극한 환경을 위한 맞춤형 고무 부품: 재료 및 설계 고려사항 |

초록: 고무 재료의 성능은 고온, 저온, 고압, 부식 및 방사선과 같은 극한 환경에 의해 심각하게 도전받습니다. 재료 선택과 구조 설계는 극한 환경에서 사용할 맞춤형 고무 부품 제조에 있어 매우 중요합니다. 이 기사는 극한 환경으로 인해 특성이 어떻게 영향을 받는지에 대한 체계적인 분석과 극한 환경에서 일반적으로 사용되는 고무 재료의 선택을 제시하며, 맞춤형 고무 부품 설계를 위한 관련 고려사항을 제공하여 극한 환경에서 고무 부품의 적용에 대한 이론적 안내와 실용적 참고를 제공하고자 합니다.

키워드: 극한 환경, 맞춤형 고무 제품, 재료 특성, 구조 설계, 신뢰성

소개

우수한 밀봉, 충격 흡수, 마모 저항 및 부식 저항으로 인해 맞춤형 고무 부품이 항공 우주, 석유 화학, 심해 탐사, 원자력 산업 및 기타 극한 환경 분야에서 널리 사용됩니다. 그러나 극한 환경 요인은 고무 재료의 성능에 큰 영향을 미쳐 고무 부품이 종종 성능 저하 및 심지어 고장을 일으킵니다. 따라서 적절한 고무 재료를 선택하고 건전한 구조 설계를 구현하는 것이 극한 환경에서 맞춤형 고무 부품이 안전하고 신뢰성 있게 작동하도록 하는 해결책입니다.

생물 안전 환경에서 고무 재료의 특성에 대한 데이터 수집

극한 환경이 고무 재료 성능에 미치는 영향은 다층적이고 복잡하며, 주로 다음과 같은 측면을 포함합니다:

고온 열: 고온에서의 고무의 2차 침식은 고무 재료의 노화 과정을 가속화하여 경도가 증가하고 인장 강도가 감소하며 파단 연신율이 감소하고 심지어 열 분해로 인해 영구 변형이 발생할 수 있습니다. 반면에 고온은 고무 재료의 압축 성능과 마모 저항을 악화시킬 수 있습니다.

매우 낮은 온도 환경을 의미합니다: 낮은 온도는 고무 재료가 유리 전이 상태에 이르게 하여 탄력을 잃고 부서지기 쉬워지며 경도가 증가하고 충격 강도가 급격히 감소합니다. 지나치게 낮은 온도는 고무 부품이 수축하게 만들 수 있으며, 이는 밀봉 성능에도 영향을 미치고 심지어 고장을 초래할 수 있습니다.

압력 작용 하에 고무 재료는 부피 압축, 크리프 및 응력 완화 등이 발생할 수 있다. 압력의 상한에서, 씰은 실패할 수 있다 — 씰에 대해. 게다가, 고압 분야는 종종 온도 변화와 동반되며, 이는 고무 재료의 성능 변화를 복잡하게 만든다.

고무 재료의 팽창 및 균열 또는 용해, 분해가 발생하여 기계적 성질이 감소하고 수명이 단축된다. FX: 다양한 고무 재료의 부식성 매체에 대한 성능은 크게 다르다.

방사선 환경: 고에너지 광선(감마선, X선 등)이 방사되어 고무 분자 사슬을 파괴하고, 교차 결합하며, 산화시켜 고무 재료의 화학 구조와 물리적 성질을 변화시키고, 경도를 증가시키며, 취성을 증가시키고, 강도를 감소시킨다.

극한 환경에서 사용되는 고무 재료.

다양한 극한 환경에 대한 해당 허용 오차를 가진 고무 재료를 사용하는 것도 중요합니다. 아래는 극한 환경에서 사용되는 가장 표준적인 고무 재료 몇 가지의 목록입니다:

플루오르 고무 (FKM) : 고온 저항, 오일 저항, 화학 부식 저항이 뛰어난 엘라스토머로, 고온 산성 및 다양한 유기 용매 환경에서 오랜 시간 사용할 수 있습니다. 주로 씰, 내열 튜브/부품 등을 생산하는 데 사용됩니다. 그러나 플루오르 고무의 저온 저항성은 좋지 않습니다.

