Peças de Borracha Personalizadas para Ambientes Extremos: Materiais e Considerações de Design |

Resumo: O desempenho dos materiais de borracha é severamente desafiado por ambientes extremos, tais como alta temperatura, baixa temperatura, alta pressão, corrosão e radiação. A escolha do material e o design estrutural são fundamentais para a fabricação de peças de borracha personalizadas para uso em ambientes extremos. Este artigo apresenta a análise sistemática de como as propriedades são afectadas devido ao ambiente extremo e a selecção dos materiais de borracha comumente utilizados nos ambientes extremos, fornece considerações relevantes para o projecto de peças de borracha personalizadas, na esperança de fornecer orientações teóricas e referência prática para a aplicação de peças

Palavras-chave: ambiente extremo, produtos de borracha personalizados, propriedades de materiais, design estrutural, confiabilidade

Introdução

Excelente vedação, absorção de choque, resistência ao desgaste e à corrosão, fazem com que peças de borracha personalizadas sejam amplamente utilizadas na aeroespacial, petroquímica, exploração oceânica profunda, indústria nuclear e outros campos de ambiente extremo. No entanto, fatores ambientais extremos afetam significativamente o desempenho dos materiais de borracha, causando degradação do desempenho e até falhas. Portanto, selecionar um material de borracha adequado e implementar um bom design estrutural é a solução para fazer com que as peças de borracha personalizadas operem de forma segura e confiável em ambientes extremos.

Coletando dados sobre as propriedades do material de borracha em um ambiente biosseguro

O efeito do ambiente extremo no desempenho dos materiais de borracha é multifacetado e complexo, incluindo principalmente os seguintes aspectos:

Calor de alta temperatura: a erosão secundária do borracha causada por altas temperaturas acelera o processo de envelhecimento dos materiais de borracha, o que pode causar aumento da dureza, redução da resistência à tração, diminuição da elongação à ruptura e, em alguns casos, decomposição térmica que leva a deformação permanente. Por outro lado, altas temperaturas podem piorar o desempenho compressivo e a resistência ao desgaste dos materiais de borracha.

Isso significa um ambiente de muito baixa temperatura: Temperaturas baixas fazem com que o material de borracha passe por transição vítrea, perdendo elasticidade, ficando frágil e duro, com uma queda abrupta na resistência ao impacto. Temperaturas excessivamente baixas podem causar a contração das peças de borracha, afetando também o desempenho de vedação e até levando ao fracasso.

Sob a ação da pressão, materiais de borracha podem sofrer compressão de volume, fluência e relaxação de tensão, entre outros. No limite superior da pressão, as juntas de vedação podem falhar — para vedação. Além disso, o campo de alta pressão geralmente está acompanhado por mudanças de temperatura, o que também complicará a alteração no desempenho dos materiais de borracha.

Inchaço e rachaduras nos materiais de borracha ou dissolução, decomposição, resultando em redução das propriedades mecânicas e encurtamento da vida útil. FX: O desempenho de vários materiais de borracha contra meios corrosivos varia muito.

Ambiente de radiação: Raios de alta energia (raios gama, raios X, etc.) irradiam para quebrar, reticularem e oxidarem as cadeias moleculares de borracha, alterando a estrutura química e as propriedades físicas dos materiais de borracha, aumentando sua dureza, aumentando a fragilidade e diminuindo a resistência.

Materiais de borracha usados em ambiente extremo.

Também é importante usar materiais de borracha com a tolerância correspondente a diferentes ambientes extremos. Abaixo está uma lista de alguns dos materiais de borracha mais padrão usados para ambientes extremos:

Borracha de flúor (FKM): selecione resistência a altas temperaturas, resistência a óleo e resistência à corrosão química do elastômero, que pode ser usado em um ambiente de alta temperatura com ácido-base e vários solventes orgânicos por longos períodos. É frequentemente usado para produzir selos, tubos resistentes ao calor / peças, etc. No entanto, a resistência a baixas temperaturas da borracha de flúor não é boa.

