Părți din cauciuc personalizate pentru medii extreme: Materiale și considerente de proiectare |

Rezumat: Performanța materialelor din cauciuc este sever încercată de medii extreme precum temperaturi ridicate, temperaturi scăzute, presiuni mari, coroziune și radiație. Alegerea materialelor și designul structural sunt cruciale pentru fabricarea pieselor personalizate din cauciuc destinate utilizării în medii extreme. Acest articol prezintă o analiză sistematică a modului în care proprietățile sunt afectate din cauza mediilor extreme și selecția materialelor din cauciuc comunmente utilizate în aceste medii extreme, oferă considerente relevante pentru designul pieselor personalizate din cauciuc, sperând să ofere un ghid teoretic și o referință practică pentru aplicarea pieselor din cauciuc în medii extreme.<br>

Cuvinte cheie: mediu extrem, produse din cauciuc personalizate, proprietăți ale materialelor, design structural, fiabilitate

Introducere

Sigilătura excelentă, absorbția de şoc, rezistenţa la uzură și rezistenţa la coroziune, astfel încât piesele din cauciuc personalizate sunt folosite pe scară largă în domeniile spațiale, petrochimice, explorarea mărilor adânci, industria nucleară și alte câmpuri cu medii extreme. Dar factorii de mediu extrem afectează în mare măsură performanța materialelor din cauciuc, astfel încât piesele din cauciuc au adesea degradarea performanței și chiar eșecul. Prin urmare, selectarea unui material de cauciuc potrivit și implementarea unei proiectări structurale solide reprezintă soluția pentru a face ca piesele personalizate din cauciuc să funcționeze în mod sigur și fiabil în medii extreme.

Colectarea datelor despre proprietățile materialelor din cauciuc dintr-un mediu biosigur

Efectul mediului extrem asupra performanței materialelor din cauciuc este multinivel și complex, incluzând în principal următoarele aspecte:

Căldura la temperaturi ridicate: eroziunea secundară a cauciucului cauzată de temperatura ridicată accelerează procesul de îmbătrânire al materialelor din cauciuc, ceea ce va determina creșterea greutății, scăderea rezistenței la tracțiune, scăderea elongației la ruptură și chiar descompunerea termică care duce la deformare permanentă. Pe de altă parte, temperatura ridicată poate deterioara performanța compresivă și rezistența la uzurie a materialelor din cauciuc.

Acest lucru se referă la medii cu temperaturi foarte scăzute: Temperatura scăzută face ca materialul din cauciuc să treacă prin tranziția sticlouă, să piardă elasticitatea, să devină fragil și greu, iar rezistența la impact scade brusc. Temperatura prea scăzută poate provoca retrasarea pieselor din cauciuc și va afecta, de asemenea, performanța de sigilit, chiar ducând la eșec.

Sub acțiunea presiunii, materialele din cauciuc pot suferi compresiune a volumului, deformare ireversibilă și relaxarea stresului, etc. La capătul superior al presiunii, închiderile hermetice pot eșua — pentru închiderile hermetice. Mai mult, câmpul de mare presiune este adesea însoțit de schimbări de temperatură, care vor, de asemenea, complifica schimbările performanței materialelor din cauciuc.

Îmbibarea și crapezarea materialelor din cauciuc sau solubilizarea, descompunerea, cu rezultatele unei reduceri a proprietăților mecanice și a scurtării perioadei de viață. FX: Performanța diferitelor materiale din cauciuc împotriva mediilor corozive variază foarte mult.

Mediu de radiație: Razele cu energie ridicată (raze gamma, raze X, etc.) sunt emise pentru a provoca ruptura, legarea cruciată și oxidarea lanțurilor moleculare de cauciuc, modificarea structurii chimice și a proprietăților fizice ale materialelor din cauciuc, creșterea dureței lor, creșterea fragilității și scăderea rezistenței.

Materiale din cauciuc folosite în medii extreme.

Este, de asemenea, important să se folosească materiale din cauciuc cu toleranțe corespunzătoare la diferite medii extreme. Iată o listă cu câteva dintre cele mai standard materiale din cauciuc utilizate pentru medii extreme:

Cauțiuc fluorat (FKM) : selectează rezistența la temperaturi ridicate, rezistența la uleiuri, rezistența la coroziune chimică a elastomerului, poate fi utilizat în mediu cu temperaturi ridicate acide și bazice și într-o varietate de medii cu solvenți organici pe termen lung. Este folosit frecvent pentru producerea de inchideri, tuburi rezistente la căldură / părți, etc. Dar rezistența la temperaturi scăzute a cauciucului fluorat nu este bună.