실리콘 고무 (VMQ): 실리콘 고무는 우수한 고온 및 저온 저항, 전기 절연 및 산화 저항을 가지고 있으며, 60 °C에서 200 °C의 온도 범위에서도 좋은 탄성을 유지할 수 있습니다. 주로 고온 케이블 피복, 저온 씰 등을 제조하는 데 사용되었습니다. 그러나 실리콘 고무의 기계적 강도는 높지 않으며, 내마모성도 좋지 않습니다.

수소화 니트릴 부타디엔 고무 (HNBR): 수소화 니트릴 부타디엔 고무는 니트릴 부타디엔 고무를 기반으로 수소화되어, 열 저항성, 오일 저항성 및 오존 저항성이 크게 향상되었습니다. 자동차 엔진 씰, 오일 시추 장비 등을 제조하는 데 적용 가능합니다.

에틸렌 프로필렌 고무 (EPDM): 에틸렌 프로필렌 고무는 우수한 오존 저항성, 기상 저항성, 수분 저항성 및 화학적 부식 저항성을 가지고 있으며, 야외 고무 제품으로 제작될 수 있습니다. 그러나 오일과 일부 용매에 대해서는 저항성이 없습니다.

퍼플루오르 고무 (FFKM): 가장 우수한 고무 재료 중 하나로, 극한의 고온 저항성, 화학적 부식 저항성 및 용매 저항성을 가지고 있으며, 극도로 가혹한 환경에서 오랜 시간 사용할 수 있습니다. 가격이 비싸며, 신뢰성이 필요한 상황에 적합합니다.

도전적인 응용 분야에서 고무 부품 맞춤 제작: 중요한 설계 측면

고무 재료의 선택 외에도, 고무 부품이 이러한 환경에서 신뢰성 있게 작동할 수 있도록 합리적인 구조를 설계해야 합니다. 염두에 두어야 할 몇 가지 설계 고려 사항:

차이 곡선 좌표: 지지 좌표와 곡률 반경 좌표의 정확성을 보장하고, 고무 부품의 넓은 영역에서 응력 집중을 피하며, 둥근 모서리 전환을 사용하여 국부적인 응력 집중을 최소화하고 무기 고무 부품의 피로 수명 계수를 개선합니다.

변형 범위를 제어합니다: 고무 부품의 형태와 크기를 합리적으로 설계하고, 작업 과정에서 변형 범위를 제어하여, 늘어나거나 과도한 압축을 피하고, 서비스 수명을 연장합니다.

2 밀봉 구조 최적화: 다양한 밀봉 응용에 따라 적절한 밀봉 구조를 선택해야 하며, O-링, Y-링, 직사각형 링 등을 포함하여 밀봉 성능의 신뢰성을 보장해야 합니다. 그러나 온도 변화가 밀봉 크기에 미치는 영향을 고려해야 합니다.

고무 매체의 설계 과정에서 고무와 접촉 매체의 호환성을 충분히 고려하여 재료의 팽창, 균열 또는 인산화를 피하고 적절한 접촉 면적과 접촉 방식을 선택해야 합니다.

FEA 수행: 유한 요소 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 극한 환경에서 고무/부품의 응력 및 변형 분포를 시뮬레이션하고, David 엔지니어들이 구조 설계를 최적화하고 제품 신뢰성을 향상시키도록 돕습니다.

충분한 테스트 검증: 실제 적용 전에 충분한 테스트 검증이 수행되어야 하며, 여기에는 고온, 저온, 부식, 노화 및 기타 테스트가 포함되어 고무 부품이 설계 요구 사항과 신뢰성을 충족할 수 있음을 검증해야 한다.

결론

맞춤화 요구 사항은 고무 부품의 성능이 극한 환경에서 견딜 수 있어야 한다. 적절한 고무 재료를 선택하고 합리적인 구조 설계를 수행하는 것이 극한 환경에서 고무 부품의 안전하고 신뢰할 수 있는 작동을 보장하는 핵심이다. 앞으로는 새로운 재료가 점점 더 많이 등장하고 설계 방법이 개선될 것이며, 극한 환경을 위한 맞춤형 고무 부품이 더 많은 분야에 적용될 것이다. 동시에 극한 환경에서 고무 재료의 노화 메커니즘과 고장 모드를 추가로 연구하여 고무 부품의 설계 및 적용에 대한 이론적 지침을 제공해야 한다.