Parti in Gomma Personalizzate per Ambienti Estremi: Materiali e Considerazioni sul Design |

Abstract: Le prestazioni dei materiali in gomma sono gravemente sfidate da ambienti estremi come alta temperatura, bassa temperatura, alta pressione, corrosione e radiazione. La scelta del materiale e la progettazione strutturale sono cruciali per la produzione di parti in gomma su misura da utilizzare in ambienti estremi. Questo articolo espone l'analisi sistematica di come le proprietà vengono influenzate a causa dell'ambiente estremo e la selezione dei materiali in gomma comunemente utilizzati in tali ambienti, fornisce considerazioni rilevanti per la progettazione per realizzare parti in gomma su misura, sperando di fornire una guida teorica e un riferimento pratico per l'applicazione di parti in gomma in ambienti estremi.

Keywords: extreme environment, custom rubber products, material properties, structural design, reliability

Introduzione

Sigillamento eccellente, assorbimento degli urti, resistenza all'usura e alla corrosione, in modo che le parti in gomma su misura siano ampiamente utilizzate nell'aerospaziale, petrochimico, esplorazione delle grandi profondità marine, industria nucleare e altri campi di ambiente estremo. Ma i fattori ambientali estremi influiscono notevolmente sulle prestazioni dei materiali in gomma in modo che le parti in gomma spesso subiscano un degrado delle prestazioni e persino guasti. Quindi, selezionare un materiale in gomma appropriato e implementare una solida progettazione strutturale è la soluzione per far sì che le parti in gomma su misura funzionino in modo sicuro e affidabile in ambienti estremi.

Raccolta dati sulle proprietà del materiale in gomma da un ambiente biosicuro

L'effetto di un ambiente estremo sulle prestazioni dei materiali in gomma è multilivello e complesso, comprende principalmente i seguenti aspetti:

Alto calore: l'erosione secondaria del caucciù causata dall'elevata temperatura accelera il processo di invecchiamento dei materiali di gomma, il che provocherà un aumento della durezza, una diminuzione della resistenza alla trazione, una diminizione della lunghezza allungata alla rottura e, in alcuni casi, la decomposizione termica porta a una deformazione permanente. Dall'altro lato, l'elevata temperatura può peggiorare le prestazioni sotto compressione e la resistenza all'usura dei materiali di gomma.

Ciò significa un ambiente a temperature molto basse: Le basse temperature inducono la transizione vitrea nei materiali di gomma, perdendo elasticità, diventando fragili e duri, con una riduzione brusca della resistenza all'impatto. Temperature eccessivamente basse possono causare la contrazione delle parti in gomma e influire sulle prestazioni di sigillaggio, portando persino al fallimento.

Sotto l'azione della pressione, i materiali in gomma possono subire compressione di volume, crepacuore e rilassamento degli stress, ecc. All'estremità superiore della pressione, le guarnizioni possono avere dei malfunzionamenti — per le guarnizioni. Inoltre, il campo ad alta pressione è spesso accompagnato da cambiamenti di temperatura, che complicano ulteriormente i cambiamenti delle prestazioni dei materiali in gomma.

Ingrossamento e crepatura dei materiali in gomma o dissoluzione, decomposizione, portando a una riduzione delle proprietà meccaniche e a una diminuzione della durata. FX: Le prestazioni di vari materiali in gomma contro i mezzi corrosivi variano notevolmente.

Ambiente di radiazione: I raggi ad alta energia (raggi gamma, raggi X, ecc.) irraggiati causano rottura, incrociamento e ossidazione delle catene molecolari di gomma, modificano la struttura chimica e le proprietà fisiche dei materiali in gomma, e aumentano la durezza, aumentano la fragilità e diminuiscono la resistenza.

Materiali in gomma utilizzati in ambienti estremi.

È altresì importante utilizzare materiali in gomma con una tolleranza corrispondente a diversi ambienti estremi. Di seguito è riportata una lista di alcuni dei materiali in gomma standard più utilizzati per ambienti estremi:

Gomma fluorurata (FKM) : seleziona resistenza ad alte temperature, resistenza agli oli, resistenza alla corrosione chimica dell'elastomeri, può essere utilizzata in un ambiente ad alte temperature acide e basiche e in una varietà di solventi organici per lungo tempo. Viene spesso utilizzata per produrre sigilli, tubi / parti resistenti al calore, ecc. Tuttavia, la resistenza alle basse temperature della gomma fluorurata non è ottimale.