Cauțiuc de silicon (VMQ): Cauțiucul de silicon are o excelentă rezistență la temperaturi ridicate și scăzute, izolație electrică și rezistență la oxidare, putând menține o elasticitate bună în intervalul de temperaturi de la 60 ° C la 200 ° C. A fost folosit pentru a produce protecții pentru cabluri la temperaturi ridicate, inchideri la temperaturi scăzute, etc. Cu toate acestea, rezistența mecanică a cauciucului de silicon nu este mare, iar rezistența la uzură nu este bună.

Gumă de butadien nitril hidrogenată (HNBR): Gumă de butadien nitril hidrogenată este hidrogenată pe baza gumei de butadien nitril, rezistența sa la căldură, ulei și ozon sunt îmbunătățite considerabil. Se aplică pentru producerea de închideri pentru motoarele automobilelor, echipamente pentru forajare cu ulei etc.

Gumă de etilen propilen (EPDM): Gumă de etilen propilen are o bună rezistență la ozon, vreme, apă și coroziune chimică, și poate fi fabricată în produse din cauciuc pentru uz extern. Dar nu este rezistentă la ulei și unele solvenți.

Gumă de perfluoran (FFKM): Una dintre cele mai excelente materiale de gumă, cu o rezistență extrem de ridicată la temperaturi mari, coroziune chimică și rezistență la solvenți, poate fi utilizată într-un mediu extrem de greu pentru o perioadă lungă de timp. Prețul său este scump, și este potrivită pentru situații în care este necesară fiabilitatea.

Modelarea componentelor din cauciuc în aplicații provocatoare: Aspecte critice ale designului

Pe lângă selecția materialului de cauciuc, trebuie proiectată o structură rezonabilă pentru a garanta că piesele din cauciuc pot funcționa cu fiabilitate în acest mediu. Unele considerente de proiectare de ținut minte:

Diferența coordonatelor curbei: Garantează acuratețea coordonatelor de susținere și a coordonatelor razei de curbura, evită concentrarea stresului pe suprafețe mari ale pieselor din cauciuc și folosește tranziție cu colțuri rotunjite pentru a minimiza concentrarea locală a stresului și a îmbunătăți coeficientul de viață fatigă a pieselor din cauciuc ale armamentului.

Intervalul de deformare este controlat: Proiectarea rațională a formei și dimensiunilor pieselor din cauciuc, controlul intervalului de deformare în procesul de lucru, evitarea întinderea sau compresiunea excesivă și prelungirea perioadei de servire.

2 Optimizează structura de sigiliere: în funcție de diferitele aplicații de sigiliere, trebuie să fie structura de sigiliere potrivită, cum ar fi inelul O, inelul Y, inelul dreptunghiular, etc., pentru a garanta fiabilitatea performanței de sigiliere. Totuși, ar trebui să se ia în considerare efectul schimbărilor de temperatură asupra dimensiunii sigiliturii.<br>

În procesul de proiectare al mediului din guma, este necesar să se ia în considerare pe deplin compatibilitatea gumei cu mediu de contact pentru a evita umflarea, ruperea sau fosforizarea materialului, și să se aleagă suprafața de contact și modul de contact potrivit.<br>

Execută FEA: Cu ajutorul software-ului de simulare prin elemente finite, simulează distribuția stresului și deformării a gumei/părților în mediu extrem, inginerii David ajută la optimizarea designului structural și la îmbunătățirea fiabilității produsului.

Verificare suficientă a testelor: Verificarea suficientă a testelor trebuie să fie efectuată înainte de aplicarea practică, inclusiv teste de temperaturi ridicate, temperaturi scăzute, coroziune, îmbătrânire și alte teste, pentru a verifica că piesele din cauciuc pot satisface cerințele de design și fiabilitate.<br>

Concluzie

Cerințe de personalizare care necesită ca performanța unei piese din cauciuc să poată rezista în condiții extreme. Este esențial pentru asigurarea funcționării sigure și fiabile a pieselor din cauciuc în condiții extreme prin selectarea unor materiale de cauciuc potrivite și efectuarea unui design structural rezonabil. În viitor, vor apărea din ce în ce mai multe materiale noi și metode de design vor fi îmbunătățite, piesele personalizate de cauciuc pentru condiții extreme vor fi aplicate în domenii din ce în ce mai largi. În același timp, este nevoie de studii suplimentare privind mecanismul de îmbătrânire și modul de eșec al materialelor de cauciuc în condiții extreme, pentru a oferi orientare teoretică pentru designul și aplicarea pieselor de cauciuc.