbar. Díky této kombinaci je funkční pro většinu průmyslových a spotřebitelských obalových aplikací.
Chemická odolnost není jediná vlastnost. Je to matrice kompatibility mezi materiálem zátky, chemickým činidlem, koncentrací a teplotou expozice. Pro chemicky odolné prodyšné zátky pro nádoby se nejčastěji používají tyto tři materiály:
| Materiál | Odolnost vůči kyselinám | Odolnost proti alkáliím | Odolnost vůči rozpouštědlům | Typický případ použití |
| ePTFE membrána | Vynikající (HCl, H2SO4, HNO3) | Výborně | Výborně | Skladování agresivních chemikálií, laboratorní činidla |
| HDPE pouzdro ePTFE | Dobrá až 60% koncentrace | Výborně | Omezené (bez aromatických rozpouštědel) | Průmyslové sudy, zemědělské chemikálie |
| Polypropylenové pouzdro PE membrána | Střední (pouze zředěné kyseliny) | Dobře | Chudák | Nádoby na potraviny, jemné čisticí prostředky |
| 316L nerezové pouzdro ePTFE | Výborně | Výborně | Výborně | Farmaceutické, vysoce čisté chemické nádrže |
PTFE je chemicky inertní vůči prakticky všem organickým a anorganickým kyselinám, zásadám a rozpouštědlům až do koncentrací blízkých 100 %. Jedinými činidly, které napadají PTFE, jsou roztavené alkalické kovy a elementární fluor, s oběma se ve standardních scénářích balení nesetkáváme. Díky tomu jsou membrány ePTFE výchozí specifikací pro jakoukoli nádobu, která obsahuje nebo zpracovává agresivní chemikálie.
200litrový sud s 35% kyselinou chlorovodíkovou generuje kolísání vnitřního tlaku 0,3 až 0,8 bar během denních teplotních cyklů 10 až 35 °C. Bez prodyšné zátky by se těsnění bubnu buď nafouklo, nebo se zhroutilo. Zátka ePTFE dimenzovaná na 1,5 bar LEP řeší tlak a zároveň zabraňuje úniku kyselých par.
Vždy přizpůsobte materiál pouzdra zástrčky chemikálii, nikoli pouze membránu. Membrána ePTFE připojená k polypropylenovému pouzdru selže v prostředí acetonu nebo toluenu, i když samotná membrána je odolná vůči rozpouštědlům, protože pouzdro praskne nebo změkne, než dojde k degradaci membrány.
Teplota přímo ovlivňuje jak propustnost membrány, tak strukturální integritu pouzdra. U teplotně odolných odvzdušňovacích zátek pro obalové nádoby určuje provozní rozsah kategorii použití.
| Teplotní rozsah | Vhodný materiál | Typ membrány | Typické aplikace |
| -40C až 80C | Polypropylen | PE nebo PP mikroporézní | Balení potravin, spotřební zboží, chladící řetězec |
| -40C až 120C | HDPE nebo Nylon 66 | ePTFE | Automobilové kapaliny, průmyslové nádoby |
| -40 °C až 175 °C | Polysulfon (PSU) | ePTFE | Motorové oleje, hydraulické systémy, akumulátory |
| -55 °C až 200 °C | PVDF nebo PEEK | ePTFE | Chemické reaktory, letecké komponenty |
| Až 260 C (přerušovaně) | Celé tělo z PTFE | ePTFE | Autoklávové nádoby, sterilizační zařízení |
Při zvýšených teplotách se dějí dvě věci současně: viskozita plynu klesá (zlepšuje se proudění vzduchu přes membránu) a materiál pouzdra se blíží bodu měknutí. Polypropylenová zátka dimenzovaná na 120 C se začne deformovat při 115 C pod zatížením. Stanovení meze alespoň 20 C pod jmenovitým maximem materiálu je standardní inženýrská praxe.
Při nízkých teplotách se struktura pórů membrány mírně smršťuje, což snižuje rychlost proudění vzduchu o 15 až 25 % při -40 °C ve srovnání se základní hodnotou 23 °C. U aplikací s chladícím řetězem to musí být započítáno do výpočtu vyrovnání tlaku.
Toto je hlavní inženýrská výzva pro každého výrobce prodyšných vložek. Tyto dvě vlastnosti jsou neodmyslitelně v napětí: větší póry zlepšují proudění vzduchu, ale snižují práh vstupního tlaku kapaliny. Řešení spočívá v řízení čtyř proměnných současně.
Jednotná velikost pórů na povrchu membrány zabraňuje vzniku slabých míst. Průmyslové ePTFE membrány mají odchylku velikosti pórů menší než plus nebo minus 15 % přes plochu membrány. Náhodná distribuce pórů z méně kvalitní výroby vytváří pod tlakem lokalizovaná místa úniku.