Gomma silicone (VMQ): La gomma silicone ha un'eccellente resistenza ad alte e basse temperature, isolamento elettrico e resistenza all'ossidazione, può mantenere un'elasticità ottimale nell'intervallo di temperature da 60 ° C a 200 ° C. Era usata per produrre rivestimenti di cavi ad alta temperatura, sigilli a bassa temperatura, ecc. Tuttavia, la resistenza meccanica della gomma silicone non è elevata e la resistenza all'usura non è ottimale.

Gomma di butadiene acrilonitrile idrogenata (HNBR): La gomma di butadiene acrilonitrile idrogenata è idrogenata sulla base della gomma di butadiene acrilonitrile, la sua resistenza al calore, alla benzina e all'ozono è notevolmente migliorata. Adatta per la produzione di sigilli motore automobilistici, attrezzature di perforazione petrolifera ecc.

Gomma di etilene-propilene (EPDM): La gomma di etilene-propilene ha una buona resistenza all'ozono, alle intemperie, all'acqua e alla corrosione chimica, e può essere trasformata in prodotti in gomma per l'esterno. Ma non è resistente alla benzina e a alcuni solventi.

Gomma perfluorane (FFKM): Uno dei materiali di gomma più eccellenti, con estrema resistenza alle alte temperature, alla corrosione chimica e ai solventi, può essere utilizzata in ambienti estremamente ostili per lungo tempo. Il suo prezzo è elevato, ed è adatta a situazioni in cui è necessaria affidabilità.

Confezionamento componenti in gomma in applicazioni impegnative: aspetti critici della progettazione

Oltre alla selezione del materiale in gomma, deve essere progettata una struttura adeguata per garantire che le parti in gomma possano funzionare in modo affidabile in tale ambiente. Alcune considerazioni da tenere a mente nella progettazione:

Coordinare la curva differenziale: Garantire la precisione delle coordinate di supporto e delle coordinate del raggio di curvatura, evitare concentrazioni di stress in ampie aree delle parti in gomma e utilizzare transizioni con angoli arrotondati per minimizzare la concentrazione di stress locali e migliorare il coefficiente di vita alla fatica delle parti in gomma delle armi.

Il intervallo di deformazione è controllato: Progettazione razionale della forma e delle dimensioni delle parti in gomma, controllo dell'intervallo di deformazione durante il processo di lavoro, evitare stiramento o compressione eccessiva e prolungare la durata nel tempo.

2 Ottimizzare la struttura di sigillamento: a seconda delle diverse applicazioni di sigillamento, deve essere utilizzata la struttura di sigillamento corretta, come anello O, anello Y, anello rettangolare, ecc., al fine di garantire la affidabilità delle prestazioni di sigillamento. Tuttavia, si dovrebbe tuttavia tener conto dell'effetto della variazione di temperatura sulle dimensioni del sigillo.

Nell' processo di progettazione del mezzo di gomma, è necessario considerare appieno la compatibilità della gomma con il mezzo a contatto per evitare gonfiore, crepe o fosforosi del materiale, e scegliere l'area di contatto e il modo di contatto appropriati.

Eseguire l'analisi FEA: con il software di simulazione agli elementi finiti, simulare la distribuzione degli stress e delle deformazioni della gomma/parti in ambiente estremo, gli ingegneri David aiutano a ottimizzare la progettazione strutturale e migliorare la affidabilità del prodotto.

Verifica dei test sufficiente: Si dovrà condurre una verifica dei test sufficiente prima dell'applicazione pratica, inclusi test ad alta temperatura, bassa temperatura, corrosione, invecchiamento e altri, per verificare che le parti in gomma possano soddisfare i requisiti di progettazione e affidabilità.<br>

Conclusione

Le esigenze di personalizzazione richiedono che le prestazioni di una parte in gomma siano in grado di resistere in ambienti estremi. È fondamentale per garantire il funzionamento sicuro e affidabile delle parti in gomma in ambienti estremi selezionando materiali di gomma adatti e realizzando una progettazione strutturale ragionevole. In futuro, emergeranno sempre più nuovi materiali e i metodi di progettazione miglioreranno, le parti in gomma personalizzate per ambienti estremi verranno applicate in più aree. Nello stesso tempo, è necessario studiare ulteriormente il meccanismo di invecchiamento e il modo di insuccesso dei materiali di gomma in ambienti estremi, al fine di fornire una guida teorica per la progettazione e l'applicazione delle parti in gomma.