Strategi Efektif untuk Mengurangi Creep dan Relaksasi Tekanan pada Bagian Elastomer

Dalam alam semesta bahan manufaktur, elastomer adalah polimer yang ditandai dengan gaya antar molekula yang lemah. Kelemahan ini berguna karena memungkinkan material untuk berubah bentuk saat terkena gaya eksternal dan kemudian kembali ke bentuk aslinya saat gaya tidak lagi diterapkan. Karakteristik ini membuat elastomer ideal untuk produksi seal, gasket, dan spring berbagai macam saat menggunakan cetak injeksi atau cetak 3D.

Bertindak sebagai seal atau gasket, bagian yang terbuat dari elastomer berubah bentuk saat gaya diterapkan. Ia menanggisi ketidaksesuaian antara bagian yang bersebelahan, mengisi celah atau ketidakteraturan saat tekanan diterapkan dan mencegah gas atau cairan bocor. Karet gelang adalah contoh elak elastomer yang familiar terhadap gaya tarik. Contoh lainnya adalah bumper plastik lunak pada casing seluler, yang saat terkena gaya kompresi dari jatuhan atau pukulan berubah bentuk untuk melindungi ponsel dari getaran, dan kemudian kembali ke keadaan “bebas” atau tidak tegang. Dalam aplikasi spring kompresi dan tarik, bagian yang terbuat dari elastomer bertindak sangat seperti spring tali atau daun yang terbuat dari logam.

Elastomer ideal untuk seal, gasket, dan spring berbagai macam tetapi waspada bahwa bagian elastomer tunduk pada creep dan relaksasi tekanan.

Bagian elastomer dapat digunakan dalam aplikasi statis atau dinamis. O-ring yang digunakan sebagai seal debu atau alat penyelar biasanya merupakan aplikasi statis karena setelah assembly selesai, tidak ada gerakan O-ring atau bagian yang bersebelahan.

Dalam aplikasi dinamis—seperti seal tutup panci presto misalnya—elastomer ditekan dan dilepaskan berulang kali selama penggunaan normal. Dalam kasus yang lebih ekstrim, alas sepatu lari elastomer ditekan dan dilepaskan dengan setiap langkah. Umur bagian ini bervariasi, tetapi semuanya tunduk pada creep.

Creep: Ketika Pemulihan Tidak Sempurna

Mungkin tidak terlihat, tetapi bagian elastomer secara bertahap akan kehilangan elastisitasnya dan gagal kembali (atau mencoba kembali) ke keadaan tidak tegangnya. Creep, kehilangan progresif elastisitas ini, dapat dimulai dengan penggunaan pertama bagian dan berlanjut selama masa manfaatnya.

Contoh yang familiar adalah karet gelang yang tidak sepenuhnya memulihkan dimensi aslinya ketika dilepaskan. Ini adalah creep karena stres mekanik, tetapi ini bukan satu-satunya cara creep dapat terjadi. Pikirkan karet gelang yang Anda temukan di tumpukan foto di kotak sepatu lama di loteng. Usia sederhana dan paparan lingkungan telah membuatnya lesu; ia bahkan mungkin hancur saat disentuh.

Seberapa ekstrim kehilangan elastisitas ini dan seberapa cepat terjadi tergantung pada sejumlah faktor. Stres mekanik berulang adalah alasan para pelari aktif harus mengganti sepatu mereka secara berkala ketika alas kehilangan kemampuan meredam getaran. Head gasket mesin mobil Anda adalah aplikasi statis murni; namun ia akan perlu diganti secara berkala karena kerusakan material yang disebabkan oleh panas pembakaran dan ekspansi serta kontraksi yang dihasilkan. Seiring waktu ini menciptakan aus, dan pada akhirnya kegagalan, dari seal. Elastomer kecil di remote TV Anda dapat hancur oleh radiasi UV yang masuk melalui jendela yang terik matahari. Dan gasket di panci presto dipengaruhi oleh stres mekanik, panas tinggi memasak presto, asam dalam beberapa makanan, dan kotoran dalam air memasak. Mungkin memakan tahun, tetapi setiap bagian ini pada akhirnya akan mengalami relaksasi stres.

