Prilagođeni gumeni dijelovi za ekstremne uvjete: Materijali i dizajnerske razmatranja |

Sažetak: Performanse gumenih materijala ozbiljno su izazvane ekstremnim uvjetima kao što su visoke temperature, niske temperature, visoki tlak, korozija i zračenje. Odabir materijala i strukturni dizajn su ključni za proizvodnju prilagođenih gumenih dijelova za korištenje u ekstremnim uvjetima. Ovaj članak izlaže sustavnu analizu kako svojstva utječu zbog ekstremnog okruženja i odabir gumenih materijala koji se obično koriste u ekstremnim uvjetima, pruža relevantna razmatranja za dizajn prilagođenih gumenih dijelova, nadajući se da će pružiti teorijsko vodstvo i praktičnu referencu za primjenu gumenih dijelova u ekstremnim uvjetima.

Ključne riječi: ekstremno okruženje, prilagođeni gumeni proizvodi, svojstva materijala, strukturni dizajn, pouzdanost

Uvod

Izvrsno brtvljenje, apsorpcija udaraca, otpornost na habanje i otpornost na koroziju, tako da se prilagođeni gumeni dijelovi široko koriste u zrakoplovstvu, petrokemiji, dubokom morskom istraživanju, nuklearnoj industriji i drugim ekstremnim okruženjima. No, ekstremni okolišni faktori uvelike utječu na performanse gumenih materijala, tako da gumeni dijelovi često imaju degradaciju performansi pa čak i kvar. Stoga, odabir odgovarajućeg gumenog materijala i provedba dobrog strukturnog dizajna rješenje su za sigurno i pouzdano funkcioniranje prilagođenih gumenih dijelova u ekstremnim okruženjima.

Prikupljanje podataka o svojstvima gumenog materijala iz biosigurnog okruženja

Utjecaj ekstremnog okruženja na performanse gumenih materijala je višerazinski i složen, a uglavnom uključuje sljedeće aspekte:

Visoka temperatura: sekundarna erozija gume zbog visoke temperature ubrzava proces starenja gumene materijale, što će uzrokovati povećanje tvrdoće, smanjenje istezanja, smanjenje elastičnosti, pa čak i toplinsku dekompoziciju koja dovodi do trajne deformacije. S druge strane, visoka temperatura može pogoršati kompresivnu izvedbu i otpornost na habanje gumene materijale.

Ovo znači vrlo nisku temperaturu: Niska temperatura uzrokuje staklastu tranziciju gumene materijale, gubi elastičnost, postaje krhka i tvrda, a udarna čvrstoća naglo opada. Previše niska temperatura može uzrokovati skupljanje gumene dijelove, a to će također utjecati na performanse brtvljenja, pa čak i dovesti do kvara.

Pod djelovanjem pritiska, gumeni materijali mogu doživjeti kompresiju volumena, puzanje i opuštanje naprezanja, itd. Na gornjem kraju pritiska, brtve mogu zakazati — za brtve. Štoviše, područje visokog pritiska često je praćeno promjenom temperature, što će također zakomplicirati promjenu performansi gumenih materijala.

Oteklina i pucanje gumenih materijala ili otapanje, razgradnja, rezultiraju smanjenim mehaničkim svojstvima i skraćuju vijek trajanja. FX: Performanse raznih gumenih materijala prema korozivnim medijima značajno se razlikuju.

Radijacijsko okruženje: Visokoenergetske zrake (gamma zrake, X-zrake, itd.) zrače se kako bi razbile, umrežile i oksidirale molekularne lance gume, promijenile kemijsku strukturu i fizička svojstva gumenih materijala, te povećale njihovu tvrdoću, povećale krhkost i smanjile čvrstoću.

Gumeni materijali korišteni u ekstremnom okruženju.

Također je važno koristiti gumene materijale s odgovarajućom tolerancijom na različite ekstremne uvjete. Ispod je popis nekih od najstandardnijih gumene materijala koji se koriste za ekstremne uvjete:

Fluorinska guma (FKM): odabrati otpornost na visoke temperature, otpornost na ulje, otpornost na kemijsku koroziju elastomera, može se koristiti u visoko temperaturnim kiselinskim bazama i raznim organskim otapalima dugo vremena. Često se koristi za proizvodnju brtvila, cijevi / dijelova otpornog na toplinu itd. No, otpornost na niske temperature fluorinske gume nije dobra.

