Na míru vyrobené gumové součásti pro extrémní prostředí: materiály a návrhové aspekty |

Abstrakt: Výkonnost kaučukových materiálů je vážně ohrožena extrémními prostředími, jako jsou vysoká teplota, nízká teplota, vysoký tlak, koroze a záření. Výběr materiálu a konstrukční návrh jsou zásadní pro výrobu rubberových dílů určených pro použití v extrémních prostředích. Tento článek obsahuje systematickou analýzu toho, jak jsou vlastnosti ovlivněny extrémním prostředím a výběr gumových materiálů běžně používaných v extrémních prostředích, poskytuje relevantní úvahy pro návrh na výrobu gumových dílů na míru, doufáme, že poskytne teoretické pokyny a praktický odkaz pro použití

Klíčová slova: extrémní prostředí, výroba na míru guma, vlastnosti materiálu, konstrukční návrh, spolehlivost

Úvod

Vynikající uzavírání, tlumení otřesu, odolnost proti přemáhání a korozi umožňují, aby na míru vyrobené gumové součásti byly široce používány v letecké a kosmické technice, petrochemii, průzkumu hlubokého moře, jaderném průmyslu a dalších oborech s extrémním prostředím. Nicméně extrémní prostředí ovlivňují výkonnost gumových materiálů tak, že tyto součásti často dochází ke snížení výkonu a dokonce selhání. Proto je volba vhodného gumového materiálu a provedení solidního konstrukčního návrhu klíčem k bezpečnému a spolehlivému fungování na míru vyrobených gumových součástí v extrémních podmínkách.

Shromažďování dat o vlastnostech gumového materiálu z biologicky bezpečného prostředí

Vliv extrémního prostředí na výkonnost gumových materiálů je mnohourovňový a komplexní, hlavně zahrnuje následující aspekty:

Vysokotopená tepla: sekundární eroze gumy způsobená vysokou teplotou urychluje stárnutí gumových materiálů, což způsobí zvýšení tvrdosti, snížení pevnosti při natáhnutí, snížení průlomového prodloužení a dokonce termální rozklad, který může vést ke stálému deformaci. Na druhé straně může vysoká teplota zhoršit kompresní vlastnosti a odolnost proti nosně gumových materiálů.

To znamená extrémně nízkotopené prostředí: Nízká teplota způsobuje sklenité přechody u gumových materiálů, ztrátu pružnosti, křehkost a tvrdost, a ostře snižuje odolnost proti nárazu. Příliš nízká teplota může způsobit sbalení gumových dílů, což ovlivní také jejich uzavírací schopnosti a dokonce může vést k selhání.

Pod vlivem tlaku mohou kaučukové materiály zažít objemové stlačení, krupení a uvolnění napětí atd. V horním rozsahu tlaku mohou uzavírací prvky selhat — pro uzavírací prvky. Navíc je oblast vysokého tlaku často spojena s změnou teploty, což také komplikuje změnu výkonu kaučukových materiálů.

Nadmutí a trhliny kaučukových materiálů nebo rozpouštění, rozklad, které způsobují snížení mechanických vlastností a zkrácení životnosti. FX: Odolnost různých kaučukových materiálů vůči koroziním prostředím se liší výrazně.

Radiace prostředí: Vysokoenergetické paprsky (gamma paprsky, rentgenové paprsky atd.) způsobují lámaní, křížové vazby a oxidaci molekulových řetězců kaučuku, mění chemickou strukturu a fyzikální vlastnosti kaučukových materiálů a zvyšují jejich tvrdost, zvýšenou křehkost a sníženou sílu.

Kaučukové materiály používané v extrémním prostředí.

Je také důležité používat kaučukové materiály s odpovídající odolností vůči různým extrémním prostředím. Níže je seznam několika nejčastějších kaučukových materiálů používaných pro extrémní podmínky:

Fluorový kaučuk (FKM): Vybraná odolnost proti vysoké teplotě, olejová odolnost a odolnost proti chemické korozii elastomeru, lze použít v prostředí vysokoteplotních kyselin a zásad a různých organických rozpouštědel dlouhou dobu. Často se používá na výrobu uzavíracích prvků, vysoko-teplotních trubek / součástí atd. Nicméně, odolnost fluorového kaučuku proti nízkým teplotám není dobrá.