Bagian elastomer dapat digunakan dalam aplikasi dinamis atau statis. Gasket ini adalah contoh aplikasi statis: Setelah assembly selesai, tidak ada gerakan O-ring atau komponen yang bersebelahan.

Relaksasi Tekanan: Akhir Garis

Sebuah bagian elastomer yang dirancang dengan baik dapat mengalami creep selama seluruh umurnya. Relaksasi stres, di sisi lain, terjadi ketika creep kumulatif membuat bagian tidak lagi fungsional. Ketika selang taman Anda mulai bocor di keran, mungkin karena gasket kecil di dalam konektor selang tidak lagi sepenuhnya mengisi celah antara logam keran dan fitting ujung selang logam. Ketika tutup katup mesin Anda mulai bocor minyak, relaksasi stres kemungkinan besar telah merusak kemampuan gasket tutup katup untuk melubangi persimpangan antara tutup katup dan kepala.

Namun penggunaan bukan satu-satunya penyebab relaksasi stres. Elastisitas dapat hilang karena kekurangan penggunaan. Faktanya, bagian elastomer di inventaris sebenarnya dapat menjadi rapuh hanya duduk di rak.

Relaksasi stres terjadi ketika seal atau gasket tidak lagi sepenuhnya mengisi ruang antara permukaan yang bersanding. Gas atau gas lain paling rentan untuk bocor di sekitar seal, dan dapat melewati celah sempit hingga 0,001 in. (25,4 mm). Cairan, yang lebih viskus, akan membutuhkan celah yang lebih lebar untuk bocor meski bahan bakar akan bocor melalui celah yang lebih sempit dari air. Demikian pula, spring elastomer yang mendekati keadaan relaksasi stres akan melemah dan kehilangan kemampuan bekerja melalui seluruh jangkauan gerak yang diinginkan.

Meminimalkan Dampak Creep

Creep adalah fakta hidup untuk polimer elastomer, tetapi ada beberapa cara untuk mengurangi konsekuensi potensial.

• Pilih elastomer terbaik untuk pekerjaan. Evaluasi aplikasi dan tentukan apakah bagian akan fleksibel berulang kali. Apakah akan tunduk pada variasi suhu ekstrim berulang termasuk panas dan dingin? Apakah material akan tersingkapan kimia korosif atau radiasi UV?
• Desain bagian untuk menangani stres yang diantisipasi. Elastomer tipikal dalam aplikasi statis dapat menahan 20 persen kompresi tanpa memperpendek masa manfaatnya secara berlebihan; elastomer yang sama, dalam aplikasi dinamis, biasanya harus dipertahankan di bawah 10 persen kompresi. Anda mungkin ingin meningkatkan ukuran bagian untuk menjaga tingkat kompresinya dalam rentang yang dapat diterima untuk aplikasi.
• Ketahui umur yang diharapkan dari bagian elastomer Anda. Sertakan penggantian elastomer dalam jadwal pemeliharaan produk dan tawarkan kit penggantian.
• Jika可能, hindari menyimpan penggantian dalam jangka panjang untuk mencegah aus rak yang dapat memperpendek umur bagian. Produksi on-demand dapat membuat bagian tersedia sesuai kebutuhan tanpa membuang sebagian masa manfaatnya di penyimpanan.

Pikiran Akhir tentang Elastomer

Elastomer dapat menjadi komponen sederhana dan efektif dalam berbagai aplikasi spring dan sealing. Waspada bahwa, meskipun tidak memiliki bagian bergerak, mereka dapat aus. Desain yang cermat dan pengujian yang hati-hati dapat memaksimalkan masa manfaat mereka. Dengan mengetahui umur yang diharapkan dari bagian tersebut dan menawarkan bagian pengganti, Anda dapat mendapatkan manfaat penuh dari komponen sederhana dan efektif ini sambil memaksimalkan umur dan fungsionalitas produk akhir Anda.

Panduan Perbandingan Material kami memberikan informasi yang lebih detail tentang material elastomer.

Untuk memulai proyek desain berikutnya Anda hari ini di Protolabs, cukup unggah model CAD 3D untuk penawaran interaktif dalam hitungan jam.