Skræddersyede gummidele til ekstreme miljøer: Materialer og designovervejelser |

Abstrakt: Ydeevnen af gummimaterialer er alvorligt udfordret af ekstreme miljøer som høj temperatur, lav temperatur, højt tryk, korrosion og stråling. Materialevalget og det strukturelle design er afgørende for fremstillingen af brugerdefinerede gummidele til brug i ekstreme miljøer. Denne artikel opstiller den systematiske analyse af, hvordan egenskaber påvirkes på grund af det ekstreme miljø og udvælgelsen af de gummimaterialer, der almindeligvis anvendes i ekstreme miljøer, giver relevante overvejelser for designet til at fremstille specialfremstillede gummidele, i håb om at give teoretisk vejledning og praktisk reference til anvendelsen af gummidele i ekstreme miljøer.

Nøgleord: ekstremt miljø, tilpassede gummiprodukter, materialeegenskaber, strukturelt design, pålidelighed

Introduktion

Fremragende tætning, stødabsorbering, slidstyrke og korrosionsbestandighed, så brugerdefinerede gummidele er meget udbredt i rumfart, petrokemisk, dybhavsudforskning, nuklear industri og andre ekstreme miljøområder. Men ekstreme miljøfaktorer påvirker i høj grad ydeevnen af gummimaterialer, så gummidele ofte har ydeevneforringelse og endda svigt. Så at vælge et passende gummimateriale og implementere et solidt strukturelt design er løsningen til at få tilpassede gummidele til at køre sikkert og pålideligt i ekstreme miljøer.

Indsamling af data om egenskaberne af gummimateriale fra et biosikkert miljø

Effekten af ekstremt miljø på gummimaterialernes ydeevne er på flere niveauer og kompleks, hovedsageligt med følgende aspekter:

Højtemperaturvarme: Den sekundære erosion af gummi fra høj temperatur accelererer ældningsprocessen af gummimaterialer, hvilket vil få hårdheden til at stige, trækstyrken vil falde, forlængelsen ved brud vil falde, og selv termisk nedbrydning fører til permanent deformation. På den anden side kan høj temperatur forringe gummimaterialernes kompressionsevne og slidstyrke.

Dette betyder meget lav temperatur miljø: Lav temperatur gør, at gummimaterialet glasovergang, og mister elasticitet, bliver skørt og hårdt, og slagstyrken faldt kraftigt. For lav temperatur kan få gummidelene til at krympe, og det vil også påvirke tætningsevnen og endda føre til svigt.

Under påvirkning af tryk kan gummimaterialer forekomme volumenkompression, krybning og spændingsafslapning osv. Ved den øvre ende af trykket kan tætninger svigte - for tætninger. Desuden er højtryksfeltet ofte ledsaget af temperaturændringer, hvilket også vil komplicere ydelsesændringen af gummimaterialer.

Hævelse og revnedannelse af gummimaterialer eller opløsning, nedbrydning, hvilket resulterer i reducerede mekaniske egenskaber og forkorter levetiden. FX: Ydeevnen af forskellige gummimaterialer mod ætsende medier varierer meget.

Strålingsmiljø: Højenergistrålerne (gammastråler, røntgenstråler osv.) udstråles for at bryde, tværbinde og oxidere gummimolekylekæder, ændre gummimaterialernes kemiske struktur og fysiske egenskaber og øge dets hårdhed, øge skørhed og mindske styrke.

Gummimaterialer brugt i ekstreme miljøer.

Det er også vigtigt at bruge gummimaterialer med tilsvarende tolerance over for forskellige ekstreme miljøer. Nedenfor er en liste over nogle af de mest standard gummimaterialer, der bruges til ekstreme miljøer:

Fluorgummi (FKM): Vælg højtemperaturbestandighed, oliebestandighed, kemisk korrosionsbestandighed af elastomer, kan bruges i højtemperatursyrebase og en række organiske opløsningsmidler i lang tid. Det bruges ofte til at fremstille tætninger, varmebestandige rør/dele osv. Men den lave temperaturbestandighed af fluorgummi er ikke god.