K娃uchový kaučuk (VMQ): K娃uchový kaučuk má vynikající odolnost proti vysokým i nízkým teplotám, elektrickou izolaci a odolnost proti oxidaci, může stále udržovat dobré elastické vlastnosti v teplotním rozsahu od 60 °C do 200 °C. Používá se k výrobě vysoko-teplotních obalů kabelů, uzavíracích prvků pro nízké teploty atd. Avšak, mechanická síla k娃uchového kaučuku není velká a jeho odolnost proti opotřebení není dobrá.

Hydrogenovaná nitrilbutadienová gumka (HNBR): Hydrogenovaná nitrilbutadienová gumka je hydrogenována na bázi nitrilbutadienové gumi, její odolnost vůči teplu, olejům a ozonu je významně zvýšena. Používá se pro výrobu uzavíracích prvků v automobilových motorech, zařízení pro ropné vrtání atd.

Ethylene-propylenová gumka (EPDM): Ethylene-propylenová gumka má dobré vlastnosti odolnosti vůči ozonu, počasí, vodě a chemické korozi, a lze z ní vyrobit venkovní gumové výrobky. Avšak není odolná vůči olejům a některým rozpouštědlem.

Perfluoranová gumka (FFKM): Jedna z nejlepších gumových materiálů, s extrémní odolností vůči vysokým teplotám, chemické korozi a rozpouštědlovým látkám, může být použita v extrémně tvrdých podmínkách po dlouhou dobu. Její cena je vysoká a je vhodná pro situace, kde je potřeba spolehlivost.

Šití gumových součástek v náročných aplikacích: Kritické aspekty návrhu

Kromě výběru materiálu gumi je třeba navrhnout rozumnou konstrukci, která zajistí spolehlivou práci gumových dílů v daném prostředí. Některé návrhové aspekty, na které je třeba pamatovat:

Rozdílné křivkové souřadnice: Zajistit přesnost podpůrných souřadnic a souřadnic poloměru křivosti, vyhnout se koncentraci stresu v rozsáhlých oblastech gumových dílů a použít zaoblený přechod, aby se minimalizovala místní koncentrace stresu a zvýšil se koeficient únavy gumových dílů zbraní.

Omezování rozsahu deformace: Racionální návrh tvaru a rozměrů gumových dílů, omezování rozsahu deformace během pracovního procesu, vyhnutí se natáhnutí nebo přílišnému stlačení a prodloužení životnosti.

Optimalizace uzavírací struktury: podle různých aplikací uzavírání je třeba zvolit správnou uzavírací strukturu, jako jsou O-rings, Y-rings, obdélníkové kroužky atd., aby byla zajištěna spolehlivost uzavíracích vlastností. Je však třeba zohlednit vliv změn teploty na rozměry uzavírání.

V návrhovém procesu pro kaučukové médium je nutné plně zvážit kompatibilitu kaučuku s dotykovým medium, aby se zabránilo nateklání, praskání nebo fosfovaní materiálu, a vybrat vhodnou plochu kontaktu a způsob kontaktu.

Provedení FEA: Pomocí softwaru pro simulační analýzu konečných prvků simulujte rozložení napětí a deformace kaučuku/dílů v extrémních podmínkách. Inženýři David pomáhají optimalizovat konstrukční návrh a zlepšit spolehlivost produktu.

Dostatečné ověřování testů: Před praktickým použitím je třeba provést dostatečné ověřování testů, včetně testů vysokých teplot, nízkých teplot, koroze, stárnutí a dalších, aby se potvrdilo, že gumové součásti splňují návrhové požadavky a spolehlivost.

Závěr

Požadavky na přizpůsobení stanoví, že výkon gumové součásti musí vydržet v extrémních podmínkách. Vybráním vhodných gumových materiálů a provedením rozumného strukturálního návrhu je klíčem k zajištění bezpečného a spolehlivého fungování gumových součástí v extrémních prostředích. V budoucnosti bude docházet ke stále více vyniku nových materiálů a zdokonalování metod návrhu, a přizpůsobené gumové součásti pro extrémní prostředí budou aplikovány v čím dál tím více oblastech. Zároveň je třeba dále studovat mechanismus stárnutí a režimy selhání gumových materiálů v extrémních podmínkách, aby bylo možné poskytnout teoretické vedení pro návrh a použití gumových součástí.