Tilpassede gummidel for ekstreme miljøer: Materialer og desigoverveksligheter |

Abstrakt: Ytelsen til gummimaterialer blir sterkt utfordret av ekstreme miljøer som høy temperatur, lav temperatur, høy trykk, korrosjon og stråling. Valg av material og strukturell design er kritisk for fremstillingen av tilpassede gummidel for bruk i ekstreme miljøer. Denne artikkelen presenterer en systematisk analyse av hvordan egenskapene påvirkes grunnet det ekstreme miljøet og valget av gummimaterialer som vanligvis brukes i ekstreme miljøer, gir relevante overvegelser for designet for å lage tilpassede gummidel, med håp om å gi teoretisk veiledning og praktisk referanse for anvendelsen av gummidel i ekstreme miljøer.

Nøkkelord: ekstremt miljø, tilpassede gummiprodukter, materialeegenskaper, strukturell design, pålitelighet

Innledning

Utmerket segling, dampfanging, motstand mot slitasje og korrupsjon, slik at tilpassede gummideliver brukes utvidet i rymfart, petrokjemisk industri, dyp havutforsking, kjernereaktorindustri og andre ekstreme miljøfelt. Men ekstreme miljøfaktorer påvirker sterkt gummimateriale ytelsesevne slik at gummideliver ofte har ytelsesnedgang og til og med feil. Så, å velge et passende gummimateriale og implementere en solid strukturell design er løsningen for å gjøre tilpassede gummideliver fungerer sikkert og pålitelig i ekstreme miljøer.

Samle data om egenskapene til gummimateriale fra et biosikkert miljø

Effekten av ekstreme miljøer på gummimaterialers ytelse er flerlaget og kompleks, hovedsaklig inkluderer følgende aspekter:

Høytemperaturvarme: den sekundære erosjonen av gummifra høy temperatur accelererer æringen av gummimaterialer, noe som vil føre til at hardheten øker, trekkfastheten vil nedgå, utstrekningen ved brudd vil nedgå, og selv termodelrasing fører til permanent deformasjon. På den andre siden kan høy temperatur forvervre kompressiv ytelse og slipmotstand i gummimaterialer.

Dette betyr en veldig lavtemperaturmiljø: Lav temperatur gjør at gummimaterialet går over i glasovergang, og mister elastisiteten, blir sprø og hard, og kraft under kraftnedgang minsker skarpt. For nedsatt temperatur kan det føre til at gummidelene trekkes sammen, og det vil også påvirke seglingsegenskapene, og kan endda føre til feil.

Under trykkets virkning kan gummimaterialer oppleve volumkomprimering, krypping og spenningerelaksasjon, etc. Ved det øvre endet av trykk, kan seglingsmaterialer feile — for seglinger. Dessuten, det høytrykkfeltet er ofte begleitet av temperaturendring, som også vil komplisere ytelsesendringene til gummimaterialer.

Svingning og spraking av gummimaterialer eller opløsning, nedbryting, fører til reduserte mekaniske egenskaper og forkortet levetid. FX: Ytelsen til ulike gummimaterialer mot korrosive medier varierer sterkt.

Strålingmiljø: De høyenergistrålene (gammastråler, røntgenstråler, etc.) stråles ut for å bryte, krysskoble og oksideres gummimolekylkjeder, endre den kjemiske strukturen og fysiske egenskapene til gummimaterialer, og øke hardheten, øke sprøhet, og redusere styrken.

Gummimaterialer brukt i ekstreme miljøer.

Det er også viktig å bruke gummimaterialer med tilsvarende toleranse for ulike ekstreme miljøer. Under er en liste over noen av de mest standardiserte gummimaterialene som brukes for ekstreme miljøer:

Fluor-rubber (FKM) : Velg høytemperaturresistens, oljeressistens, kjemisk korrosjonsresistens elastomer, kan brukes i høytemperaturmiljøer med sur stoff og en rekke organiske løsere over lengre tid. Den brukes ofte til å produsere segl, varmebestandige rør/deler, etc. Men lavtemperaturresistensen til fluor-rubber er ikke så god.

