Spersonalizowane części gumowe do ekstremalnych warunków: materiały i rozważania projektowe |

Streszczenie: Wydajność materiałów gumowych jest poważnie zagrożona przez ekstremalne warunki, takie jak wysoka temperatura, niska temperatura, wysokie ciśnienie, korozja i promieniowanie. Wybór materiału i projekt strukturalny są kluczowe dla produkcji niestandardowych części gumowych do użytku w ekstremalnych warunkach. Artykuł ten przedstawia systematyczną analizę wpływu ekstremalnych warunków na właściwości oraz wybór materiałów gumowych powszechnie stosowanych w ekstremalnych warunkach, dostarcza istotnych rozważań dotyczących projektowania niestandardowych części gumowych, mając nadzieję na dostarczenie teoretycznych wskazówek i praktycznych odniesień do zastosowania części gumowych w ekstremalnych warunkach.

Słowa kluczowe: ekstremalne warunki, niestandardowe produkty gumowe, właściwości materiałów, projekt strukturalny, niezawodność

Wstęp

Doskonałe uszczelnienie, absorpcja wstrząsów, odporność na zużycie i odporność na korozję, dzięki czemu niestandardowe części gumowe są szeroko stosowane w lotnictwie, petrochemii, eksploracji głębin morskich, przemyśle jądrowym i innych dziedzinach ekstremalnych. Jednak ekstremalne czynniki środowiskowe w dużym stopniu wpływają na wydajność materiałów gumowych, co powoduje, że części gumowe często mają degradację wydajności, a nawet awarie. Dlatego wybór odpowiedniego materiału gumowego i wdrożenie solidnego projektu strukturalnego jest rozwiązaniem, które pozwala na bezpieczne i niezawodne działanie niestandardowych części gumowych w ekstremalnych warunkach.

Zbieranie danych na temat właściwości materiału gumowego z biosafe środowiska

Wpływ ekstremalnego środowiska na wydajność materiałów gumowych jest wielopoziomowy i złożony, głównie obejmujący następujące aspekty:

Wysoka temperatura: wtórna erozja gumy spowodowana wysoką temperaturą przyspiesza proces starzenia się materiałów gumowych, co prowadzi do zwiększenia twardości, zmniejszenia wytrzymałości na rozciąganie, zmniejszenia wydłużenia przy zerwaniu, a nawet rozkładu termicznego, co prowadzi do trwałej deformacji. Z drugiej strony, wysoka temperatura może pogorszyć właściwości ściskania i odporność na zużycie materiałów gumowych.

To oznacza bardzo niską temperaturę: Niska temperatura powoduje, że materiał gumowy przechodzi w stan szklany, traci elastyczność, staje się kruchy i twardy, a wytrzymałość na uderzenia gwałtownie maleje. Zbyt niska temperatura może spowodować skurcz części gumowych, a także wpłynąć na właściwości uszczelniające, a nawet prowadzić do awarii.

Pod wpływem ciśnienia materiały gumowe mogą ulegać kompresji objętości, pełzaniu i relaksacji naprężeń itp. Na górnym końcu ciśnienia uszczelki mogą zawieść — dla uszczelek. Co więcej, pole wysokiego ciśnienia często towarzyszy zmianie temperatury, co również skomplikuje zmiany wydajności materiałów gumowych.

Pęcznienie i pękanie materiałów gumowych lub ich rozpuszczanie, rozkład, prowadzi do zmniejszenia właściwości mechanicznych i skrócenia żywotności. FX: Właściwości różnych materiałów gumowych w stosunku do mediów korozyjnych znacznie się różnią.

Środowisko promieniowania: Wysokoenergetyczne promienie (promienie gamma, promienie X itp.) są emitowane, aby łamać, sieciować i utleniać łańcuchy molekularne gumy, zmieniać strukturę chemiczną i właściwości fizyczne materiałów gumowych, zwiększać ich twardość, zwiększać kruchość i zmniejszać wytrzymałość.

Materiały gumowe stosowane w ekstremalnym środowisku.

Ważne jest również stosowanie materiałów gumowych o odpowiedniej tolerancji na różne ekstremalne warunki. Poniżej znajduje się lista kilku najstandardowych materiałów gumowych stosowanych w ekstremalnych warunkach:

Guma fluorowa (FKM): wybierz odporność na wysoką temperaturę, odporność na olej, odporność na korozję chemiczną elastomeru, może być stosowana w wysokotemperaturowym środowisku kwasowym i zasadowym oraz w różnych organicznych rozpuszczalnikach przez długi czas. Jest często używana do produkcji uszczelek, rur / części odpornych na ciepło itp. Jednak odporność na niską temperaturę gumy fluorowej nie jest dobra.

