Angepasste Gummiteile für extreme Umgebungen: Materialien und Entwurfsüberlegungen |

Zusammenfassung: Die Leistung von Gummimaterialien wird durch extreme Umgebungen wie hohe Temperaturen, niedrige Temperaturen, hohen Druck, Korrosion und Strahlung erheblich herausgefordert. Die Materialwahl und das strukturelle Design sind entscheidend für die Herstellung von maßgeschneiderten Gummiteilen für den Einsatz in extremen Umgebungen. Dieser Artikel legt die systematische Analyse dar, wie Eigenschaften durch die extreme Umgebung beeinflusst werden und die Auswahl der Gummimaterialien, die häufig in extremen Umgebungen verwendet werden, bietet relevante Überlegungen für das Design zur Herstellung von maßgeschneiderten Gummiteilen und hofft, theoretische Anleitung und praktische Referenz für die Anwendung von Gummiteilen in extremen Umgebungen zu bieten.

Schlüsselwörter: extreme Umgebung, maßgeschneiderte Gummiprodukte, Materialeigenschaften, strukturelles Design, Zuverlässigkeit

Einführung

Hervorragende Abdichtung, Stoßdämpfung, Abriebfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit, sodass maßgeschneiderte Gummiteile in der Luft- und Raumfahrt, Petrochemie, Tiefseeerkundung, Nuklearindustrie und anderen extremen Umgebungsbereichen weit verbreitet sind. Aber extreme Umweltfaktoren beeinflussen die Leistung von Gummimaterialien erheblich, sodass Gummiteile oft eine Leistungsabnahme und sogar Ausfälle aufweisen. Daher ist die Auswahl eines geeigneten Gummimaterials und die Umsetzung eines soliden strukturellen Designs die Lösung, um maßgeschneiderte Gummiteile sicher und zuverlässig in extremen Umgebungen betreiben zu können.

Sammlung von Daten über die Eigenschaften von Gummimaterialien aus einer biosicheren Umgebung

Die Auswirkungen extremer Umgebungen auf die Leistung von Gummimaterialien sind vielschichtig und komplex, hauptsächlich einschließlich der folgenden Aspekte:

Hohe Temperaturwärme: Die sekundäre Erosion von Gummi durch hohe Temperaturen beschleunigt den Alterungsprozess von Gummimaterialien, was dazu führt, dass die Härte zunimmt, die Zugfestigkeit abnimmt, die Dehnung bis zum Bruch abnimmt und sogar die thermische Zersetzung zu dauerhaften Verformungen führt. Andererseits kann hohe Temperatur die Druckfestigkeit und Abriebfestigkeit von Gummimaterialien verschlechtern.

Dies bedeutet eine sehr niedrige Temperaturumgebung: Niedrige Temperaturen führen dazu, dass das Gummimaterial in die Glasübergangsphase übergeht, die Elastizität verliert, spröde und hart wird, und die Schlagfestigkeit stark abnimmt. Übermäßig niedrige Temperaturen können dazu führen, dass die Gummiteile schrumpfen, und sie werden auch die Dichtungsleistung beeinträchtigen und sogar zu einem Versagen führen.

Unter dem Einfluss von Druck können Gummimaterialien Volumenkompression, Kriechen und Spannungsentspannung usw. auftreten. Am oberen Ende des Drucks können Dichtungen versagen — für Dichtungen. Darüber hinaus ist das Hochdruckfeld oft mit Temperaturänderungen verbunden, was auch die Leistungsänderung von Gummimaterialien komplizieren wird.

Schwellung und Rissbildung von Gummimaterialien oder Auflösung, Zersetzung, was zu einer Verringerung der mechanischen Eigenschaften und einer Verkürzung der Lebensdauer führt. FX: Die Leistung verschiedener Gummimaterialien gegenüber korrosiven Medien variiert stark.

Strahlungsumgebung: Die hochenergetischen Strahlen (Gammastrahlen, Röntgenstrahlen usw.) werden ausgestrahlt, um Gummimolekülketten zu brechen, zu vernetzen und zu oxidieren, die chemische Struktur und die physikalischen Eigenschaften von Gummimaterialien zu verändern und deren Härte zu erhöhen, die Sprödigkeit zu erhöhen und die Festigkeit zu verringern.

Gummimaterialien, die in extremen Umgebungen eingesetzt werden.

Es ist auch wichtig, Gummimaterialien mit entsprechender Toleranz gegenüber verschiedenen extremen Umgebungen zu verwenden. Unten ist eine Liste einiger der am häufigsten verwendeten Gummimaterialien für extreme Umgebungen:

Fluorgummi (FKM): wählt hohe Temperaturbeständigkeit, Ölbeständigkeit, chemische Korrosionsbeständigkeit des Elastomers, kann lange Zeit in der Hochtemperatur-Säure-Basis- und einer Vielzahl von organischen Lösungsmittelumgebungen verwendet werden. Es wird häufig zur Herstellung von Dichtungen, hitzebeständigen Rohren / Teilen usw. verwendet. Aber die Kältebeständigkeit von Fluorgummi ist nicht gut.

