Customized Rubber Parts for Extreme Environments: Materials and Design Considerations |

Abstrak: Ang pagganap ng mga materyales na goma ay labis na hinahamon ng mga ekstremong kapaligiran tulad ng mataas na temperatura, mababang temperatura, mataas na presyon, kaagnasan at radyasyon. Ang pagpili ng materyal at disenyo ng estruktura ay kritikal sa paggawa ng mga pasadyang bahagi ng goma para sa paggamit sa mga ekstremong kapaligiran. Itinatampok ng artikulong ito ang sistematikong pagsusuri kung paano naaapektuhan ang mga katangian dahil sa ekstremong kapaligiran at ang pagpili ng mga materyales na goma na karaniwang ginagamit sa mga ekstremong kapaligiran, nagbibigay ng mga kaugnay na konsiderasyon para sa disenyo upang makagawa ng mga pasadyang bahagi ng goma, umaasang makapagbigay ng teoretikal na gabay at praktikal na sanggunian para sa aplikasyon ng mga bahagi ng goma sa mga ekstremong kapaligiran.

Mga Keyword: ekstremong kapaligiran, pasadyang produkto ng goma, mga katangian ng materyal, disenyo ng estruktura, pagiging maaasahan

Panimula

Mahusay na sealing, shock absorption, wear resistance at corrosion resistance, kaya ang mga custom rubber parts ay malawakang ginagamit sa aerospace, petrochemical, deep sea exploration, nuclear industry at iba pang mga larangan ng matinding kapaligiran. Ngunit ang mga matinding salik ng kapaligiran ay labis na nakakaapekto sa pagganap ng mga materyales na goma kaya ang mga bahagi ng goma ay madalas na nagkakaroon ng pagbagsak ng pagganap at kahit pagkabigo. Kaya, ang pagpili ng angkop na materyal na goma at pagpapatupad ng wastong disenyo ng estruktura ay ang solusyon upang gawing ligtas at maaasahan ang pagtakbo ng mga customized rubber parts sa mga matinding kapaligiran.

Pagkolekta ng data sa mga katangian ng materyal na goma mula sa isang biosafe na kapaligiran

Ang epekto ng matinding kapaligiran sa pagganap ng mga materyales na goma ay multi-level at kumplikado, pangunahing kinabibilangan ng mga sumusunod na aspeto:

Mataas na temperatura ng init: ang pangalawang pagsusuot ng goma mula sa mataas na temperatura ay nagpapabilis sa proseso ng pagtanda ng mga materyales na goma, na magdudulot ng pagtaas ng tigas, pagbaba ng lakas ng tensyon, pagbaba ng pag-uunat sa pagkabasag, at kahit na ang thermal decomposition ay nagdudulot ng permanenteng depekto. Sa kabilang banda, ang mataas na temperatura ay maaaring makasira sa pagganap ng compressive at paglaban sa pagsusuot ng mga materyales na goma.

Ito ay nangangahulugang napakababa ng temperatura ng kapaligiran: Ang mababang temperatura ay nagiging sanhi ng paglipat ng goma sa glass transition, at nawawalan ng kakayahang umunat, nagiging marupok at matigas, at ang lakas ng epekto ay bumabagsak nang husto. Ang labis na mababang temperatura ay maaaring magdulot ng pag-urong ng mga bahagi ng goma, at makakaapekto rin ito sa pagganap ng sealing, at kahit na magdulot ng pagkabigo.

Sa ilalim ng aksyon ng presyon, ang mga materyales na goma ay maaaring makaranas ng pag-compress ng volume, creep at stress relaxation, atbp. Sa itaas na dulo ng presyon, ang mga selyo ay maaaring mabigo — para sa mga selyo. Bukod dito, ang mataas na larangan ng presyon ay kadalasang sinasamahan ng pagbabago ng temperatura, na magpapalubha rin sa pagbabago ng pagganap ng mga materyales na goma.

Ang pamamaga at pag-crack ng mga materyales na goma o paglusaw, pagkabulok, na nagreresulta sa pagbawas ng mga mekanikal na katangian at pagpapahaba ng buhay. FX: Ang pagganap ng iba't ibang mga materyales na goma laban sa mga nakakapinsalang media ay lubos na nag-iiba.

Kapaligiran ng radyasyon: Ang mga mataas na enerhiya na sinag (gamma rays, X-rays, atbp.) ay nagradyasyon upang masira, mag-crosslink at mag-oxidize ng mga molekula ng goma, baguhin ang kemikal na istruktura at pisikal na katangian ng mga materyales na goma, at dagdagan ang tigas nito, dagdagan ang brittleness, at bawasan ang lakas.

Mga materyales na goma na ginamit sa matinding kapaligiran.

Mahalaga ring gumamit ng mga materyales na goma na may kaukulang tolerance sa iba't ibang matinding kapaligiran. Narito ang isang listahan ng ilan sa mga pinaka-karaniwang materyales na goma na ginagamit para sa matinding kapaligiran:

Fluorine rubber (FKM): pumili ng mataas na pagtutol sa temperatura, pagtutol sa langis, pagtutol sa kemikal na kaagnasan ng elastomer, maaaring gamitin sa mataas na temperatura ng acid base at iba't ibang kapaligiran ng organikong solvent sa mahabang panahon. Madalas itong ginagamit upang gumawa ng mga selyo, heat resistant tubes / bahagi, atbp. Ngunit ang pagtutol sa mababang temperatura ng fluorine rubber ay hindi maganda.

