Kohandatud kummiosad äärmuslikes keskkondades: materjalid ja disainiküsimused |

Lühikokkuvõte: Kummimaterjalide jõudlust mõjutavad tõsiselt äärmuslikud keskkonnad, nagu kõrge temperatuur, madal temperatuur, kõrge rõhk, korrosioon ja kiirgus. Materjali valik ja struktuurne disain on kriitilise tähtsusega kohandatud kummiosade valmistamisel äärmuslikes keskkondades. Käesolev artikkel esitab süsteemse analüüsi, kuidas omadusi mõjutavad äärmuslikud keskkonnad ja kummimaterjalide valik, mida tavaliselt kasutatakse äärmuslikes keskkondades, ning pakub asjakohaseid kaalutlusi kohandatud kummiosade disainiks, lootes anda teoreetilist juhendamist ja praktilist viidet kummiosade rakendamiseks äärmuslikes keskkondades.

Märksõnad: äärmuslik keskkond, kohandatud kummitooted, materjali omadused, struktuurne disain, usaldusväärsus

Esitus

Suurepärane tihendamine, löögisummutus, kulumiskindlus ja korrosioonikindlus, mistõttu kohandatud kummiosad on laialdaselt kasutusel kosmosetööstuses, nafta- ja keemiatööstuses, süvameres uurimises, tuumaenergeetikas ja muudes äärmuslikes keskkondades. Kuid äärmuslikud keskkonnategurid mõjutavad kummimaterjalide omadusi suuresti, mistõttu kummiosadel esineb sageli omaduste halvenemist ja isegi rikkeid. Seega on sobiva kummimaterjali valimine ja korraliku struktuurilise disaini rakendamine lahendus, et kohandatud kummiosad töötaksid äärmuslikes keskkondades ohutult ja usaldusväärselt.

Kummimaterjali omaduste andmete kogumine biosõbralikust keskkonnast

Äärmusliku keskkonna mõju kummimaterjalide omadustele on mitmeastmeline ja keeruline, hõlmates peamiselt järgmisi aspekte:

Kõrge temperatuuriga kuumus: kõrge temperatuuri sekundaarne erosioon kummist kiirendab kummimaterjalide vananemisprotsessi, mis põhjustab kõvaduse suurenemist, tõmbetugevuse vähenemist, venivuse vähenemist ja isegi termilist lagunemist, mis viib püsiva deformatsioonini. Teiselt poolt võib kõrge temperatuur halvendada kummimaterjalide survetugevust ja kulumiskindlust.

See tähendab väga madala temperatuuri keskkonda: madal temperatuur põhjustab kummimaterjali klaasi üleminekut, kaotab elastsuse, muutub habras ja kõvaks ning löögijõud väheneb järsult. Liialt madal temperatuur võib põhjustada kummiosade kokkutõmbumist ning see mõjutab ka tihendusvõimet ja võib isegi põhjustada rikke.

Surve toimel võivad kummimaterjalid kogeda mahu kokkusurumist, hiilimist ja pingete lõdvenemist jne. Surve ülemises osas võivad tihendid ebaõnnestuda — tihendite jaoks. Lisaks on kõrgsurvevälja sageli kaasas temperatuurimuutused, mis muudavad kummimaterjalide omaduste muutumist keerulisemaks.

Kummimaterjalide paisumine ja pragunemine või lahustumine, lagunemine, mis põhjustab mehaaniliste omaduste vähenemist ja eluiga lühenemist. FX: Erinevate kummimaterjalide vastupidavus korrosiivsetele keskkondadele varieerub suuresti.

Kiirguskeskkond: Kõrgeenergia kiired (gamma kiired, röntgenkiired jne) kiirgavad, et katkestada, ristseostada ja oksüdeerida kummimolekulide ahelaid, muuta kummimaterjalide keemilist struktuuri ja füüsikalisi omadusi ning suurendada nende kõvadust, suurendada habrasust ja vähendada tugevust.

Kummimaterjalid, mida kasutatakse äärmuslikes keskkondades.

Samuti on oluline kasutada kummimaterjale, millel on vastavad tolerantsid erinevates äärmuslikes keskkondades. Allpool on loetelu mõnest kõige standardsemast kummimaterjalist, mida kasutatakse äärmuslikes keskkondades:

Fluorokumm (FKM): valige kõrge temperatuuritaluvus, õlikindlus, keemilise korrosiooni vastupidavus elastomeeril, saab kasutada kõrge temperatuuriga happe-aluse ja erinevate orgaaniliste lahustite keskkonnas pikka aega. Seda kasutatakse sageli tihendite, kuumuskindlate torude / osade jne tootmiseks. Kuid fluorokummi madala temperatuuritaluvus ei ole hea.