Silnější membrány (80 až 200 mikronů) poskytují vyšší LEP, ale omezují proudění vzduchu. Tenčí membrány (25 až 60 mikronů) propouštějí vzduch rychleji, ale vyžadují nižší provozní tlaky. Vícevrstvé lamináty kombinují tenkou funkční membránu s nosnou vrstvou pro dosažení obou cílů.
Hydrofobnost povrchu (měřená kontaktním úhlem) určuje, jak silně membrána odpuzuje vodu. ePTFE přirozeně dosahuje kontaktních úhlů 105 až 130 stupňů. Některé membrány jsou opatřeny dodatečnými fluoropolymerovými povlaky, které to posunou nad 140 stupňů (superhydrofobní), což jim umožňuje odpuzovat kapaliny nasycené povrchově aktivními látkami, které by jinak pronikly standardními membránami.
Celkový průtok vzduchu přes zátku je úměrný exponované ploše membrány. Zátka s aktivním průměrem 10 mm poskytuje zhruba 4krát větší průtok vzduchu než ucpávka o průměru 5 mm při stejné velikosti pórů, aniž by došlo ke změně výkonu zabraňující úniku. Zvětšení aktivní plochy je primární metodou pro zlepšení proudění vzduchu bez obětování LEP.
Tyto dvě těsnící technologie slouží opačným funkčním cílům a jsou někdy zaměňovány, protože zabírají stejný otvor nádoby. Pochopení tohoto rozdílu zabrání nákladným chybám ve specifikaci.
| Majetek | Těsnicí vložka z hliníkové fólie | Prodyšná zátka |
| Primární funkce | Kompletní hermetický uzávěr, důkaz neoprávněné manipulace | Vyrovnání tlaku, odvzdušnění |
| Propustnost plynu | Nula (bariéra pro všechny plyny) | Vysoká (selektivní přenos plynu) |
| Tekutá bariéra | Dokončeno | Dokončeno (under rated pressure) |
| Opakovaně použitelné | Ne (na jedno použití, sloupnutý) | Ano (navrženo pro životnost) |
| Nejlepší aplikace | Farmaceutické tablety, potravinářské prášky, uzavřené tekutiny | Chemické sudy, automobilové nádrže, kryty baterií |
| Manipulace s tlakem | Selže (praskne) pod vnitřním tlakem | Navrženo pro nepřetržité cyklování tlaku |
| Teplotní limit | Až 130 C (třída indukčního těsnění) | Až 260 C (třída PTFE) |
Těsnící vložky z hliníkové fólie jsou správnou volbou, když musí být produkt uvnitř zcela izolován od okolního vzduchu, vlhkosti a kyslíku po celou dobu své trvanlivosti. Prodyšné zátky jsou tou správnou volbou, když v nádobě dochází ke změnám tlaku a pevné těsnění by buď prasklo nebo by se zhroutilo stěny nádoby. V některých balicích systémech se používají oba: fóliová vložka pro počáteční hermetické uzavření během plnění a přepravy, odstraněná koncovým uživatelem, s nainstalovanou prodyšnou zátkou pro průběžné skladování, jakmile je nádoba v aktivním používání.
I ta nejlepší prodyšná zátka selže, pokud je nainstalována nesprávně nebo má nesprávnou velikost závitu. Většina zástrček je dodávána ve standardních metrických (M12, M16, M20, M26) a NPT (1/8, 1/4, 3/8 palce) závitových konfiguracích. Krouticí moment aplikovaný během instalace přímo ovlivňuje stlačení těsnění, což vytváří netěsné rozhraní mezi zátkou a nádobou.
Při hodnocení dodavatelů prodyšných zátek pro obalové nádoby si vyžádejte dokumentaci k těmto sedmi parametrům. Jakýkoli dodavatel, který není schopen poskytnout údaje o zkouškách pro tyto body, by měl být ze specifikace vyloučen.
| Specifikace | Proč na tom záleží | Přijatelný benchmark |
| Vstupní tlak kapaliny (LEP) | Definuje maximální tlak kapaliny, kterému zátka vydrží bez úniku | Minimálně 1,0 bar pro většinu průmyslových použití |
| Rychlost proudění vzduchu | Určuje rychlost vyrovnání tlaku | 100 až 400 ml/min při rozdílu 1 mbar |
| Rozsah provozních teplot | Potvrzuje strukturální a membránovou integritu v celé řadě aplikací | Přizpůsobte aplikaci plus okraj 20C |
| Seznam chemické kompatibility | Potvrzuje, že pouzdro a membrána přežijí kontakt s vaší konkrétní látkou | Údaje o úplném ponoření, nejen obecná hodnocení |
| IP hodnocení (pokud existuje) | Potvrzuje ochranu proti prachu a vodě pro elektroniku nebo venkovní použití | Minimální IP67 pro venkovní aplikace |
| UV odolnost | Relevantní pro venkovní skladovací kontejnery a exponované instalace | 1000 hodin UV stárnutí bez praskání |
| Certifikace | Shoda s předpisy pro manipulaci s potravinami, farmacií nebo chemikáliemi | FDA 21 CFR, RoHS, REACH podle potřeby |