Silicone rubber (VMQ): Ang silicone rubber ay may mahusay na pagtutol sa mataas at mababang temperatura, electrical insulation at pagtutol sa oksidasyon, maaari pa ring mapanatili ang magandang elastic sa saklaw ng temperatura na 60 ° C hanggang 200 ° C. Dati itong ginagamit upang gumawa ng mataas na temperatura na cable sheath, mababang temperatura na mga selyo, atbp. Ngunit, ang mekanikal na lakas ng silicone rubber ay hindi mataas, at ang pagtutol sa pagsusuot ay hindi maganda.

Hydrogenated nitrile butadiene rubber (HNBR): Ang hydrogenated nitrile butadiene rubber ay hydrogenated batay sa nitrile butadiene rubber, ang resistensya nito sa init, resistensya sa langis at resistensya sa ozone ay lubos na pinabuti. Angkop para sa paggawa ng mga selyo ng makina ng sasakyan, kagamitan sa pagbabarena ng langis atbp.

Ethylene propylene rubber (EPDM): Ang ethylene propylene rubber ay may magandang resistensya sa ozone, resistensya sa panahon, resistensya sa tubig at resistensya sa kemikal na kaagnasan, at maaaring gawing mga produktong goma para sa labas. Ngunit hindi ito lumalaban sa langis at ilang mga solvent.

Perflurane rubber (FFKM): Isa sa mga pinaka mahusay na materyales na goma, na may matinding resistensya sa mataas na temperatura, resistensya sa kemikal na kaagnasan at resistensya sa solvent, maaaring gamitin sa napakahirap na kapaligiran sa mahabang panahon. Ang presyo nito ay mahal, at angkop ito para sa isang sitwasyon kung saan kinakailangan ang pagiging maaasahan.

Tailoring rubber components in challenging applications: Mahahalagang aspeto ng disenyo

Bukod sa pagpili ng materyal na goma, isang makatwirang estruktura ang dapat idisenyo upang matiyak na ang mga bahagi ng goma ay maaaring gumana nang maaasahan sa ganitong kapaligiran. Ilan sa mga konsiderasyon sa disenyo na dapat isaalang-alang:

Mga koordinado ng pagkakaiba ng kurba: Tiyakin ang katumpakan ng mga koordinado ng suporta at mga koordinado ng radius ng kurbada, iwasan ang konsentrasyon ng stress sa malalaking lugar ng mga bahagi ng goma, at gumamit ng mga bilog na sulok na paglipat upang mabawasan ang lokal na konsentrasyon ng stress at mapabuti ang coefficient ng buhay ng pagkapagod ng mga bahagi ng goma ng armas.

Ang saklaw ng depekto ay kinokontrol: Makatwirang disenyo ng hugis at sukat ng mga bahagi ng goma, kontrolin ang saklaw ng depekto sa proseso ng pagtatrabaho, iwasan ang pag-uunat o labis na compression, at pahabain ang buhay ng serbisyo.

2 I-optimize ang estruktura ng selyo: ayon sa iba't ibang aplikasyon ng selyo, dapat ay ang tamang estruktura ng selyo, tulad ng O-ring, Y-ring, rektanggulong singsing, atbp., upang matiyak ang pagiging maaasahan ng pagganap ng selyo. Gayunpaman, dapat isaalang-alang ang epekto ng pagbabago ng temperatura sa sukat ng selyo.

Sa proseso ng disenyo ng medium na goma, kinakailangan na lubos na isaalang-alang ang pagkakatugma ng goma sa contact medium upang maiwasan ang pamamaga, pag-crack o posporus ng materyal, at pumili ng angkop na lugar ng contact at paraan ng contact.

Isagawa ang FEA: Gamit ang finite element simulation software, i-simulate ang stress at strain distribution ng goma/parte sa matinding kapaligiran, tumutulong ang mga engineer ng David na i-optimize ang disenyo ng estruktura at pagbutihin ang pagiging maaasahan ng produkto.

Sapat na pagsubok na beripikasyon: Sapat na pagsubok na beripikasyon ang isasagawa bago ang praktikal na aplikasyon, kabilang ang mataas na temperatura, mababang temperatura, kaagnasan, pagtanda at iba pang mga pagsubok, upang beripikahin na ang mga bahagi ng goma ay makakatugon sa mga kinakailangan sa disenyo at pagiging maaasahan.

Kokwento

Ang mga kinakailangan sa pasadya ay dapat na ang pagganap ng isang bahagi ng goma ay makayanan ang mga matinding kapaligiran. Ito ang susi upang matiyak ang ligtas at maaasahang pagtatrabaho ng mga bahagi ng goma sa matinding kapaligiran sa pamamagitan ng pagpili ng angkop na mga materyales na goma at pagsasagawa ng makatwirang disenyo ng estruktura. Sa hinaharap, mas marami pang mga bagong materyales ang lilitaw at ang mga pamamaraan ng disenyo ay magpapabuti, ang mga pasadyang bahagi ng goma para sa matinding kapaligiran ay ilalapat sa mas maraming lugar. Kasabay nito, kinakailangan ding pag-aralan pa ang mekanismo ng pagtanda at paraan ng pagkasira ng mga materyales na goma sa matinding kapaligiran, upang magbigay ng teoretikal na gabay para sa disenyo at aplikasyon ng mga bahagi ng goma.