Prilagojeni gumeni deli za ekstremne okolice: materiali in oblikovalske razmisleke |

Povzetek: Učinkovitost gumijastih materialov je močno ogrožena zaradi ekstremnih okolij, kot so visoke temperature, nizke temperature, visoki pritiski, korozija in sevanje. Izbira materiala in strukturna zasnova sta ključnega pomena za proizvodnjo prilagojenih gumeni delov za uporabo v ekstremnih okoljih. Ta članek predstavi sistematično analizo, kako lastnosti vplivajo zaradi ekstremnega okolja in izbire gumijastih materialov, ki se običajno uporabljajo v ekstremnih okoljih, ter ponuja ustrezne razmisleke za zasnovo prilagojenih gumeni delov, v upanju, da bo zagotovil teoretično usmeritev in praktično referenco za uporabo gumeni delov v ekstremnih okoljih.

Ključne besede: ekstremno okolje, prilagojeni gumeni izdelki, lastnosti materialov, strukturna zasnova, zanesljivost

Uvod

Odlična tesnost, absorpcija udarcev, odpornost na obrabo in odpornost na korozijo, tako da so po meri izdelani gumijasti deli široko uporabljeni v letalstvu, petrokemiji, globokomorskem raziskovanju, jedrski industriji in drugih ekstremnih okoljskih področjih. Vendar ekstremni okoljski dejavniki močno vplivajo na zmogljivost gumijastih materialov, tako da gumijasti deli pogosto doživljajo degradacijo zmogljivosti in celo okvaro. Zato je izbira ustreznega gumijastega materiala in izvajanje ustreznega strukturnega oblikovanja rešitev za zagotavljanje varnega in zanesljivega delovanja po meri izdelanih gumijastih delov v ekstremnih okoljih.

Zbiranje podatkov o lastnostih gumijastega materiala iz biosafe okolja

Učinek ekstremnega okolja na zmogljivost gumijastih materialov je večstopenjski in kompleksen, predvsem vključuje naslednje vidike:

Visoka temperatura: sekundarna erozija gume pri visokih temperaturah pospešuje proces staranja gumijastih materialov, kar povzroči povečanje trdote, zmanjšanje natezne trdnosti, zmanjšanje raztezka pri prelomu in celo toplotno razgradnjo, kar vodi do trajne deformacije. Po drugi strani pa lahko visoka temperatura poslabša tlačno zmogljivost in odpornost proti obrabi gumijastih materialov.

To pomeni zelo nizko temperaturno okolje: Nizka temperatura povzroči, da gumijasti material preide v stekleno stanje, izgubi elastičnost, postane krhek in trd, ter se močno zmanjša udarna trdnost. Prekomerno nizka temperatura lahko povzroči krčenje gumijastih delov, prav tako pa bo vplivala na tesnilno zmogljivost in celo povzročila okvaro.

Pod delovanjem pritiska lahko gumijasti materiali doživijo volumensko stiskanje, plazenje in sproščanje napetosti itd. Na zgornjem koncu pritiska lahko tesnila odpovejo — za tesnila. Poleg tega je visoko tlakovno polje pogosto spremljano s spremembo temperature, kar bo prav tako zapletlo spremembo zmogljivosti gumijastih materialov.

Otekanje in razpokanje gumijastih materialov ali raztapljanje, razgradnja, kar povzroči zmanjšanje mehanskih lastnosti in skrajša življenjsko dobo. FX: Zmogljivost različnih gumijastih materialov proti korozivnim medijem se zelo razlikuje.

Sevanje okolje: Visokoenergetski žarki (gamma žarki, X-žarki itd.) se sevanje za razbitje, prečkanje in oksidacijo gumijastih molekularnih verig, spremenijo kemijsko strukturo in fizične lastnosti gumijastih materialov ter povečajo njihovo trdoto, povečajo krhkost in zmanjšajo trdnost.

Gumijasti materiali, uporabljeni v ekstremnem okolju.

Prav tako je pomembno uporabljati gumijaste materiale z ustreznimi tolerancami na različne ekstremne okolice. Spodaj je seznam nekaterih najbolj standardnih gumijastih materialov, ki se uporabljajo za ekstremne okolice:

Fluoroguma (FKM): izberite odpornost na visoke temperature, odpornost na olje, odpornost na kemično korozijo elastomera, lahko se uporablja v okolju z visoko temperaturo, kislinami in bazi ter različnimi organskimi topili za daljše časovno obdobje. Pogosto se uporablja za proizvodnjo tesnil, cevi / delov, odpornih na toploto itd. Vendar pa odpornost fluorogume na nizke temperature ni dobra.

