Спеціалізовані резинові деталі для екстремальних умов: матеріали та аспекти дизайну |

Аннотация: Виконання гумових матеріалів сильно піддаються впливу таких екстремальних середовищ, як висока температура, низька температура, високий тиск, корозія та радіація. Вибір матеріалу та конструкція конструкції мають вирішальне значення для виробництва резинових деталей для використання в екстремальних умовах. У цій статті представлений систематичний аналіз того, як властивості впливають на екстремальні умови та вибір гумових матеріалів, що зазвичай використовуються в екстремальних умовах, надається відповідні міркування для розробки для створення індивідуальних гумових деталей, сподіваючись надати теоретичні вказівки та практичну посилання на застосування гу

Ключові слова: екстремальні умови, спеціалізовані резинові продукти, властивості матеріалу, конструкційний дизайн, надійність

Вступ

Відмінна герметизація, зменшення впливу шоку, висока стійкість до износу та корозії дозволяють спеціалізованим резиновим деталям широко використовуватися в галузях космічних технологій, петрохімії, глибинного дослідження океанів, ядерній промисловості та інших сферах екстремальних умов. Проте екстремальні фактори середовища значно впливають на властивості резинових матеріалів, що призводить до зниження їх продуктивності та навіть до виходу з ладу. Таким чином, вибір відповідного резинового матеріалу та реалізація добре продуманого конструкційного дизайну є рішенням для безпечного та надійного функціонування спеціалізованих резинових деталей в екстремальних умовах.

Збір даних про властивості резинового матеріалу з біозахищеної среди

Вплив екстремальних умов на властивості резинових матеріалів є багатослойним і складним, головним чином включаючи наступні аспекти:

Висока температура: вторинне зношення резини від високих температур прискорює процес старіння резинових матеріалів, що призводить до збільшення твердості, зменшення міцності на розтяг, зменшення довжини розтягування до розриву, а також термічна деструкція може призвести до постійного деформування. З іншого боку, висока температура може погіршити стисливі властивості і износостійкість резинових матеріалів.

Це означає дуже низькотемпературну середовищу: Низька температура призводить до склітування резинового матеріалу, втрачення еластичності, хрупкості та твердості, а також різко зменшує ударну міцність. Занадто низька температура може призвести до стиску резинових деталей, що також буде впливати на герметичні властивості, а навіть призводити до виходу з ладу.

Під дією тиску резинові матеріали можуть піддаватися об'ємному стисканню, ползінню і розтяженню стресу тощо. При максимальних значеннях тиску уплотнення можуть виходити з ладу — для уплотнень. Крім того, область високого тиску часто супроводжується зміною температури, що також складатиме зміну властивостей резинових матеріалів.

Набухання і тріщи резинових матеріалів або розчинення, розкладання, що призводить до зменшення механічних властивостей і скорочення терміну служби. Показник: Властивості різних резинових матеріалів проти корозійних середовищ варіюються значно.

Радіаційне середовище: Високоенергетичні промені (гамма-промені, рентгенівські промені тощо) випромінюють, щоб розривати, перехрестити і окислювати молекулярні ланки резини, змінюючи хімічну структуру і фізичні властивості резинових матеріалів, збільшуючи їх твердість, збільшуючи хрупкість і зменшуючи міцність.

Резинові матеріали, які використовуються в екстремальних умовах.

Також важливо використовувати резинові матеріали з відповідною толерантністю до різних екстремальних середовищ. Наведено список декількох найбільш стандартних резинових матеріалів, які використовуються для екстремальних умов:

Фторорubber (FKM): вибирається для високотемпературної стійкості, стійкості до olejiv, хімічної корозії elastomer, може використовуватися в середовищі високої температури кислот і багатьох органічних розчинників довго терміну. Часто використовується для виробництва герметиків, жаростійких труб/деталей тощо. Проте низькотемпературна стійкість фторорubber не є досить хорошою.

