Piezas de goma personalizadas para entornos extremos: materiales y consideraciones de diseño |

Resumen: El rendimiento de los materiales de goma se ve severamente desafiado por entornos extremos como alta temperatura, baja temperatura, alta presión, corrosión y radiación. La elección del material y el diseño estructural son críticos para la fabricación de piezas de goma personalizadas para su uso en entornos extremos. Este artículo presenta un análisis sistemático de cómo las propiedades se ven afectadas debido al entorno extremo y la selección de los materiales de goma comúnmente utilizados en los entornos extremos, proporciona consideraciones relevantes para el diseño de piezas de goma personalizadas, con la esperanza de ofrecer orientación teórica y referencia práctica para la aplicación de piezas de goma en entornos extremos.

Palabras clave: entorno extremo, productos de goma personalizados, propiedades del material, diseño estructural, fiabilidad

Introducción

Excelente sellado, absorción de impactos, resistencia al desgaste y resistencia a la corrosión, de modo que las piezas de goma personalizadas se utilizan ampliamente en campos de entornos extremos como la aeroespacial, petroquímica, exploración en alta mar, industria nuclear y otros. Pero los factores ambientales extremos afectan en gran medida el rendimiento de los materiales de goma, de modo que las piezas de goma a menudo tienen degradación del rendimiento e incluso fallos. Por lo tanto, seleccionar un material de goma apropiado e implementar un diseño estructural sólido es la solución para hacer que las piezas de goma personalizadas funcionen de manera segura y confiable en entornos extremos.

Recopilación de datos sobre las propiedades del material de goma de un entorno biosafe

El efecto del entorno extremo en el rendimiento de los materiales de goma es multi-nivel y complejo, incluyendo principalmente los siguientes aspectos:

Alta temperatura: la erosión secundaria del caucho por alta temperatura acelera el proceso de envejecimiento de los materiales de caucho, lo que provocará un aumento de la dureza, una disminución de la resistencia a la tracción, una disminución de la elongación a la rotura e incluso la descomposición térmica que conduce a una deformación permanente. Por otro lado, la alta temperatura puede deteriorar el rendimiento a la compresión y la resistencia al desgaste de los materiales de caucho.

Esto significa un ambiente de temperatura muy baja: La baja temperatura hace que el material de caucho sufra una transición vítrea, y pierda elasticidad, se vuelva quebradizo y duro, y la resistencia al impacto disminuya drásticamente. Una temperatura excesivamente baja puede causar que las piezas de caucho se contraigan, y también afectará el rendimiento de sellado, e incluso puede llevar a fallos.

Bajo la acción de la presión, los materiales de goma pueden experimentar compresión de volumen, fluencia y relajación de tensiones, etc. En el extremo superior de la presión, los sellos pueden fallar — para los sellos. Además, el campo de alta presión a menudo se acompaña de cambios de temperatura, lo que también complicará el cambio de rendimiento de los materiales de goma.

La hinchazón y agrietamiento de los materiales de goma o disolución, descomposición, resultando en propiedades mecánicas reducidas y acortando la vida útil. FX: El rendimiento de varios materiales de goma contra medios corrosivos varía enormemente.

Entorno de radiación: Los rayos de alta energía (rayos gamma, rayos X, etc.) se irradian para romper, entrecruzar y oxidar las cadenas moleculares de goma, cambiar la estructura química y las propiedades físicas de los materiales de goma, y aumentar su dureza, aumentar la fragilidad y disminuir la resistencia.

Materiales de goma utilizados en entornos extremos.

También es importante utilizar materiales de goma con la tolerancia correspondiente a diferentes entornos extremos. A continuación se presenta una lista de algunos de los materiales de goma más estándar utilizados para entornos extremos:

Goma de fluorina (FKM): selecciona resistencia a altas temperaturas, resistencia al aceite, resistencia a la corrosión química del elastómero, se puede utilizar en el ácido base de alta temperatura y en una variedad de entornos de disolventes orgánicos durante mucho tiempo. Se utiliza frecuentemente para producir sellos, tubos / piezas resistentes al calor, etc. Pero la resistencia a bajas temperaturas de la goma de fluorina no es buena.

