חלקי גומי מותאמים לסביבות קיצוניות: חומרים ושיקולי עיצוב |

תקציר: הביצועים של חומרים גמישים מאוימים קשות על ידי סביבות קיצוניות כמו טמפרטורה גבוהה, טמפרטורה נמוכה, לחץ גבוה, קורוזיה ורדיאציה. הבחירה בחומר ועיצוב המבנה הם קריטיים לייצור חלקי גומי מותאמים לשימוש בסביבות קיצוניות. מאמר זה מציג את הניתוח השיטתי של כיצד תכונות מושפעות בשל הסביבה הקיצונית ובחירת חומרים גמישים הנמצאים בשימוש בסביבות קיצוניות, מספק שיקולים רלוונטיים לעיצוב חלקי גומי מותאמים, בתקווה לספק הנחיה תיאורטית והפניה מעשית ליישום חלקי גומי בסביבות קיצוניות.

מילות מפתח: סביבה קיצונית, מוצרים גמישים מותאמים, תכונות חומרים, עיצוב מבני, אמינות

הקדמה

אטימה מצוינת, ספיגת זעזועים, עמידות בפני שחיקה ועמידות בפני קורוזיה, כך שחלקי גומי מותאמים בשימוש נרחב בתעופה, פטרוכימיה, חקר מעמקי הים, תעשייה גרעינית ותחומים אחרים בסביבות קיצוניות. אך גורמים סביבתיים קיצוניים משפיעים במידה רבה על ביצועי חומרי הגומי כך שחלקי הגומי לעיתים קרובות סובלים מהידרדרות בביצועים ואפילו כישלון. לכן, בחירת חומר גומי מתאים ויישום עיצוב מבני נכון הם הפתרון לגרום לחלקי גומי מותאמים לפעול בבטחה ובאמינות בסביבות קיצוניות.

איסוף נתונים על תכונות חומר הגומי מסביבה ביובטוחה

ההשפעה של סביבה קיצונית על ביצועי חומרי הגומי היא רב-שכבתית ומורכבת, בעיקר כוללת את ההיבטים הבאים:

חום בטמפרטורה גבוהה: השחיקה המשנית של גומי מחום גבוה מאיצה את תהליך ההזדקנות של חומרים גמישים, מה שיגרום להקשחה, ירידה בחוזק המתיחה, ירידה בהארכה בשבירה, ואפילו הת decomposition תרמית תוביל לעיוות קבוע. מצד שני, חום גבוה יכול להחמיר את הביצועים הכוחיים והעמידות בפני שחיקה של חומרים גמישים.

זה אומר סביבה בטמפרטורה מאוד נמוכה: טמפרטורה נמוכה גורמת לחומר הגומי לעבור מעבר זכוכית, ולאבד אלסטיות, להפוך לשביר וקשה, וחוזק ההשפעה יורד בחדות. טמפרטורה נמוכה מדי יכולה לגרום לחלקי הגומי להתכווץ, וזה גם ישפיע על ביצועי האיטום, ואפילו להוביל לכישלון.

תחת פעולת הלחץ, חומרים גמישים יכולים להתרחש דחיסת נפח, זחילה והרפיית מתח, וכו'. בקצה העליון של הלחץ, אטמים יכולים להיכשל — עבור אטמים. יתרה מכך, שדה הלחץ הגבוה מלווה לעיתים קרובות בשינוי טמפרטורה, מה ש complicates את שינוי הביצועים של חומרים גמישים.

נפיחות וסדקים של חומרים גמישים או התמססות, התפרקות, מה שמוביל להפחתת תכונות מכניות ולקיצור חיי השירות. FX: הביצועים של חומרים גמישים שונים נגד מדיה קורוזיבית משתנים מאוד.

סביבה רדיאלית: קרני אנרגיה גבוהה (קרני גמא, קרני X, וכו') משודרות כדי לשבור, לקשר חזק ולחמצן את שרשרות המולקולות של הגומי, לשנות את המבנה הכימי ואת התכונות הפיזיות של חומרים גמישים, ולהגביר את הקשיחות, להגדיל את השבריריות, ולהפחית את החוזק.

חומרים גמישים בשימוש בסביבה קיצונית.

חשוב גם להשתמש בחומרים גומי עם סובלנות מתאימה לסביבות קיצוניות שונות. להלן רשימה של כמה מחומרי הגומי הסטנדרטיים ביותר המשמשים לסביבות קיצוניות:

גומי פלואור (FKM): בחר עמידות בטמפרטורה גבוהה, עמידות בשמן, עמידות בפני קורוזיה כימית של אלסטומר, ניתן להשתמש בו בסביבות חומציות בסיסיות בטמפרטורה גבוהה ובמגוון של ממיסים אורגניים במשך זמן רב. הוא משמש לעיתים קרובות לייצור אטמים, צינורות / חלקים עמידים לחום וכו'. אך עמידות בטמפרטורה נמוכה של גומי פלואור אינה טובה.

