엘라스토머 부품의 크리프 및 응력 완화 최소화

제조 재료의 세계에서 엘라스토머는 약한 분자간 힘을 특징으로 하는 폴리머입니다. 이 약점은 재료가 외력을 받으면 모양이 변하고 더 이상 힘이 가해지지 않으면 원래 형태로 돌아갈 수 있다는 점에서 유용합니다. 이러한 특성 때문에 엘라스토머는 사출 성형 또는 3D 프린팅을 사용할 때 다양한 종류의 씰, 개스킷 및 스프링 생산에 이상적입니다.

씰 또는 개스킷으로 기능하는 엘라스토머로 만든 부품은 힘이 가해지면 모양이 바뀝니다. 압력이 가해짐에 따라 인접한 부품 사이의 틈이나 요철을 채우고 가스나 액체가 새지 않도록 합니다. 고무 밴드는 인장력을 받는 엘라스토머의 친숙한 예입니다. 다른 하나는 휴대전화 케이스의 부드러운 플라스틱 범퍼로, 떨어뜨리거나 타격하는 압축력을 받으면 변형되어 충격으로부터 휴대전화를 보호한 다음 "자유로운" 상태 또는 스트레스가 없는 상태로 돌아갑니다. 압축 및 인장 스프링 응용 분야 모두에서 엘라스토머로 만든 부품은 금속으로 만든 코일 또는 리프 스프링과 매우 유사하게 작동합니다.

엘라스토머는 다양한 종류의 씰, 개스킷 및 스프링에 이상적이지만 엘라스토머 부품이 크리프될 수 있음을 주의하십시오. 그리고 스트레스 해소.

엘라스토머 부품은 정적 또는 동적 응용 분야에서 사용할 수 있습니다. 더스트 씰 또는 정렬 보조 장치로 사용되는 O-링은 일반적으로 조립이 완료되면 O-링이나 인접 부품이 움직이지 않는다는 점에서 정적 애플리케이션입니다.

예를 들어 압력솥의 뚜껑 밀봉과 같은 동적 적용에서 엘라스토머는 정상적인 사용 중에 반복적으로 압축 및 해제됩니다. 훨씬 더 극단적인 경우, 러닝화의 엘라스토머 밑창은 매 걸음마다 압축되었다가 풀립니다. 이러한 부품의 수명은 다양하지만 모두 크립의 영향을 받습니다.

크립:복구가 완벽하지 않을 때

명확하지 않을 수 있지만 엘라스토머 부품은 점차 탄성을 잃고 스트레스를 받지 않은 상태로 돌아가지(또는 되돌리려고 시도하지) 못합니다. 이 점진적인 탄성 손실인 크리프는 부품을 처음 사용할 때부터 시작되어 수명이 다할 때까지 계속될 수 있습니다.

친숙한 예는 풀었을 때 원래 치수를 완전히 회복하지 못하는 고무 밴드입니다. 이것은 기계적 응력으로 인한 크리프이지만 크리프가 발생할 수 있는 유일한 방법은 아닙니다. 다락방의 오래된 신발 상자에 있는 사진 더미에서 찾은 고무줄을 생각해 보십시오. 단순한 나이와 환경에 대한 노출로 인해 절름발이가 되었습니다. 만지면 부서질 수도 있습니다.

이러한 탄력성 상실이 얼마나 극심하고 얼마나 빨리 발생하는가는 여러 가지 요인에 따라 달라집니다. 반복적인 기계적 스트레스는 발바닥이 충격을 흡수하는 능력을 잃으면 활동적인 러너가 주기적으로 신발을 교체해야 하는 이유입니다. 자동차 엔진의 헤드 개스킷은 순전히 정적 응용 프로그램입니다. 그럼에도 불구하고 연소열과 그에 따른 팽창 및 수축으로 인한 재료 파손으로 인해 주기적인 교체가 필요합니다. 시간이 지남에 따라 마모가 발생하고 궁극적으로 씰이 파손됩니다. TV 리모콘의 작은 엘라스토머는 햇볕이 잘 드는 창으로 들어오는 자외선에 의해 분해될 수 있습니다. 그리고 압력솥의 개스킷은 기계적 응력, 높은 압력 조리 열, 일부 음식의 산 및 조리 물의 불순물의 영향을 받습니다. 몇 년이 걸릴 수 있지만 이러한 각 부분은 결국 스트레스 완화를 경험할 것입니다.

