اجزای مطاطی سفارشی برای محیط‌های استثنایی: مواد و نکات طراحی |

خلاصه: عملکرد مواد لاستیکی به شدت تحت تأثیر محیط های شدید مانند دمای بالا، دمای پایین، فشار بالا، خوردگی و تشعشعات قرار می گیرد. انتخاب مواد و طراحی ساختاری برای تولید قطعات لاستیکی سفارشی برای استفاده در محیط های شدید بسیار مهم است. این مقاله تجزیه و تحلیل سیستماتیک چگونگی تأثیر محیط های شدید بر خواص و انتخاب مواد لاستیکی که معمولاً در محیط های شدید استفاده می شوند را ارائه می دهد، ملاحظات مربوط به طراحی قطعات لاستیکی سفارشی را ارائه می دهد، به امید ارائه راهنمایی نظری و مرجع عملی برای استفاده از قطعات لاستیکی در محیط های شدید.

کلمات کلیدی: محیط استثنایی، محصولات مطاطی سفارشی، خواص مواد، طراحی ساختاری، قابلیت اعتماد

معرفی

چسبندگی عالی، جذب ضربه، مقاومت در برابر سوزنده شدن و ضد فرسودگی، باعث می‌شود اجزای مطاطی سفارشی به طور گسترده در حوزه‌های هوافضا، پتروشیمی، کاوش دریای عمیق، صنعت هسته‌ای و دیگر زمینه‌های محیط استثنایی استفاده شوند. اما عوامل محیط استثنایی تأثیر چند لایه‌ای و پیچیده‌ای بر عملکرد مواد مطاطی دارند به طوری که اجزاء مطاطی اغلب کاهش عملکرد و حتی شکست مواجه می‌شوند. بنابراین، انتخاب یک ماده مطاطی مناسب و اجرای یک طراحی ساختاری منطقی، راه‌حل برای اطمینان از امنیت و قابلیت اعتماد اجرا اجزای مطاطی سفارشی در محیط‌های استثنایی است.

جمع‌آوری داده‌ها در مورد خواص ماده مطاطی از محیط بیولوژیکی ایمن

تأثیر محیط استثنایی بر عملکرد مواد مطاطی چند لایه‌ای و پیچیده است، که اصلی‌ترین جنبه‌های آن شامل موارد زیر است:

گرماهای بالا: فرسایش ثانویه رubber ناشی از دمای بالا، فرآیند پیر شدن مصالح رubber را شتاب می‌دهد که سبب افزایش سختی، کاهش مقاومت کششی، کاهش بلندای شکست و حتی تجزیه حرارتی و تشکیل تغییر شکل دائمی می‌شود. از طرف دیگر، دمای بالا می‌تواند عملکرد فشاری و مقاومت ضد سوزن خوردن مصالح رubber را بدتر کند.

این به معنای محیط دمای بسیار پایین است: دمای پایین باعث می‌شود ماده رubber انتقال شیشه‌ای یابد، الاستیسیته را از دست دهد، هشدارفت و سخت شود و مقاومت در برابر ضربه به شدت کاهش یابد. دمای بسیار پایین می‌تواند باعث انقباض قطعات رubber شود و همچنین تأثیر منفی بر عملکرد تراپیدنی داشته باشد و حتی منجر به شکستگی شود.

تحت تأثیر فشار، مصالح رubber می‌توانند فشرده شوند، جریان کردن (creep) و استرس آرامش پیدا کنند. در بالای طیف فشار، ممکن است تخته‌های عازل از کار بیفتند. علاوه بر این، زمینه فشار بالا اغلب همراه با تغییر دماست که نیز تغییرات عملکرد مصالح رubber را پیچیده‌تر خواهد کرد.

ورود مواد rubber به خمش و شکست یا حل شدن و تجزیه، کاهش خواص مکانیکی و کوتاه شدن عمر. FX: مقاومت انواع مختلف مواد rubber نسبت به محیط‌های خوردگی بسیار متفاوت است.

محیط تابشی: پرتوهای انرژی بالا (مانند پرتوهای گاما، پرتوهای X) باعث شکست، پیوند مولکولی و اکسیداسیون زنجیره‌های مولکولی rubber می‌شوند، ساختار شیمیایی و خواص فیزیکی مواد rubber را تغییر می‌دهند و سختی آنها را افزایش می‌دهند، برونویی را افزایش و مقاومت را کاهش می‌دهند.

مواد rubber مورد استفاده در محیط‌های استثنایی.

استفاده از مواد رubber مناسب با تحمل به محیط‌های استاندارد مختلف نیز اهمیت دارد. در ادامه لیستی از برخی از مهم‌ترین مواد rubber مورد استفاده در محیط‌های استثنایی آورده شده است:

ربر فلور (FKM): انتخاب مقاومت در برابر دماهای بالا، مقاومت در برابر روغن، و مقاومت در برابر تخریب شیمیایی elastomer است که می‌تواند در محیط‌های حاوی اسید، قلیا و انواع محلول‌کننده آلی به طور مداوم استفاده شود. این ماده به طور معمول برای تولید چسب‌ها، لوله‌های مقاوم به گرما / قطعات استفاده می‌شود. اما مقاومت در برابر دماهای پائین در ربر فلور خوب نیست.

