Prispôsobené gumové diely pre extrémne prostredia: Materiály a dizajnové úvahy |

Abstrakt: Výkon gumových materiálov je vážne ohrozený extrémnymi prostrediami, ako sú vysoké teploty, nízke teploty, vysoký tlak, korózia a žiarenie. Výber materiálu a konštrukčný dizajn sú kľúčové pre výrobu prispôsobených gumových dielov na použitie v extrémnych prostrediach. Tento článok predkladá systematickú analýzu toho, ako sú vlastnosti ovplyvnené extrémnym prostredím a výberom gumových materiálov bežne používaných v extrémnych prostrediach, poskytuje relevantné úvahy pre dizajn na výrobu prispôsobených gumových dielov, s nádejou poskytnúť teoretické usmernenie a praktickú referenciu pre aplikáciu gumových dielov v extrémnych prostrediach.

Kľúčové slová: extrémne prostredie, prispôsobené gumové produkty, vlastnosti materiálov, konštrukčný dizajn, spoľahlivosť

Úvod

Vynikajúce tesnenie, absorpcia nárazov, odolnosť proti opotrebeniu a odolnosť proti korózii, takže prispôsobené gumové diely sú široko používané v letectve, petrochemickom priemysle, hĺbkovom prieskume mora, jadrovom priemysle a iných oblastiach extrémneho prostredia. Ale extrémne environmentálne faktory výrazne ovplyvňujú výkon gumových materiálov, takže gumové diely často vykazujú degradáciu výkonu a dokonca zlyhanie. Preto je výber vhodného gumového materiálu a implementácia správneho konštrukčného dizajnu riešením, ako zabezpečiť, aby prispôsobené gumové diely fungovali bezpečne a spoľahlivo v extrémnych podmienkach.

Zber údajov o vlastnostiach gumového materiálu z biosafe prostredia

Vplyv extrémneho prostredia na výkon gumových materiálov je viacúrovňový a komplexný, hlavne zahŕňa nasledujúce aspekty:

Vysoká teplota: sekundárna erózia gumy z vysokých teplôt urýchľuje proces starnutia gumových materiálov, čo spôsobí zvýšenie tvrdosti, zníženie ťahovej pevnosti, zníženie predĺženia pri zlomení a dokonca aj tepelnú dekompozíciu, ktorá vedie k trvalej deformácii. Na druhej strane, vysoká teplota môže zhoršiť kompresný výkon a odolnosť proti opotrebeniu gumových materiálov.

To znamená veľmi nízke teplotné prostredie: Nízka teplota spôsobuje, že gumový materiál prechádza sklenenou prechodovou fázou, stráca elasticitu, stáva sa krehkým a tvrdým, a nárazová pevnosť sa prudko znižuje. Nadmerne nízka teplota môže spôsobiť zmršťovanie gumových častí, a tiež to ovplyvní tesniaci výkon, a dokonca môže viesť k zlyhaniu.

Pod pôsobením tlaku môžu gumové materiály podliehať objemovej kompresii, creep a relaxácii napätia atď. Na hornom konci tlaku môžu tesnenia zlyhať — pre tesnenia. Navyše, vysokotlakové pole je často sprevádzané zmenou teploty, čo tiež skomplikuje zmenu výkonu gumových materiálov.

Opuch a praskanie gumových materiálov alebo ich rozpúšťanie, rozklad, čo vedie k zníženiu mechanických vlastností a skráteniu životnosti. FX: Výkon rôznych gumových materiálov voči korozívnym médiám sa veľmi líši.

Rádiové prostredie: Vysokoenergetické lúče (gamma lúče, röntgenové lúče atď.) sú vyžarované na roztrhnutie, krížové prepojenie a oxidáciu molekulárnych reťazcov gumy, menia chemickú štruktúru a fyzikálne vlastnosti gumových materiálov, zvyšujú ich tvrdosť, zvyšujú krehkosť a znižujú pevnosť.

Gumové materiály používané v extrémnom prostredí.

Je tiež dôležité používať gumové materiály s príslušnou toleranciou na rôzne extrémne prostredia. Nižšie je uvedený zoznam niektorých z najštandardnejších gumových materiálov používaných pre extrémne prostredia:

Fluórová guma (FKM): vyberte si odolnosť voči vysokým teplotám, odolnosť voči olejom, odolnosť voči chemickej korózii elastoméru, môže sa používať v prostredí s vysokou teplotou, kyselinami a rôznymi organickými rozpúšťadlami po dlhú dobu. Často sa používa na výrobu tesnení, tepelne odolných rúr / dielov atď. Ale odolnosť voči nízkym teplotám fluórovej gumy nie je dobrá.