Silikonska guma (VMQ): Silikonska guma ima odlično odpornost na visoke in nizke temperature, električno izolacijo in odpornost na oksidacijo, lahko še vedno ohranja dobro elastičnost v temperaturnem razponu od 60 ° C do 200 ° C. V preteklosti se je uporabljala za izdelavo plaščev visokotemperaturnih kablov, nizkotemperaturnih tesnil itd. Vendar pa mehanska trdnost silikonske gume ni visoka, odpornost na obrabo pa ni dobra.

Hidrogenirani nitril butadien guma (HNBR): Hidrogenirani nitril butadien guma je hidrogenirana na osnovi nitril butadien gume, njena odpornost na toploto, odpornost na olje in odpornost na ozon so močno izboljšane. Uporablja se za izdelavo tesnil motorjev avtomobilov, opreme za vrtanje nafte itd.

Etilen propilen guma (EPDM): Etilen propilen guma ima dobro odpornost na ozon, odpornost na vreme, odpornost na vodo in odpornost na kemično korozijo, ter se lahko izdeluje v zunanje gumene izdelke. Vendar ni odporna na olje in nekatere topila.

Perfluoranska guma (FFKM): Ena izmed najbolj odličnih gumijastih materialov, z izjemno odpornostjo na visoke temperature, odpornostjo na kemično korozijo in odpornostjo na topila, se lahko uporablja v izjemno zahtevnih okoljih za daljše časovno obdobje. Njena cena je visoka, in je primerna za situacije, kjer je potrebna zanesljivost.

Prilagajanje gumijastih komponent v zahtevnih aplikacijah: Kritični oblikovalski vidiki

Poleg izbire gumijastega materiala je treba zasnovati razumno strukturo, da se zagotovi zanesljivo delovanje gumijastih delov v takem okolju. Nekatere zasnove, ki jih je treba upoštevati:

Koordinate razlike krivulje: Zagotovite natančnost podpornih koordinat in koordinat radija ukrivljenosti, izogibajte se koncentraciji napetosti na velikih površinah gumijastih delov ter uporabite zaobljene prehode, da zmanjšate lokalno koncentracijo napetosti in izboljšate koeficient utrujenosti gumijastih delov orožja.

Območje deformacije je nadzorovano: Racionalna zasnova oblike in velikosti gumijastih delov, nadzorujte območje deformacije v delovnem procesu, izogibajte se raztezanju ali pretirani kompresiji ter podaljšajte življenjsko dobo.

2 Optimizirajte tesnilno strukturo: glede na različne aplikacije tesnjenja je treba izbrati pravo tesnilno strukturo, kot so O-obroči, Y-obroči, pravokotni obroči itd., da se zagotovi zanesljivost tesnilne zmogljivosti. Vendar pa je treba upoštevati vpliv spremembe temperature na velikost tesnila.

V procesu oblikovanja gumijastega medija je potrebno v celoti upoštevati združljivost gume s kontaktnim medijem, da se izognemo otekanju, razpokanju ali fosforju materiala, ter izbrati ustrezno kontaktno območje in način stika.

Izvedite FEA: S programsko opremo za simulacijo končnih elementov simulirajte napetost in deformacijo gume/komponent v ekstremnem okolju, inženirji David pomagajo optimizirati zasnovo strukture in izboljšati zanesljivost izdelka.

Zadostno preverjanje testov: Zadostno preverjanje testov se mora izvesti pred praktično uporabo, vključno z visokotemperaturnimi, nizkotemperaturnimi, korozijskimi, staranjem in drugimi testi, da se preveri, ali lahko gumijasti deli zadovoljijo zahteve oblikovanja in zanesljivost.

Zaključek

Prilagoditev zahteva, da zmogljivost gumijastega dela zmore prenesti ekstremne okolice. Ključnega pomena je zagotoviti varno in zanesljivo delovanje gumijastih delov v ekstremnih okoljih z izbiro primernih gumijastih materialov in izvedbo razumne strukturne zasnove. V prihodnosti bo vedno več novih materialov in izboljšanih metod oblikovanja, prilagojeni gumijasti deli za ekstremna okolja pa bodo uporabljeni na več področjih. Hkrati je potrebno nadalje raziskovati mehanizem staranja in način okvare gumijastih materialov v ekstremnih okoljih, da bi zagotovili teoretično usmeritev za oblikovanje in uporabo gumijastih delov.