Индивидуальные резинотехнические изделия для экстремальных условий: материалы и проектные соображения |

Аннотация: Производительность резинотехнических материалов серьезно испытывается экстремальными условиями, такими как высокая температура, низкая температура, высокое давление, коррозия и радиация. Выбор материала и конструктивное проектирование имеют решающее значение для производства индивидуальных резинотехнических изделий для использования в экстремальных условиях. В этой статье представлено систематическое исследование того, как свойства материалов изменяются из-за экстремальной среды, а также выбор резинотехнических материалов, обычно используемых в экстремальных условиях, предоставляются соответствующие соображения для проектирования индивидуальных резинотехнических изделий, надеясь предоставить теоретические рекомендации и практическую справку для применения резинотехнических изделий в экстремальных условиях.

Ключевые слова: экстремальная среда, индивидуальные резинотехнические изделия, свойства материалов, конструктивное проектирование, надежность

Введение

Отличная герметичность, амортизация, износостойкость и коррозионная стойкость, что позволяет использовать индивидуальные резинотехнические изделия в аэрокосмической, нефтехимической, глубоководной разведке, ядерной промышленности и других областях с экстремальными условиями. Но экстремальные факторы окружающей среды значительно влияют на характеристики резинотехнических материалов, что приводит к деградации их свойств и даже к отказам. Поэтому выбор подходящего резинотехнического материала и реализация грамотного структурного дизайна являются решением для обеспечения безопасной и надежной работы индивидуальных резинотехнических изделий в экстремальных условиях.

Сбор данных о свойствах резинотехнического материала из биобезопасной среды

Влияние экстремальной среды на характеристики резинотехнических материалов многоуровневое и сложное, в основном включает в себя следующие аспекты:

Высокая температура: вторичное разрушение резины от высокой температуры ускоряет процесс старения резинотехнических материалов, что приводит к увеличению жесткости, снижению прочности на растяжение, уменьшению удлинения при разрыве и даже термическому разложению, что приводит к постоянной деформации. С другой стороны, высокая температура может ухудшить сжимаемость и износостойкость резинотехнических материалов.

Это означает очень низкую температуру: Низкая температура вызывает стеклонаполненность резинового материала, и он теряет эластичность, становится хрупким и твердым, а ударная прочность резко снижается. Чрезмерно низкая температура может привести к усадке резинок, и это также повлияет на герметичность, и даже может привести к отказу.

Под действием давления резинотехнические материалы могут подвергаться объемной компрессии, ползучести и релаксации напряжений и т.д. На верхнем уровне давления уплотнения могут выйти из строя — для уплотнений. Более того, высокое давление часто сопровождается изменением температуры, что также усложняет изменение характеристик резинотехнических материалов.

Вздутие и растрескивание резинотехнических материалов или растворение, разложение, что приводит к снижению механических свойств и сокращению срока службы. FX: Характеристики различных резинотехнических материалов по отношению к коррозионным средам сильно различаются.

Радиационная среда: Высокоэнергетические лучи (гамма-лучи, рентгеновские лучи и т.д.) излучаются для разрушения, сшивания и окисления молекулярных цепей резины, изменяют химическую структуру и физические свойства резинотехнических материалов, увеличивают их жесткость, повышают хрупкость и снижают прочность.

Резинотехнические материалы, используемые в экстремальных условиях.

Также важно использовать резинотехнические материалы с соответствующей стойкостью к различным экстремальным условиям. Ниже приведен список некоторых из самых стандартных резинотехнических материалов, используемых в экстремальных условиях:

Фторопластовая резина (FKM): выбирайте резину с высокой температурной стойкостью, стойкостью к маслам, стойкостью к химической коррозии, может использоваться в условиях высокой температуры, кислотно-щелочной среды и различных органических растворителей в течение длительного времени. Часто используется для производства уплотнений, термостойких трубок / деталей и т. д. Но стойкость к низким температурам у фторопластовой резины не очень хорошая.