엘라스토머 부품은 동적 또는 정적 응용 분야에서 사용할 수 있습니다. 이 개스킷은 정적 응용 프로그램의 예입니다. 조립이 완료되면 O-링이나 인접 부품이 움직이지 않습니다.

스트레스 이완:한계

잘 설계된 엘라스토머 부품은 전체 수명 동안 크리프를 경험할 수 있습니다. 반면 응력 완화는 누적 크리프가 부품을 더 이상 기능하지 않게 만들 때 발생합니다. 정원 호스가 수도꼭지에서 새기 시작하면 호스 커넥터 내부의 작은 개스킷이 더 이상 수도꼭지의 금속과 금속 호스 엔드 피팅 사이의 틈을 완전히 채우지 못하기 때문일 수 있습니다. 엔진의 밸브 커버에서 오일이 새기 시작하면 응력 완화로 인해 밸브 커버와 헤드 사이의 조인트를 밀봉하는 밸브 커버 개스킷의 기능이 손상되었을 수 있습니다.

그러나 사용만이 스트레스 완화의 유일한 원인은 아닙니다. 사용 부족으로 인해 탄력성이 손실될 수 있습니다. . 실제로 재고에 있는 엘라스토머 부품은 선반 위에 올려두는 것만으로도 부서지기 쉬워질 수 있습니다.

밀봉 또는 개스킷이 결합 표면 사이의 공간을 더 이상 완전히 채우지 않을 때 응력 완화가 발생합니다. 공기 또는 기타 가스는 씰 주변에서 누출되기 가장 쉽고 0.001인치(25.4mm)만큼 작은 틈을 통과할 수 있습니다. 더 점성이 있는 액체는 새기 위해 더 넓은 틈이 필요하지만 연료는 물보다 더 좁은 틈을 통해 누출됩니다. 마찬가지로 응력 완화 상태에 접근하는 엘라스토머 스프링은 약해지고 의도한 전체 동작 범위를 통해 작동하는 능력을 잃게 됩니다.

크립의 영향 최소화

크리프는 엘라스토머 폴리머의 삶의 사실이지만 잠재적인 결과를 줄일 수 있는 몇 가지 방법이 있습니다.

• 작업에 가장 적합한 엘라스토머를 선택하십시오. 애플리케이션을 평가하고 부품이 반복적으로 휘어질지 여부를 결정합니다. 더위와 추위를 포함하여 반복되는 극심한 온도 변화에 노출됩니까? 재료가 부식성 화학 물질이나 자외선에 노출됩니까?
• 예상되는 응력을 처리하도록 부품을 설계합니다. 정적 응용 분야의 일반적인 엘라스토머는 사용 수명을 과도하게 단축하지 않고 20% 압축을 처리할 수 있습니다. 동적 적용에서 동일한 엘라스토머는 일반적으로 10% 압축 미만으로 유지되어야 합니다. 애플리케이션에 허용되는 범위 내에서 압축 정도를 유지하기 위해 부품의 크기를 늘릴 수 있습니다.
• 엘라스토머 부품의 기대 수명을 확인하십시오. 제품 유지보수 일정에 엘라스토머 교체를 포함하고 교체 키트를 제공합니다.
• 가능한 경우 부품 수명을 단축시킬 수 있는 선반 마모를 방지하기 위해 교체 부품을 장기간 비축하지 마십시오. 주문형 생산을 통해 부품의 유효 수명을 보관에 낭비하지 않고 필요에 따라 부품을 사용할 수 있습니다.

엘라스토머에 대한 최종 생각

엘라스토머는 다양한 스프링 및 실링 응용 분야에서 간단하고 효과적인 구성 요소가 될 수 있습니다. 움직이는 부품이 없더라도 마모될 수 있습니다. 신중한 설계와 신중한 테스트를 통해 사용 수명을 극대화할 수 있습니다. 해당 부품의 예상 수명을 알고 교체 부품을 제공함으로써 완제품의 수명과 기능을 최대화하면서 간단하고 효과적인 구성 요소의 모든 이점을 얻을 수 있습니다.

재료 비교 가이드는 엘라스토머 재료에 대한 자세한 정보를 제공합니다.

오늘 Protolabs에서 다음 디자인 프로젝트를 시작하려면 몇 시간 안에 대화형 견적을 위해 3D CAD 모델을 업로드하기만 하면 됩니다.