Guma silikonowa (VMQ): Guma silikonowa ma doskonałą odporność na wysokie i niskie temperatury, izolację elektryczną i odporność na utlenianie, może nadal utrzymywać dobrą elastyczność w zakresie temperatur od 60 ° C do 200 ° C. Kiedyś była używana do produkcji osłon kabli wysokotemperaturowych, uszczelek niskotemperaturowych itp. Jednak wytrzymałość mechaniczna gumy silikonowej nie jest wysoka, a odporność na zużycie nie jest dobra.

Wodorkowany kauczuk nitrylowy butadienowy (HNBR): Wodorkowany kauczuk nitrylowy butadienowy jest wodorkowany na bazie kauczuku nitrylowego butadienowego, jego odporność na ciepło, odporność na olej i odporność na ozon są znacznie poprawione. Stosowany do produkcji uszczelek silników samochodowych, sprzętu do wiercenia ropy itp.

Kauczuk etylenowo-propylenowy (EPDM): Kauczuk etylenowo-propylenowy ma dobrą odporność na ozon, odporność na warunki atmosferyczne, odporność na wodę i odporność na korozję chemiczną, i może być produkowany w formie produktów gumowych do użytku na zewnątrz. Ale nie jest odporny na olej i niektóre rozpuszczalniki.

Kauczuk perfluorowy (FFKM): Jeden z najlepszych materiałów gumowych, o ekstremalnej odporności na wysoką temperaturę, odporności na korozję chemiczną i odporności na rozpuszczalniki, może być używany w ekstremalnie trudnych warunkach przez długi czas. Jego cena jest wysoka, i jest odpowiedni do sytuacji, w której potrzebna jest niezawodność.

Dopasowywanie komponentów gumowych w trudnych zastosowaniach: Krytyczne aspekty projektowe

Oprócz wyboru materiału gumowego, należy zaprojektować rozsądna strukturę, aby zapewnić, że części gumowe mogą działać niezawodnie w takim środowisku. Należy pamiętać o kilku kwestiach projektowych:

Współrzędne krzywej różnicy: Zapewnij dokładność współrzędnych wsparcia i współrzędnych promienia krzywizny, unikaj koncentracji naprężeń w dużych obszarach części gumowych, a także stosuj zaokrąglone przejścia, aby zminimalizować lokalną koncentrację naprężeń i poprawić współczynnik żywotności zmęczeniowej gumowych części broni.

Zakres odkształcenia jest kontrolowany: Racjonalne zaprojektowanie kształtu i rozmiaru części gumowych, kontroluj zakres odkształcenia w procesie roboczym, unikaj rozciągania lub nadmiernego ściskania oraz wydłużaj żywotność.

2 Optymalizuj strukturę uszczelnienia: w zależności od różnych zastosowań uszczelniających, należy dobrać odpowiednią strukturę uszczelnienia, taką jak uszczelka O-ring, uszczelka Y-ring, uszczelka prostokątna itp., aby zapewnić niezawodność wydajności uszczelnienia. Należy jednak wziąć pod uwagę wpływ zmiany temperatury na rozmiar uszczelnienia.

W procesie projektowania medium gumowego, konieczne jest pełne uwzględnienie kompatybilności gumy z medium kontaktowym, aby uniknąć pęcznienia, pękania lub fosforu materiału, oraz wybrać odpowiedni obszar kontaktu i tryb kontaktu.

Wykonaj FEA: Za pomocą oprogramowania do symulacji metodą elementów skończonych, symuluj rozkład naprężeń i odkształceń gumy/części w ekstremalnym środowisku, inżynierowie Davida pomagają optymalizować projekt struktury i poprawiać niezawodność produktu.

Wystarczająca weryfikacja testów: Wystarczająca weryfikacja testów powinna być przeprowadzona przed praktycznym zastosowaniem, w tym testy w wysokiej temperaturze, niskiej temperaturze, odporności na korozję, starzenie i inne testy, aby zweryfikować, że części gumowe mogą spełniać wymagania projektowe i niezawodność.

Wnioski

Wymagania dotyczące dostosowania, aby wydajność części gumowej mogła wytrzymać w ekstremalnych warunkach. Kluczowe jest zapewnienie bezpiecznej i niezawodnej pracy części gumowych w ekstremalnym środowisku poprzez wybór odpowiednich materiałów gumowych i przeprowadzenie rozsądnego projektu strukturalnego. W przyszłości pojawi się coraz więcej nowych materiałów oraz poprawiających się metod projektowania, a dostosowane części gumowe do ekstremalnych warunków będą stosowane w coraz większej liczbie obszarów. Jednocześnie konieczne jest dalsze badanie mechanizmu starzenia i trybu awarii materiałów gumowych w ekstremalnym środowisku, aby zapewnić teoretyczne wskazówki dla projektowania i zastosowania części gumowych.