ربر سیالن (VMQ): ربر سیالن دارای مقاومت عالی در برابر دماهای بالا و پائین، عایق الکتریکی و مقاومت در برابر اکسیداسیون است و همچنان که الاستیسیته خوبی را در دامنه دماهای 60 °C تا 200 °C حفظ می‌کند. برای تولید جلاوه کابل‌های حرارتی و چسب‌های مقاوم به دماهای پائین استفاده می‌شود. اما، مقاومت مکانیکی ربر سیالن بالا نیست و مقاومت در برابر سوزن زدن نیز ضعیف است.

رطوبت نیتریل بوتادیئن (HNBR): رطوبت نیتریل بوتادیئن بر اساس رطوبت نیتریل بوتادیئن هیدروژنه شده است، مقاومت آن به گرما، روغن و اوزون به طور قابل توجهی افزایش یافته است. مناسب برای تولید مهره‌های موتور خودرو، تجهیزات حفاری روغن و غیره است.

رطوبت اتیلن پروپیلن (EPDM): رطوبت اتیلن پروپیلن دارای مقاومت عالی به اوزون، آب و هوایی، آب و فساد شیمیایی است و می‌تواند به محصولات caucciouک بیرونی تبدیل شود. اما مقاومت به روغن و برخی محلول کننده‌ها ندارد.

رطوبت پرفلوآن (FFKM): یکی از بهترین مواد رطوبتی، با مقاومت در برابر دمای بسیار بالا، فساد شیمیایی و محلول کننده‌ها، می‌تواند در محیط‌های بسیار سخت به طور مداوم استفاده شود. قیمت آن گران است و مناسب زمانی است که نیاز به قابلیت اطمینان وجود دارد.

طرراحی مولفه‌های رطوبتی در کاربردهای چالش‌برانگیز: جنبه‌های طراحی بحرانی

به غیر از انتخاب مادهٔ روبر، باید ساختار منطقی طراحی شود تا اطمینان حاصل شود قطعات روبر به طور قابل اعتماد در این محیط کار خواهند کرد. برخی نکات طراحی برای در نظر گرفتن عبارتند از:

تفاوت مختصات منحنی: تضمین دقت مختصات پشتیبان و مختصات شعاع انحنا، جلوگیری از تمرکز تنش در مناطق وسیع قطعات روبر و استفاده از انتقال گوشه‌های گرد برای کاهش حداکثر تمرکز تنش محلی و افزایش ضریب عمر خستگی قطعات روبر اسلحه.

کنترل محدودهٔ تغییر شکل: طراحی منطقی شکل و اندازهٔ قطعات روبر، کنترل محدودهٔ تغییر شکل در فرآیند کار، جلوگیری از کشیدن یا فشرده‌سازی بیش از حد و افزایش طول عمر.

بهینه‌سازی ساختار تخته: بر اساس کاربرد مختلف تخته، باید ساختار مناسبی انتخاب شود، مانند حلقه O، حلقه Y، حلقه مستطیلی و غیره، به طوری که قابلیت اطمینان عملکرد تخته تضمین شود. با این حال، باید اثر تغییر دما بر روی ابعاد تخته را در نظر گرفت.

در فرآیند طراحی محیط الماس، لازم است سapat‌سازی الماس با محیط مخالط به طور کامل در نظر گرفته شود تا از خشک شدن، شکستگی یا فسفری شدن مواد جلوگیری شود و ناحیه تماس مناسب و نوع تماس انتخاب شود.

اجراي تحلیل FEA: با استفاده از نرم‌افزار شبیه‌سازی المان محدود، تنش و تکیه‌گذاری الماس/قطعات در محیط حدی شبیه‌سازی می‌شود، مهندسان دیوید کمک می‌کنند تا طراحی ساختاری بهینه‌سازی شده و قابلیت اعتماد محصول افزایش یابد.

تایید کافی آزمایش: باید تایید کافی آزمایش قبل از کاربرد عملی انجام شود، شامل آزمایش‌های دمای بالا، دمای پایین، فرسودگی، قدیمی شدن و سایر آزمایش‌ها به منظور تأیید اینکه قطعات رubber می‌توانند نیازهای طراحی و قابلیت اعتماد را برآورده کنند.

نتیجه گیری

نیازمندی های سفارشی این است که عملکرد یک قطعه rubber باید تحت محیط‌های استثنایی مقاوم باشد. انتخاب مواد rubber مناسب و اجرای طراحی ساختاری منطقی کلیدی برای تضمین کارکرد ایمن و قابل اعتماد قطعات rubber در محیط‌های استثنایی است. در آینده، مواد جدید بیشتری ظاهر خواهد شد و روش‌های طراحی بهبود خواهد یافت، قطعات rubber سفارشی برای محیط‌های استثنایی در بیشترین حوزه‌ها مورد استفاده قرار خواهد گرفت. همزمان، نیاز است که مکانیسم قدیمی شدن و الگوی شکست مواد rubber در محیط‌های استثنایی مورد مطالعه قرار گیرد تا راهنمای نظری برای طراحی و کاربرد قطعات rubber فراهم شود.