Silikonrubber (VMQ): Silikonrubber har fremragende høy- og lavtemperaturresistens, elektrisk isolasjon og oksidasjonsresistens, kan fortsatt bevare god elastisitet i temperaturintervallet fra 60 ° C til 200 ° C. Har tradisjonelt blitt brukt til å fremstille høytemperatkabeloverflater, lavtemperaturssegler, etc. Men, mekaniske styrken på silikonrubber er ikke høy, og det har dårlig trekkfasthet.

Hydrogenert nitrilbutadienelastomer (HNBR): Hydrogenert nitrilbutadienelastomer er hydrogenert på basis av nitrilbutadienelastomer, dens varmebeständighet, oljebeständighet og ozonbeständighet er sterkt forbedret. Egnet for fremstilling av motorsealer i bilindustrien, oljeboringsutstyr etc.

Etylenpropylenelastomer (EPDM): Etylenpropylenelastomer har gode egenskaper med hensyn på ozonbestånd, værbestånd, vannbestånd og bestandighet mot kjemisk korrosjon, og kan gjøres til utendørsrubberprodukter. Men det er ikke bestandig mot olje og noen løytere.

Perfluoran (FFKM): En av de beste rubbermaterialene, med ekstremt høy temperaturbestånd, kjemisk korrosjonsbestånd og løytebestånd, kan brukes i ekstreme miljøer i lengre tid. Prisen er høy, og det er mest passende for situasjoner der pålitelighet er nødvendig.

Tilpasning av rubberkomponenter i utfordrende anvendelser: Kritiske designaspekter

I tillegg til valget av gummimateriale må en rimelig struktur designes for å garantere at gummidelene kan fungere pålitelig i slik miljø. Noen designoverveiegelser å holde inne med:

Differansekurves koordinater: Garanter nøyaktigheten av støttekoordinater og kurvaturradiuskoordinater, unngå spenningskonsentrasjon i store områder av gummidelene, og bruk av runde hjørnoverganger for å minimere lokal spenningskonsentrasjon og forbedre utmatningslevetidskoeffisienten for våpenets gummideler.

Deformasjonsområdet er kontrollert: Rasjonell design av formen og størrelsen på gummidelene, kontroller deformasjonsområdet under arbeidsprosessen, unngå strekk eller overdreven komprimering, og forleng levetiden.

2 Optimer seglingstruktur: ifølge de ulike seglingsanvendelsene, bør det være den riktige seglingsstrukturen, som for eksempel O-ring, Y-ring, rektangulær ring, etc., slik at man kan sikre påliteligheten til seglingsprestasjonen. Man bør imidlertid ta hensyn til effekten av temperaturendring på størrelsen på seglingen.<br>

I designprosessen av gummimedium, må man fullt ut overveie kompatibiliteten mellom gommi og kontaktmedium for å unngå svelling, spraking eller fosforering av materialet, og velge den passende kontaktoberflaten og kontaktmåten.<br>

Utfør FEM: Med programvaren for endelig element simulering, simuler gummidelene/stress- og deformasjonsfordelingen i ekstreme miljøer, David ingeniører hjelper med å optimere struktdesignet og forbedre produktets pålitelighet.<br>

Tilstrekkelig testverifisering: Tilstrekkelig testverifisering skal gjennomføres før praktisk anvendelse, inkludert høytemperatur, lavtemperatur, korrosjon, æring og andre tester, for å verifisere at gummidelene kan tilfredsstille designkravene og påliteligheten.<br>

Konklusjon

Tilpassede krav som innebærer at ytelsen av et gummi komponent må klare ekstreme miljøer. Det er nøkkelen til å sikre trygg og pålitelig drift av gummikomponenter i ekstreme miljøer ved å velge egnet gummimateriale og utføre rimlig strukturell design. I fremtiden vil det komme flere og flere nye materialer og designmetoder blir bedre, tilpassede gummikomponenter for ekstreme miljøer vil bli brukt i flere områder. Samtidig trenger det mer studie av æringsmekanismen og feilmodusen til gummimaterialer i ekstreme miljøer, for å gi teoretisk veiledning for design og anvendelse av gummikomponenter.