Silikonkautschuk (VMQ): Silikonkautschuk hat eine ausgezeichnete Hoch- und Niedertemperaturbeständigkeit, elektrische Isolierung und Oxidationsbeständigkeit, kann immer noch gute Elastizität im Temperaturbereich von 60 °C bis 200 °C aufrechterhalten. Wurde früher zur Herstellung von Hochtemperaturkabelummantelungen, Niedertemperaturdichtungen usw. verwendet. Aber die mechanische Festigkeit von Silikonkautschuk ist nicht hoch, und die Verschleißfestigkeit ist nicht gut.

Hydriertes Nitril-Butadien-Kautschuk (HNBR): Hydriertes Nitril-Butadien-Kautschuk wird auf der Basis von Nitril-Butadien-Kautschuk hydriert, seine Wärmebeständigkeit, Ölbeständigkeit und Ozonbeständigkeit sind erheblich verbessert. Anwendbar zur Herstellung von Dichtungen für Automotoren, Bohrgeräten usw.

Ethylen-Propylen-Kautschuk (EPDM): Ethylen-Propylen-Kautschuk hat eine gute Ozonbeständigkeit, Wetterbeständigkeit, Wasserbeständigkeit und chemische Korrosionsbeständigkeit und kann zu Gummi-Produkten für den Außenbereich verarbeitet werden. Aber er ist nicht öl- und lösungsmittelbeständig.

Perfluor-Kautschuk (FFKM): Eines der besten Kautschukmaterialien, mit extrem hoher Temperaturbeständigkeit, chemischer Korrosionsbeständigkeit und Lösungsmittelbeständigkeit, kann in extrem rauen Umgebungen über längere Zeit verwendet werden. Sein Preis ist hoch, und er ist geeignet für Situationen, in denen Zuverlässigkeit erforderlich ist.

Maßgeschneiderte Gummikomponenten in herausfordernden Anwendungen: Kritische Entwurfsaspekte

Neben der Auswahl des Gummimaterials muss eine angemessene Struktur entworfen werden, um zu gewährleisten, dass die Gummiteile in einer solchen Umgebung zuverlässig arbeiten können. Einige Designüberlegungen, die zu beachten sind:

Unterschiedliche Kurvenkoordinaten: Gewährleistung der Genauigkeit der Unterstützungskoordinaten und der Krümmungsradiuskoordinaten, Vermeidung von Spannungs Konzentration in großen Bereichen der Gummiteile und Verwendung von abgerundeten Eckenübergängen, um lokale Spannungs Konzentration zu minimieren und den Ermüdungslebensdauerkoeffizienten der Gummiteile für Waffen zu verbessern.

Der Deformationsbereich wird kontrolliert: Rationale Gestaltung der Form und Größe der Gummiteile, Kontrolle des Deformationsbereichs im Arbeitsprozess, Vermeidung von Dehnung oder übermäßiger Kompression und Verlängerung der Lebensdauer.

2 Optimierung der Dichtungsstruktur: Je nach der unterschiedlichen Dichtungsanwendung sollte die richtige Dichtungsstruktur gewählt werden, wie z.B. O-Ring, Y-Ring, rechteckiger Ring usw., um die Zuverlässigkeit der Dichtungsleistung zu gewährleisten. Man sollte jedoch die Auswirkungen von Temperaturänderungen auf die Größe der Dichtung berücksichtigen.

Im Entwurfsprozess des Gummimediums ist es notwendig, die Verträglichkeit des Gummis mit dem Kontaktmedium vollständig zu berücksichtigen, um das Anschwellen, Rissbildung oder Phosphor des Materials zu vermeiden, und die geeignete Kontaktfläche und Kontaktmethode auszuwählen.

FEA durchführen: Mit der Finite-Elemente-Simulationssoftware die Spannungs- und Dehnungsverteilung von Gummi/Teilen in extremen Umgebungen simulieren, David-Ingenieure helfen, das Strukturdesign zu optimieren und die Produktzuverlässigkeit zu verbessern.

Ausreichende Testverifizierung: Es sind ausreichende Testverifizierungen durchzuführen, bevor die praktische Anwendung erfolgt, einschließlich Hochtemperatur-, Niedertemperatur-, Korrosions-, Alterungs- und anderen Tests, um zu überprüfen, ob die Gummiteile die Konstruktionsanforderungen und die Zuverlässigkeit erfüllen.

Schlussfolgerung

Die Anpassungsanforderungen verlangen, dass die Leistung eines Gummiteils unter extremen Bedingungen standhält. Es ist entscheidend, die sichere und zuverlässige Funktion von Gummiteilen in extremen Umgebungen zu gewährleisten, indem geeignete Gummimaterialien ausgewählt und eine angemessene Strukturdesign durchgeführt wird. In Zukunft werden immer mehr neue Materialien auftauchen und die Entwurfsmethoden sich verbessern, maßgeschneiderte Gummiteile für extreme Umgebungen werden in mehr Bereichen Anwendung finden. Gleichzeitig ist es notwendig, den Alterungsmechanismus und den Ausfallmodus von Gummimaterialien in extremen Umgebungen weiter zu untersuchen, um theoretische Leitlinien für das Design und die Anwendung von Gummiteilen bereitzustellen.