極限環境向けのカスタマイズされたゴム部品：材料と設計の考慮事項 |

概要：ゴム材料の性能は、高温、低温、高圧、腐食、放射線などの極限環境によって厳しく試されます。材料の選択と構造設計は、極限環境で使用するカスタムゴム部品の製造において重要です。本記事では、極限環境によって特性がどのように影響を受けるかの体系的な分析と、極限環境で一般的に使用されるゴム材料の選択を示し、カスタムゴム部品を設計するための関連する考慮事項を提供し、極限環境におけるゴム部品の適用に対する理論的な指導と実践的な参考を提供することを期待しています。

キーワード：極限環境、カスタムゴム製品、材料特性、構造設計、信頼性

紹介

優れたシーリング、衝撃吸収、耐摩耗性、耐腐食性により、カスタムゴム部品は航空宇宙、石油化学、深海探査、原子力産業などの過酷な環境分野で広く使用されています。しかし、過酷な環境要因はゴム材料の性能に大きな影響を与え、ゴム部品はしばしば性能の劣化や故障を引き起こします。したがって、適切なゴム材料を選択し、健全な構造設計を実施することが、過酷な環境でカスタマイズされたゴム部品を安全かつ信頼性高く運用するための解決策です。

バイオセーフ環境からのゴム材料の特性に関するデータの収集

過酷な環境がゴム材料の性能に与える影響は多層的で複雑であり、主に以下の側面を含みます：

高温熱：高温によるゴムの二次侵食は、ゴム材料の老化プロセスを加速させ、硬度が増加し、引張強度が低下し、破断伸びが減少し、さらには熱分解によって永久変形を引き起こすことがあります。一方、高温はゴム材料の圧縮性能と耐摩耗性を劣化させる可能性があります。

これは非常に低温環境を意味します：低温はゴム材料をガラス転移させ、弾力性を失い、脆く硬くなり、衝撃強度が急激に低下します。過度に低い温度はゴム部品を収縮させ、シーリング性能にも影響を与え、さらには故障を引き起こすことがあります。

圧力の作用下で、ゴム材料は体積圧縮、クリープ、応力緩和などが発生することがあります。圧力の上限では、シールが失敗する可能性があります — シールにとって。さらに、高圧場はしばしば温度変化を伴い、これがゴム材料の性能変化を複雑にします。

ゴム材料の膨張や亀裂、溶解、分解が発生し、機械的特性が低下し、寿命が短くなります。FX: 様々なゴム材料の腐食性媒体に対する性能は大きく異なります。

放射線環境: 高エネルギーの放射線（ガンマ線、X線など）が放射され、ゴムの分子鎖を破壊、架橋、酸化し、ゴム材料の化学構造と物理特性を変化させ、その硬度を増し、脆さを増し、強度を低下させます。

極限環境で使用されるゴム材料。

異なる極端な環境に対する対応する耐性を持つゴム材料を使用することも重要です。以下は、極端な環境で使用される最も標準的なゴム材料のいくつかのリストです：

フッ素ゴム（FKM）：高温耐性、耐油性、化学腐食耐性を選択し、長時間高温の酸性および塩基性、さまざまな有機溶剤環境で使用できます。シール、耐熱チューブ/部品などの製造によく使用されます。しかし、フッ素ゴムの低温耐性はあまり良くありません。

シリコンゴム（VMQ）：シリコンゴムは優れた高温および低温耐性、電気絶縁性、酸化耐性を持ち、60 °Cから200 °Cの温度範囲で良好な弾性を維持できます。高温ケーブルシース、低温シールなどの製造に使用されていました。しかし、シリコンゴムの機械的強度は高くなく、耐摩耗性も良くありません。

水素化ニトリルブタジエンゴム（HNBR）：水素化ニトリルブタジエンゴムは、ニトリルブタジエンゴムを基に水素化されており、その耐熱性、耐油性、オゾン耐性が大幅に向上しています。自動車エンジンシール、油掘削機器などの製造に適用されます。

エチレンプロピレンゴム（EPDM）：エチレンプロピレンゴムは、優れたオゾン耐性、耐候性、水耐性、化学腐食耐性を持ち、屋外用ゴム製品に加工できます。しかし、油や一部の溶剤には耐性がありません。

パーフルオランゴム（FFKM）：最も優れたゴム材料の一つで、極めて高温耐性、化学腐食耐性、溶剤耐性を持ち、非常に過酷な環境で長期間使用できます。その価格は高価で、信頼性が求められる状況に適しています。

難しい用途におけるゴム部品のテーラリング：重要な設計要素

ゴム材料の選定に加えて、ゴム部品がそのような環境で信頼性を持って機能することを保証するために、合理的な構造を設計する必要があります。考慮すべき設計上のポイント：

差曲線座標：支持座標と曲率半径座標の精度を保証し、ゴム部品の大面積での応力集中を避け、丸みを帯びたコーナー遷移を使用して局所的な応力集中を最小限に抑え、武器のゴム部品の疲労寿命係数を改善します。

変形範囲を制御する：ゴム部品の形状とサイズを合理的に設計し、作業プロセスにおける変形範囲を制御し、引き伸ばしや過度の圧縮を避け、サービス寿命を延ばします。

シーリング構造の最適化：異なるシーリング用途に応じて、Oリング、Yリング、長方形リングなど、適切なシーリング構造を選定し、シーリング性能の信頼性を確保する必要があります。ただし、温度変化がシールのサイズに与える影響を考慮する必要があります。

ゴム媒体の設計プロセスでは、ゴムと接触媒体の互換性を十分に考慮し、材料の膨張、亀裂、またはリンの発生を避ける必要があり、適切な接触面積と接触モードを選択する必要があります。

FEAを実施する：有限要素シミュレーションソフトウェアを使用して、極限環境におけるゴム/部品の応力とひずみの分布をシミュレートし、デビッドエンジニアが構造設計を最適化し、製品の信頼性を向上させるのを支援します。

十分な試験検証：実用化の前に、高温、低温、腐食、老化などの試験を含む十分な試験検証を実施し、ゴム部品が設計要件と信頼性を満たすことを確認する必要があります。

結論

カスタマイズは、ゴム部品の性能が過酷な環境下で持続できることを要求します。適切なゴム材料を選択し、合理的な構造設計を行うことが、過酷な環境でのゴム部品の安全で信頼性のある作業を確保するための鍵です。将来的には、新しい材料がますます登場し、設計方法が改善され、過酷な環境向けのカスタマイズされたゴム部品がより多くの分野に適用されるでしょう。同時に、過酷な環境におけるゴム材料の老化メカニズムと破損モードをさらに研究し、ゴム部品の設計と適用に対する理論的な指針を提供する必要があります。