Silikoonkumm (VMQ): Silikoonkummil on suurepärane kõrge ja madala temperatuuritaluvus, elektriline isolatsioon ja oksüdatsioonikindlus, suudab endiselt säilitada head elastsust temperatuurivahemikus 60 ° C kuni 200 ° C. Kasutati varem kõrge temperatuuriga kaablite katte, madala temperatuuriga tihendite jne tootmiseks. Kuid silikoonkummi mehaaniline tugevus ei ole kõrge ja kulumiskindlus ei ole hea.

Hüdrogeenitud nitrailkautšuk (HNBR): Hüdrogeenitud nitrailkautšuk on hüdrogeenitud nitrailkautšuki alusel, selle kuumuskindlus, õlikindlus ja osoonikindlus on oluliselt paranenud. Sobib autotööstuse mootori tihendite, nafta puurimisseadmete jne valmistamiseks.

Eetüleen-propüleen kautšuk (EPDM): Eetüleen-propüleen kautšukil on hea osoonikindlus, ilmastikukindlus, veekindlus ja keemilise korrosiooni vastupidavus ning seda saab valmistada välistingimustes kasutatavate kautšuktoodete jaoks. Kuid see ei ole õli ja mõnede lahustite suhtes vastupidav.

Perfluoraan kautšuk (FFKM): Üks parimaid kautšukimaterjale, äärmiselt kõrge temperatuurikindluse, keemilise korrosioonikindluse ja lahusti vastupidavusega, saab kasutada äärmiselt raskes keskkonnas pikka aega. Selle hind on kõrge ja see sobib olukordadesse, kus on vajalik usaldusväärsus.

Kautšukkomponentide kohandamine keerulistes rakendustes: Kriitilised disainiaspektid

Lisaks kummimaterjali valikule tuleb kavandada mõistlik struktuur, et tagada kummiosade usaldusväärne töö sellises keskkonnas. Mõned disainiküsimused, mida silmas pidada:

Erinevuse kõverate koordinaadid: Tagada tugikoordinaatide ja kõverusraadiuse koordinaatide täpsus, vältida pingekontsentratsiooni suurtes kummiosade piirkondades ning kasutada ümarate nurkade üleminekut, et minimeerida kohalikke pingekontsentratsioone ja parandada relvade kummiosade väsimisel eluea koefitsienti.

Deformatsioonivahemik on kontrollitud: Ratsionaalne kummiosade kuju ja suuruse kavandamine, kontrollida deformatsioonivahemikku tööprotsessi käigus, vältida venitamist või liigset kokkusurumist ning pikendada kasutusiga.

2 Optimeeri tihendistruktuur: vastavalt erinevale tihendusrakendusele tuleb valida õige tihendistruktuur, nagu O-rõngas, Y-rõngas, ristkülikukujuline rõngas jne, et tagada tihendamise usaldusväärsus. Tuleb siiski arvesse võtta temperatuuri muutuse mõju tihendi suurusele.

Kummimeedia projekteerimisprotsessis on vajalik täielikult arvesse võtta kummi ühilduvust kontaktmeediaga, et vältida materjali paisumist, pragunemist või fosforit, ning valida sobiv kontaktpind ja kontaktrežiim.

Teosta FEA: Lõpp-elementide simuleerimise tarkvara abil simuleeri kumm/komponentide pinget ja deformatsiooni äärmuslikes tingimustes, David'i insenerid aitavad optimeerida struktuuri disaini ja parandada toote usaldusväärsust.

Piisav testimise kontroll: Piisav testimise kontroll peab toimuma enne praktilist rakendamist, sealhulgas kõrge temperatuuri, madala temperatuuri, korrosiooni, vananemise ja teiste testide läbiviimine, et kinnitada, et kummiosad suudavad rahuldada disaininõudeid ja usaldusväärsust.

Kohustuslik väljaandmine

Kohandamise nõudmised, et kummiosa jõudlus suudaks taluda äärmuslikke keskkondi. Sobivate kummimaterjalide valimine ja mõistliku struktuurilise disaini teostamine on võtmetähtsusega, et tagada kummiosade ohutu ja usaldusväärne töö äärmuslikes keskkondades. Tulevikus ilmub üha rohkem uusi materjale ja disainimeetodeid, kohandatud kummiosad äärmuslikesse keskkondadesse rakendatakse rohkemates valdkondades. Samal ajal on vajalik edasi uurida kummimaterjalide vananemisprotsessi ja rikkeviise äärmuslikes keskkondades, et anda teoreetilist juhendamist kummiosade disaini ja rakenduse jaoks.