Borracha de silicone (VMQ): A borracha de silicone possui excelente resistência a altas e baixas temperaturas, isolamento elétrico e resistência à oxidação, podendo ainda manter boa elasticidade na faixa de temperatura de 60 °C a 200 °C. É usada para fabricar revestimentos de cabos de alta temperatura, selos para baixas temperaturas, etc. No entanto, a resistência mecânica da borracha de silicone não é alta, e sua resistência ao desgaste não é boa.

Borracha de butadieno acrilonitrila hidrogenada (HNBR): A borracha de butadieno acrilonitrila hidrogenada é hidrogenada com base na borracha de butadieno acrilonitrila, e sua resistência ao calor, resistência ao óleo e resistência à ozonação são grandemente melhoradas. Aplicável para fabricação de juntas de motor automotivo, equipamentos de perfuração de petróleo etc.

Borracha de etileno-propileno (EPDM): A borracha de etileno-propileno possui boa resistência à ozonação, resistência ao clima, resistência à água e resistência à corrosão química, e pode ser usada para fabricar produtos de borracha para uso externo. No entanto, ela não é resistente ao óleo e a alguns solventes.

Borracha perfluorana (FFKM): Uma das melhores matérias-primas de borracha, com excelente resistência a altas temperaturas, resistência à corrosão química e resistência a solventes, podendo ser utilizada em ambientes extremamente adversos por longos períodos. Seu preço é caro, e é adequada para situações onde se exige alta confiabilidade.

Confeccionando componentes de borracha em aplicações desafiadoras: Aspectos críticos de design

Além da seleção do material de borracha, deve-se projetar uma estrutura adequada para garantir que as peças de borracha possam funcionar de forma confiável nesse ambiente. Algumas considerações de design a ter em mente:

Coordenadas da curva de diferença: Garantir a precisão das coordenadas de suporte e das coordenadas do raio de curvatura, evitar concentração de tensão em grandes áreas das peças de borracha e utilizar transição com cantos arredondados para minimizar a concentração de tensão local e melhorar o coeficiente de vida útil das peças de borracha de armas.

O intervalo de deformação é controlado: Design racional da forma e dimensões das peças de borracha, controlando o intervalo de deformação durante o processo de trabalho, evitando alongamento ou compressão excessiva e prolongando a vida útil.

2 Otimizar a estrutura de vedação: de acordo com a aplicação de vedação diferente, deve-se escolher a estrutura de vedação adequada, como anel O, anel Y, anel retangular, etc., para garantir a confiabilidade do desempenho de vedação. No entanto, deve-se levar em consideração o efeito da variação de temperatura no tamanho da vedação.

No processo de design do meio borracha, é necessário considerar plenamente a compatibilidade da borracha com o meio de contato para evitar inchaço, rachaduras ou fosforização do material, e escolher a área de contato e o modo de contato apropriados.

Realizar FEA: Com o software de simulação por elementos finitos, simule a distribuição de tensão e deformação da borracha/parte no ambiente extremo, os engenheiros da David ajudam a otimizar o design estrutural e melhorar a confiabilidade do produto.

Verificação suficiente de teste: Deve-se realizar uma verificação suficiente de teste antes da aplicação prática, incluindo testes de alta temperatura, baixa temperatura, corrosão, envelhecimento e outros, para verificar que as peças de borracha podem satisfazer os requisitos de design e confiabilidade.

Conclusão

A demanda de customização exige que o desempenho de uma peça de borracha seja capaz de suportar ambientes extremos. A escolha de materiais de borracha adequados e a realização de um design estrutural razoável são fundamentais para garantir o funcionamento seguro e confiável das peças de borracha em ambiente extremo. No futuro, surgirão cada vez mais novos materiais e métodos de design serão aperfeiçoados, e as peças de borracha personalizadas para ambiente extremo serão aplicadas em mais áreas. Ao mesmo tempo, é necessário estudar ainda mais o mecanismo de envelhecimento e o modo de falha dos materiais de borracha em ambiente extremo, a fim de fornecer orientação teórica para o design e aplicação de peças de borracha.