Silikonska guma (VMQ): Silikonska guma ima izvrsnu otpornost na visoke i niske temperature, električnu izolaciju i otpornost na oksidaciju, može zadržati dobru elastičnost u temperaturnom rasponu od 60 ° C do 200 ° C. Nekada se koristila za proizvodnju omotača visokotemperaturnih kabela, brtvila za niske temperature itd. No, mehanička čvrstoća silikonske gume nije visoka, a otpornost na habanje nije dobra.

Hidrogenirani nitril butadien guma (HNBR): Hidrogenirana nitril butadien guma je hidrogenirana na bazi nitril butadien gume, njena otpornost na toplinu, otpornost na ulje i otpornost na ozon su znatno poboljšane. Primjenjiva za proizvodnju brtvila automobilske motore, opreme za bušenje nafte itd.

Etilen propilen guma (EPDM): Etilen propilen guma ima dobru otpornost na ozon, otpornost na vremenske uvjete, otpornost na vodu i otpornost na kemijsku koroziju, i može se izraditi u vanjske gumene proizvode. No, nije otporna na ulje i neke otapala.

Perfluorirana guma (FFKM): Jedan od najizvrsnijih gumarskih materijala, s ekstremnom otpornosti na visoke temperature, otpornosti na kemijsku koroziju i otpornosti na otapala, može se koristiti u iznimno teškim uvjetima dugo vremena. Njegova cijena je skupa, i prikladna je za situacije gdje je potrebna pouzdanost.

Prilagodba gumene komponente u izazovnim primjenama: Kritični aspekti dizajna

Osim odabira gumene materijala, potrebno je dizajnirati razumnu strukturu kako bi se osiguralo da gumeni dijelovi mogu pouzdano raditi u takvom okruženju. Neki dizajnerski aspekti koje treba imati na umu:

Koordinate razlike krivulje: Osigurati točnost koordinata potpore i koordinata radijusa zakrivljenosti, izbjeći koncentraciju naprezanja u velikim područjima gumenih dijelova, i koristiti prijelaz s zaobljenim kutovima kako bi se minimizirala lokalna koncentracija naprezanja i poboljšao koeficijent umora gumenih dijelova oružja.

Raspon deformacije je kontroliran: Razuman dizajn oblika i veličine gumenih dijelova, kontrolirati raspon deformacije u radnom procesu, izbjeći istezanje ili pretjerano komprimiranje, i produžiti vijek trajanja.

2 Optimizirati strukturu brtvljenja: prema različitim primjenama brtvljenja, treba odabrati pravu strukturu brtvljenja, kao što su O-prsten, Y-prsten, pravokutni prsten itd., kako bi se osigurala pouzdanost brtvene izvedbe. Međutim, treba uzeti u obzir utjecaj promjene temperature na veličinu brtve.

U procesu dizajniranja gumene sredine, potrebno je u potpunosti razmotriti kompatibilnost gume s kontaktom sredstvom kako bi se izbjeglo oticanje, pucanje ili fosforizacija materijala, te odabrati odgovarajuću kontakt površinu i način kontakta.

Izvršiti FEA: Uz softver za simulaciju konačnih elemenata, simulirati raspodjelu naprezanja i deformacije gume/dijelova u ekstremnim uvjetima, inženjeri Davida pomažu optimizirati dizajn strukture i poboljšati pouzdanost proizvoda.

Dovoljna provjera ispitivanja: Dovoljna provjera ispitivanja treba se provesti prije praktične primjene, uključujući ispitivanja na visokim temperaturama, niskim temperaturama, koroziju, starenje i druge testove, kako bi se potvrdilo da gumeni dijelovi mogu zadovoljiti zahtjeve dizajna i pouzdanost.

Zaključak

Prilagodba zahtijeva da performanse gumene komponente mogu izdržati ekstremne uvjete. Ključno je osigurati sigurno i pouzdano funkcioniranje gumenih dijelova u ekstremnim uvjetima odabirom prikladnih gumeni materijala i provođenjem razumnog strukturnog dizajna. U budućnosti će se pojaviti sve više novih materijala i poboljšati metode dizajna, prilagođeni gumeni dijelovi za ekstremne uvjete bit će primijenjeni u više područja. U isto vrijeme, potrebno je dalje proučiti mehanizam starenja i način neuspjeha gumenih materijala u ekstremnim uvjetima, kako bi se pružilo teorijsko vodstvo za dizajn i primjenu gumenih dijelova.