גומי סיליקון (VMQ): גומי סיליקון יש עמידות מצוינת בטמפרטורות גבוהות ונמוכות, בידוד חשמלי ועמידות בפני חמצון, יכול עדיין לשמור על אלסטיות טובה בטווח הטמפרטורות של 60 ° C עד 200 ° C. שימש בעבר לייצור כיסוי כבלים בטמפרטורה גבוהה, אטמים בטמפרטורה נמוכה וכו'. אך, החוזק המכני של גומי סיליקון אינו גבוה, ועמידות בפני שחיקה אינה טובה.

גומי ניטריל בוטדיאן הידרוגני (HNBR): גומי ניטריל בוטדיאן הידרוגני הוא גומי ניטריל בוטדיאן שההידרוגן עליו, עמידותו לחום, עמידותו לשמן ועמידותו לאוזון השתפרו מאוד. מתאים לייצור אטמים למנועים רכביים, ציוד קידוח שמן וכו'.

גומי אתילן פרופילן (EPDM): גומי אתילן פרופילן יש עמידות טובה לאוזון, עמידות למזג האוויר, עמידות למים ועמידות בפני קורוזיה כימית, וניתן לייצר ממנו מוצרים גומי חיצוניים. אבל הוא לא עמיד לשמן ולכמה ממסכים.

גומי פרפלורן (FFKM): אחד מחומרי הגומי המצוינים ביותר, עם עמידות גבוהה מאוד לחום, עמידות בפני קורוזיה כימית ועמידות בפני ממסים, ניתן להשתמש בו בסביבות קשות מאוד במשך זמן רב. המחיר שלו יקר, והוא מתאים למצב שבו נדרשת אמינות.

חיתוך רכיבי גומי ביישומים מאתגרים: היבטים קריטיים בעיצוב

בנוסף לבחירת חומר הגומי, יש לעצב מבנה סביר כדי להבטיח שהחלקים הגמישים יכולים לפעול בצורה אמינה בסביבה כזו. יש לקחת בחשבון כמה שיקולי עיצוב:

קואורדינטות עקומת ההבדל: להבטיח את דיוק קואורדינטות התמיכה וקואורדינטות רדיוס הקימור, להימנע מריכוז מתח באזורים גדולים של חלקי גומי, ולהשתמש במעברי פינה מעוגלים כדי למזער ריכוז מתח מקומי ולשפר את מקדם חיי העייפות של חלקי הגומי של הנשק.

טווח העיוות נשלט: עיצוב רציונלי של הצורה והגודל של חלקי הגומי, שליטה בטווח העיוות בתהליך העבודה, הימנעות מהתארכות או דחיסה מופרזת, והארכת חיי השירות.

2 אופטימיזציה של מבנה האיטום: בהתאם ליישום האיטום השונה, יש לבחור את מבנה האיטום הנכון, כגון טבעת O, טבעת Y, טבעת מלבנית וכו', כך שניתן להבטיח את האמינות של ביצועי האיטום. עם זאת, יש לקחת בחשבון את השפעת שינוי הטמפרטורה על גודל האיטום.

בתהליך העיצוב של מדיית גומי, יש צורך לשקול במלואו את התאימות של הגומי עם המדיה במגע כדי להימנע מנפיחות, סדקים או פוספור של החומר, ולבחור את שטח המגע ואת מצב המגע המתאימים.

ביצוע FEA: עם תוכנת סימולציה של אלמנטים סופיים, יש לסמל את התפלגות הלחץ והמתיחה של הגומי/חלקים בסביבה קיצונית, מהנדסי דיויד מסייעים באופטימיזציה של עיצוב המבנה ושיפור האמינות של המוצר.

אימות בדיקות מספק: יש לבצע אימות בדיקות מספק לפני יישום מעשי, כולל טמפרטורה גבוהה, טמפרטורה נמוכה, קורוזיה, הזדקנות ובדיקות נוספות, כדי לאמת שהחלקים הגמישים יכולים לעמוד בדרישות העיצוב ובאמינות.

מסקנות

התאמה אישית דורשת שהביצועים של חלק גומי יוכלו לעמוד בתנאים קיצוניים. זהו המפתח להבטיח את העבודה הבטוחה והאמינה של חלקי גומי בסביבה קיצונית על ידי בחירת חומרים גמישים מתאימים וביצוע עיצוב מבני סביר. בעתיד, יהיו יותר ויותר חומרים חדשים שצצים ושיטות עיצוב משתפרות, חלקי גומי מותאמים אישית לסביבה קיצונית ייושמו בתחומים נוספים. במקביל, יש צורך לחקור עוד את מנגנון ההזדקנות ומצב הכישלון של חומרים גמישים בסביבה קיצונית, כדי לספק הנחיה תיאורטית לעיצוב וליישום של חלקי גומי.