Goma de silicona (VMQ): La goma de silicona tiene una excelente resistencia a altas y bajas temperaturas, aislamiento eléctrico y resistencia a la oxidación, puede mantener una buena elasticidad en el rango de temperatura de 60 ° C a 200 ° C. Se utilizaba para fabricar fundas de cables de alta temperatura, sellos de baja temperatura, etc. Pero, la resistencia mecánica de la goma de silicona no es alta, y la resistencia al desgaste no es buena.

Caucho nitrilo butadieno hidrogenado (HNBR): El caucho nitrilo butadieno hidrogenado se hidrogena sobre la base del caucho nitrilo butadieno, su resistencia al calor, resistencia al aceite y resistencia al ozono se mejoran considerablemente. Aplicable para fabricar sellos de motores automotrices, equipos de perforación de petróleo, etc.

Caucho de etileno propileno (EPDM): El caucho de etileno propileno tiene buena resistencia al ozono, resistencia a la intemperie, resistencia al agua y resistencia a la corrosión química, y se puede fabricar en productos de caucho para exteriores. Pero no es resistente al aceite y a algunos disolventes.

Caucho perfluorano (FFKM): Uno de los materiales de caucho más excelentes, con resistencia extrema a altas temperaturas, resistencia a la corrosión química y resistencia a disolventes, se puede utilizar en entornos extremadamente duros durante mucho tiempo. Su precio es caro, y es apropiado para una situación donde se necesita fiabilidad.

Componentes de caucho a medida en aplicaciones desafiantes: Aspectos críticos de diseño

Además de la selección del material de goma, se debe diseñar una estructura razonable para garantizar que las piezas de goma puedan funcionar de manera confiable en dicho entorno. Algunas consideraciones de diseño a tener en cuenta:

Coordenadas de la curva de diferencia: Garantizar la precisión de las coordenadas de soporte y las coordenadas del radio de curvatura, evitar la concentración de tensiones en grandes áreas de las piezas de goma, y utilizar transiciones de esquina redondeada para minimizar la concentración de tensiones locales y mejorar el coeficiente de vida a fatiga de las piezas de goma de armas.

El rango de deformación se controla: Diseño racional de la forma y el tamaño de las piezas de goma, controlar el rango de deformación en el proceso de trabajo, evitar estiramientos o compresiones excesivas, y extender la vida útil.

2 Optimizar la estructura de sellado: de acuerdo con la diferente aplicación de sellado, se debe elegir la estructura de sellado adecuada, como O-ring, Y-ring, anillo rectangular, etc., para garantizar la fiabilidad del rendimiento del sellado. Sin embargo, se debe tener en cuenta el efecto del cambio de temperatura en el tamaño del sello.

En el proceso de diseño del medio de goma, es necesario considerar plenamente la compatibilidad de la goma con el medio de contacto para evitar la hinchazón, agrietamiento o fosforización del material, y elegir el área de contacto y el modo de contacto apropiados.

Realizar FEA: Con el software de simulación de elementos finitos, simular la distribución de estrés y deformación de goma/piezas en el entorno extremo, los ingenieros de David ayudan a optimizar el diseño de la estructura y mejorar la fiabilidad del producto.

Verificación de prueba suficiente: Se llevará a cabo una verificación de prueba suficiente antes de la aplicación práctica, incluyendo pruebas de alta temperatura, baja temperatura, corrosión, envejecimiento y otras pruebas, para verificar que las piezas de goma pueden satisfacer los requisitos de diseño y fiabilidad.

Conclusión

La personalización exige que el rendimiento de una pieza de goma pueda resistir en entornos extremos. Es clave asegurar el funcionamiento seguro y fiable de las piezas de goma en entornos extremos seleccionando materiales de goma adecuados y llevando a cabo un diseño estructural razonable. En el futuro, habrá cada vez más nuevos materiales emergentes y métodos de diseño mejorando, las piezas de goma personalizadas para entornos extremos se aplicarán a más áreas. Al mismo tiempo, es necesario estudiar más a fondo el mecanismo de envejecimiento y el modo de fallo de los materiales de goma en entornos extremos, con el fin de proporcionar orientación teórica para el diseño y la aplicación de piezas de goma.