Silikonegummi (VMQ): Silikonegummi har fremragende høj- og lavtemperaturbestandighed, elektrisk isolerings- og oxidationsmodstand, kan stadig opretholde god elastik i temperaturområdet 60 ° C til 200 ° C. Bruges til at blive brugt til fremstilling af højtemperaturkabelkappe, lavtemperaturtætninger osv. Men den mekaniske styrke af silikonegummi er ikke høj, og slidstyrken er ikke god.

Hydrogeneret nitrilbutadiengummi (HNBR): Hydrogeneret nitrilbutadiengummi er hydrogeneret på basis af nitrilbutadiengummi, dens varmebestandighed, oliebestandighed og ozonbestandighed er væsentligt forbedret. Anvendelig til fremstilling af bilmotortætninger, olieboringsudstyr osv.

Ethylenpropylengummi (EPDM): Ethylenpropylengummi har god ozonbestandighed, vejrbestandighed, vandbestandighed og kemisk korrosionsbestandighed og kan laves om til udendørs gummiprodukter. Men det er ikke modstandsdygtigt over for olie og nogle opløsningsmidler.

Perfluran gummi (FFKM): Et af de mest fremragende gummimaterialer, med ekstrem høj temperaturbestandighed, kemisk korrosionsbestandighed og opløsningsmiddelbestandighed, kan bruges i ekstremt barske miljøer i lang tid. Dens pris er dyr, og den er passende til en situation, hvor der er behov for pålidelighed.

Skræddersy gummikomponenter i udfordrende applikationer: Kritiske designaspekter

Udover valget af gummimateriale skal der udformes en rimelig struktur for at sikre, at gummidelene kan fungere pålideligt i sådanne omgivelser. Nogle designovervejelser at huske på:

Forskelskurvekoordinater: Garanterer nøjagtigheden af støttekoordinater og krumningsradiuskoordinater, undgå spændingskoncentration i store områder af gummidele, og brug afrundede hjørneovergange for at minimere lokal spændingskoncentration og forbedre træthedslevetidskoefficienten for våbengummidele.

Deformationsområdet styres: Rationelt design af formen og størrelsen af gummidelene, kontroller deformationsområdet i arbejdsprocessen, undgå strækning eller overdreven kompression og forlænge levetiden.

2 Optimer tætningsstrukturen: i henhold til den forskellige tætningsanvendelse skal den rette tætningsstruktur, såsom O-ring, Y-ring, rektangulær ring osv., for at sikre pålideligheden af tætningsydelsen. Man bør dog tage højde for effekten af temperaturændringer på tætningens størrelse.

I designprocessen af gummimedium er det nødvendigt fuldt ud at overveje gummiets kompatibilitet med kontaktmediet for at undgå materialets hævelse, revnedannelse eller fosfor og vælge det passende kontaktområde og kontakttilstand.

Udfør FEA: Med finite element-simuleringssoftwaren, simuler gummi-/delespændingen og belastningsfordelingen i det ekstreme miljø, hjælper Davids ingeniører med at optimere strukturdesignet og forbedre produktets pålidelighed.

Tilstrækkelig testverifikation: Tilstrækkelig testverifikation skal udføres før praktisk anvendelse, herunder høj temperatur, lav temperatur, korrosion, ældning og andre tests, for at verificere, at gummidelene kan opfylde designkravene og pålideligheden.

Konklusion

Tilpasning kræver, at ydeevnen af en gummidel er i stand til at holde under ekstreme miljøer. Det er nøglen til at sikre sikker og pålidelig bearbejdning af gummidele i ekstreme miljøer ved at vælge egnede gummimaterialer og udføre et rimeligt strukturelt design. I fremtiden vil der dukke flere og flere nye materialer op, og designmetoder vil blive forbedret, tilpassede gummidele til ekstreme miljøer vil blive anvendt på flere områder. Samtidig skal den yderligere studere ældningsmekanismen og fejltilstanden for gummimaterialer i ekstreme omgivelser for at give teoretisk vejledning til design og anvendelse af gummidele.