エラストマー部品のクリープと応力緩和の最小化

製造材料の世界では、エラストマーは弱い分子間力を特徴とするポリマーです。この弱点は、材料が外力を受けると形状が変化し、力が加えられなくなると元の形状に戻るという点で役立ちます。この特性により、エラストマーは、射出成形または 3D 印刷を使用したさまざまな種類のシール、ガスケット、およびスプリングの製造に理想的です。

シールまたはガスケットとして機能するエラストマー製の部品は、力が加えられると形状が変化します。隣接する部品間のたるみを取り、圧力がかかると隙間や凹凸を埋め、気体や液体の漏れを防ぎます。輪ゴムは、引張力を受けるエラストマーのよく知られた例です。もう 1 つの例は、携帯電話ケースの軟質プラスチック バンパーです。これは、落下や打撃の圧縮力を受けると変形して携帯電話を衝撃から保護し、その後「自由な」状態または応力のかかっていない状態に戻ります。圧縮ばねと引張ばねの両方の用途で、エラストマー製の部品は、金属製のコイルまたは板ばねと非常によく似た働きをします。

エラストマーは、さまざまな種類のシール、ガスケット、およびスプリングに最適ですが、エラストマー部品はクリープの影響を受けることに注意してくださいそしてストレス緩和。

エラストマー部品は、静的または動的アプリケーションで使用できます。ダスト シールまたは位置合わせ補助として使用される O リングは、通常、アセンブリが完了すると、O リングまたは隣接する部品の動きがないという点で、静的アプリケーションです。

圧力鍋の蓋シールなどの動的用途では、エラストマーは通常の使用中に圧縮と解放を繰り返します。さらに極端なケースでは、ランニング シューズのエラストマー ソールは、歩くたびに圧縮されたり解放されたりします。これらの部品の寿命はさまざまですが、すべてクリープの影響を受けます。

クリープ:回復が完全ではない場合

明らかではないかもしれませんが、エラストマー部品は徐々に弾力性を失い、応力がかかっていない状態に戻ることができません (または戻ろうとします)。この漸進的な弾力性の喪失であるクリープは、部品の最初の使用から始まり、耐用年数を通じて続く可能性があります。

身近な例としては、離したときに元の寸法に完全には戻らない輪ゴムがあります。これは機械的応力によるクリープですが、クリープが発生する唯一の方法ではありません。屋根裏部屋の古い靴箱の写真の山にある輪ゴムについて考えてみてください。単純な年齢と環境への暴露により、足が不自由になりました。扱うと崩れることさえあります。

この弾力性の喪失がどれほど極端で、どのくらいの速さで発生するかは、多くの要因によって異なります。靴底が衝撃を吸収する能力を失うと、アクティブなランナーが定期的に靴を交換しなければならないのは、反復的な機械的ストレスが原因です.車のエンジンのヘッド ガスケットは、純粋に静的なアプリケーションです。ただし、燃焼熱による材料の劣化と、その結果生じる膨張と収縮により、定期的な交換が必要になります。これにより、時間の経過とともにシールが摩耗し、最終的には破損します。テレビのリモコンの小さなエラストマーは、日当たりの良い窓から差し込む紫外線によって分解される可能性があります。また、圧力鍋のガスケットは、機械的ストレス、圧力調理の高熱、一部の食品の酸、調理水の不純物の影響を受けます.何年もかかるかもしれませんが、これらの各部分は最終的に応力緩和を経験します.

エラストマー部品は、動的または静的アプリケーションで使用できます。このガスケットは静的アプリケーションの例です。組み立てが完了すると、O リングまたは隣接するコンポーネントの動きはありません。

ストレス緩和:終焉

適切に設計されたエラストマー部品は、その寿命全体にわたってクリープを経験する可能性があります。一方、応力緩和は、累積クリープによって部品が機能しなくなるときに発生します。庭のホースが蛇口から漏れ始めた場合、それはおそらく、ホース コネクタ内の小さなガスケットが、蛇口の金属と金属製のホース エンド フィッティングの間の隙間を完全に埋めていないことが原因です。エンジンのバルブ カバーからオイルが漏れ始めた場合、応力緩和により、バルブ カバーとヘッドの間の接合部をシールするバルブ カバー ガスケットの機能が損なわれている可能性があります。

しかし、使用だけがストレス緩和の原因ではありません。 使用不足が原因で弾力性が失われる可能性があります .実際、在庫にあるエラストマー パーツは、棚に置いておくだけでもろくなることがあります。

応力緩和は、シールまたはガスケットが接合面間のスペースを完全に埋めなくなったときに発生します。空気またはその他のガスは、シールの周囲で最も漏れやすく、0.001 インチ (25.4 mm) の隙間を通り抜けることができます。液体は粘性が高いため、漏れるには広い隙間が必要になりますが、燃料は水よりも狭い隙間から漏れます。同様に、応力緩和の状態に近づくエラストマー スプリングは弱くなり、意図した可動域全体で機能しなくなります。

クリープの影響を最小限に抑える

エラストマー ポリマーにとってクリープは避けられない事実ですが、潜在的な影響を軽減する方法がいくつかあります。

• 仕事に最適なエラストマーを選択します。アプリケーションを評価し、パーツが繰り返し曲げられるかどうかを判断します。暑さと寒さの両方を含む極端な温度変化に繰り返しさらされることはありますか?材料は腐食性の化学物質や紫外線にさらされますか?
• 予想される応力に対処する部品を設計する。静的アプリケーションの典型的なエラストマーは、耐用年数を過度に短縮することなく、20% の圧縮を処理できます。動的用途では、通常、同じエラストマーの圧縮率を 10% 未満に保つ必要があります。パーツのサイズを大きくして、その圧縮度をアプリケーションの許容範囲内に保つことができます。
• エラストマー パーツの平均寿命を把握します。プロダクトのメンテナンス スケジュールにエラストマーの交換を含め、交換キットを提供する
• 部品の寿命を縮める原因となる棚の摩耗を防ぐために、可能であれば、交換品の長期的な備蓄を避けてください。オンデマンド生産により、パーツの耐用年数の一部をストレージで無駄にすることなく、必要に応じてパーツを利用できるようになります。

エラストマーに関する最終的な考え

エラストマーは、さまざまなスプリングおよびシーリング用途において、シンプルで効果的なコンポーネントになり得ます。可動部品はありませんが、摩耗する可能性があることに注意してください。思慮深い設計と慎重なテストにより、耐用年数を最大限に延ばすことができます。これらの部品の平均寿命を把握し、交換部品を提供することで、完成品の寿命と機能を最大化しながら、これらのシンプルで効果的なコンポーネントの利点を最大限に活用できます。

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