Silikónová guma (VMQ): Silikónová guma má vynikajúcu odolnosť voči vysokým a nízkym teplotám, elektrickú izoláciu a odolnosť voči oxidácii, môže si stále udržať dobrú elasticitu v teplotnom rozsahu od 60 ° C do 200 ° C. Používala sa na výrobu plášťa vysokoteplotných káblov, nízkoteplotných tesnení atď. Ale mechanická pevnosť silikónovej gumy nie je vysoká a odolnosť voči opotrebeniu nie je dobrá.

Hydrogenovaný nitril butadiénový kaučuk (HNBR): Hydrogenovaný nitril butadiénový kaučuk je hydrogenovaný na základe nitril butadiénového kaučuku, jeho odolnosť voči teplu, olejom a ozónu je výrazne zlepšená. Použiteľný na výrobu tesnení motorov automobilov, zariadení na vŕtanie oleja atď.

Etylén-propylénový kaučuk (EPDM): Etylén-propylénový kaučuk má dobrú odolnosť voči ozónu, odolnosť voči poveternostným podmienkam, odolnosť voči vode a odolnosť voči chemickej korózii, a môže byť vyrobený na vonkajšie gumové výrobky. Ale nie je odolný voči olejom a niektorým rozpúšťadlám.

Perfluorovaný kaučuk (FFKM): Jeden z najvynikajúcejších gumových materiálov, s extrémne vysokou odolnosťou voči teplu, odolnosťou voči chemickej korózii a odolnosťou voči rozpúšťadlám, môže byť použitý v extrémne náročnom prostredí na dlhú dobu. Jeho cena je vysoká a je vhodný pre situácie, kde je potrebná spoľahlivosť.

Prispôsobenie gumových komponentov v náročných aplikáciách: Kritické aspekty dizajnu

Okrem výberu gumového materiálu je potrebné navrhnúť rozumnú štruktúru, aby sa zabezpečilo, že gumové časti môžu spoľahlivo fungovať v takom prostredí. Niektoré dizajnové úvahy, ktoré treba mať na pamäti:

Rozdielové krivkové súradnice: Zabezpečiť presnosť podporných súradníc a súradníc polomeru zakrivenia, vyhnúť sa koncentrácii napätia vo veľkých oblastiach gumových častí a použiť zaoblené rohy na prechod, aby sa minimalizovala lokálna koncentrácia napätia a zlepšil sa koeficient únavovej životnosti gumových častí zbraní.

Rozsah deformácie je kontrolovaný: Racionálny dizajn tvaru a veľkosti gumových častí, kontrola rozsahu deformácie v pracovnom procese, vyhnúť sa natiahnutiu alebo nadmernému stlačeniu a predĺžiť životnosť.

2 Optimalizovať tesniacu štruktúru: podľa rôznych tesniacich aplikácií by mala byť zvolená správna tesniaca štruktúra, ako O-krúžok, Y-krúžok, obdĺžnikový krúžok atď., aby sa zabezpečila spoľahlivosť tesniaceho výkonu. Je však potrebné zohľadniť vplyv zmeny teploty na veľkosť tesnenia.

V procese návrhu gumového média je potrebné plne zvážiť kompatibilitu gumy s kontaktným médiom, aby sa predišlo opuchu, praskaniu alebo fosforu materiálu, a zvoliť vhodnú kontaktnú plochu a spôsob kontaktu.

Vykonať FEA: S pomocou softvéru na simuláciu konečných prvkov simulovať rozloženie napätia a deformácie gumy/častí v extrémnom prostredí, inžinieri David pomáhajú optimalizovať návrh štruktúry a zlepšiť spoľahlivosť produktu.

Dostatočné overenie testov: Dostatočné overenie testov sa musí vykonať pred praktickou aplikáciou, vrátane testov pri vysokých teplotách, nízkych teplotách, korózii, starnutí a iných testoch, aby sa overilo, že gumové diely môžu splniť požiadavky na dizajn a spoľahlivosť.

Záver

Prispôsobenie si vyžaduje, aby výkon gumového dielu bol schopný odolávať extrémnym podmienkam. Kľúčom je zabezpečiť bezpečnú a spoľahlivú funkciu gumových dielov v extrémnom prostredí výberom vhodných gumových materiálov a vykonaním rozumného konštrukčného dizajnu. V budúcnosti sa objaví čoraz viac nových materiálov a zlepšia sa dizajnové metódy, prispôsobené gumové diely pre extrémne prostredie sa budú uplatňovať v čoraz väčšej miere. Zároveň je potrebné ďalej skúmať mechanizmus starnutia a režim zlyhania gumových materiálov v extrémnom prostredí, aby sa poskytlo teoretické usmernenie pre dizajn a aplikáciu gumových dielov.