Силиконовая резина (VMQ): силиконовая резина обладает отличной стойкостью к высоким и низким температурам, электрической изоляцией и стойкостью к окислению, может сохранять хорошую эластичность в температурном диапазоне от 60 °C до 200 °C. Ранее использовалась для производства термостойких оболочек кабелей, низкотемпературных уплотнений и т. д. Но механическая прочность силиконовой резины не высокая, а стойкость к износу не хорошая.

Гидрогенизированный нитрильный бутадиеновый каучук (HNBR): Гидрогенизированный нитрильный бутадиеновый каучук гидрогенизируется на основе нитрильного бутадиенового каучука, его термостойкость, стойкость к маслам и озону значительно улучшены. Применяется для производства уплотнений автомобильных двигателей, оборудования для бурения нефти и т.д.

Этилен-пропиленовый каучук (EPDM): Этилен-пропиленовый каучук обладает хорошей стойкостью к озону, атмосферным воздействиям, водоотталкивающими свойствами и стойкостью к химической коррозии, и может быть изготовлен в виде резинотехнических изделий для наружного применения. Но он не устойчив к маслам и некоторым растворителям.

Перфлуорированный каучук (FFKM): Один из самых отличных резинотехнических материалов, с экстремально высокой термостойкостью, стойкостью к химической коррозии и растворителям, может использоваться в крайне жестких условиях в течение длительного времени. Его цена высокая, и он подходит для ситуаций, где требуется надежность.

Изготовление резинотехнических компонентов в сложных приложениях: Критические аспекты проектирования

Кроме выбора резинотехнического материала, необходимо разработать разумную структуру, чтобы гарантировать надежную работу резинотехнических изделий в таких условиях. Некоторые проектные соображения, которые следует учитывать:

Координаты кривой различия: Гарантировать точность координат опоры и координат радиуса кривизны, избегать концентрации напряжений на больших участках резинотехнических изделий и использовать закругленные углы для минимизации локальной концентрации напряжений и улучшения коэффициента усталостной прочности резинотехнических изделий для оружия.

Диапазон деформации контролируется: Рациональное проектирование формы и размера резинотехнических изделий, контроль диапазона деформации в процессе работы, избегать растяжения или чрезмерного сжатия и продлить срок службы.

2 Оптимизация уплотнительной структуры: в зависимости от различных уплотнительных приложений необходимо выбрать правильную уплотнительную структуру, такую как O-образное кольцо, Y-образное кольцо, прямоугольное кольцо и т.д., чтобы обеспечить надежность уплотнительных характеристик. Однако следует учитывать влияние изменения температуры на размер уплотнения.

В процессе проектирования резинотехнических средств необходимо полностью учитывать совместимость резины с контактной средой, чтобы избежать набухания, растрескивания или фосфоризации материала, и выбрать соответствующую контактную площадь и способ контакта.

Выполнение FEA: с помощью программного обеспечения для конечных элементов смоделируйте распределение напряжений и деформаций резины/деталей в экстремальных условиях, инженеры David помогут оптимизировать конструктивное проектирование и повысить надежность продукта.

Достаточная проверка тестов: Достаточная проверка тестов должна проводиться перед практическим применением, включая испытания на высокую температуру, низкую температуру, коррозию, старение и другие тесты, чтобы подтвердить, что резинотехнические изделия могут удовлетворять требованиям дизайна и надежности.

Заключение

Кастомизация требует, чтобы характеристики резинотехнического изделия могли выдерживать экстремальные условия. Ключевым моментом является обеспечение безопасной и надежной работы резинотехнических изделий в экстремальных условиях путем выбора подходящих резинотехнических материалов и проведения разумного структурного проектирования. В будущем будет появляться все больше новых материалов и улучшаться методы проектирования, кастомизированные резинотехнические изделия для экстремальных условий будут применяться в большем количестве областей. В то же время необходимо дальше изучать механизмы старения и режимы отказа резинотехнических материалов в экстремальных условиях, чтобы предоставить теоретические рекомендации для проектирования и применения резинотехнических изделий.