Силіконова резина (VMQ): Силіконова резина має відмінну високу і низьку температурну стійкість, електричну ізоляцію і оксидну стійкість, може залишатися добрим пружним у діапазоні температур від 60 °C до 200 °C. Використовується для виготовлення оболонок високотемпературних кабелів, низькотемпературних герметиків тощо. Проте механічна міцність силіконової резини не є високою, а її стійкість до изношу не є добра.

Гідрогенований нітрільний бутадієновий каучук (HNBR): Гідрогенований нітрільний бутадієновий каучук отримується на основі нітрільного бутадієнового каучуку, його теплостійкість, маслостійкість та озоностійкість значно покращуються. Використовується для виготовлення герметиків для автотранспортних двигунів, обладнання для добычи нафти тощо.

Етилен-пропиленовий каучук (EPDM): Етилен-пропиленовий каучук має хорошу стійкість до озону, погодних умов, води та хімічної корозії, і з нього можна виготовляти резинові вироби для вуличного використання. Але він не стійкий до масел та деяких розчинників.

Перфторкаучук (FFKM): Одним із найкращих матеріалів серед каучуків, має екстремальну високотемпературну стійкість, хімічну корозійну стійкість та стійкість до розчинників, може використовуватися в екстремальних умовах протягом довгого часу. Його ціна висока, і він підходить для ситуацій, де потрібна надійність.

Виготовлення резинових деталей в складних застосуваннях: Критичні аспекти дизайну

Окрім вибору резинового матеріалу, необхідно проектувати раціональну структуру, щоб забезпечити надійну роботу резинових деталей у такому середовищі. Деякі елементи проектування, які слід враховувати:

Різниця координат кривої: Забезпечте точність координат опор та радіуса кривизни, уникайте концентрації напружень на великих площах резинових деталей і використовуйте закруглені переходи, щоб мінімізувати локальну концентрацію напружень та покращити коефіцієнт тривалості роботи резинових деталей зброї.

Контроль діапазону деформації: Раціональне проектування форми та розмірів резинових деталей, контролюйте діапазон деформації під час роботи, уникайте розтягування або чрезмірного стиску, щоб продовжити термін служби.

Оптимізація конструкції уплотнення: в залежності від типу застосування уплотнення необхідно вибирати правильну конструкцію, таку як O-кілце, Y-кілце, прямокутне кілце тощо, щоб забезпечити надійність уплотнювальних характеристик. При цьому слід враховувати вплив зміни температури на розміри уплотнення.

При проектуванні середовища із резини необхідно повністю враховувати сумісність резини з дотичним середовищем, щоб уникнути набухання, тріщин або фосфору матеріалу, і вибирати відповідну площу контакту та спосіб контакту.

Виконання ФЕА: За допомогою програмного забезпечення для симуляції скінченно-елементного методу симулюється розподіл напружень і деформацій резини/деталей у екстремальних умовах, інженери David допомагають оптимізувати конструкційний дизайн та підвищити надійність продукту.

Достатня перевірка тестування: Необхідно провести достатню перевірку тестування перед практичним застосуванням, включаючи високотемпературні, низькотемпературні, корозійні, старінні та інші тести, щоб підтвердити, що резинові деталі відповідають проектним вимогам та надійності.

Висновок

Вимоги до налаштовування передбачають, що виконання резинової деталі має витримувати екстремальні умови. Вибір придатних резинових матеріалів та проведення раціонального конструкційного дизайну є ключем для забезпечення безпечного та надійного функціонування резинових деталей в екстремальних умовах. У майбутньому буде з'являтися все більше нових матеріалів та покращуватися методи дизайну, і спеціально налаштовані резинові деталі для екстремальних умов будуть застосовуватися в більш широких галузях. При цьому необхідно далі досліджувати механізми старіння та режими викинення резинових матеріалів в екстремальних умовах, щоб надати теоретичне керівництво для дизайну та застосування резинових деталей.