Meminimalkan Creep dan Stres Relaksasi di Bagian Elastomer

Di dunia bahan manufaktur, elastomer adalah polimer yang dicirikan oleh gaya antarmolekul yang lemah. Kelemahan ini berguna karena memungkinkan material berubah bentuk saat mengalami gaya eksternal dan kemudian kembali ke bentuk aslinya saat gaya tidak lagi diterapkan. Karakteristik ini membuat elastomer ideal untuk produksi seal, gasket, dan berbagai jenis pegas saat menggunakan cetakan injeksi atau pencetakan 3D.

Berfungsi sebagai segel atau paking, bagian yang terbuat dari elastomer berubah bentuk saat gaya diterapkan. Dibutuhkan kelonggaran antara bagian yang berdampingan, mengisi celah atau penyimpangan saat tekanan diterapkan dan menjaga agar gas atau cairan tidak bocor. Karet gelang adalah contoh umum dari elastomer yang mengalami gaya tarik. Yang lainnya adalah bumper plastik lunak pada casing ponsel, yang bila terkena gaya tekan jatuh atau pukulan berubah bentuk untuk melindungi ponsel dari guncangan, dan kemudian kembali ke keadaan "bebas" atau tanpa tekanan. Dalam aplikasi pegas tekan dan tarik, bagian yang terbuat dari elastomer bertindak sangat mirip dengan kumparan atau pegas daun yang terbuat dari logam.

Elastomer ideal untuk seal, gasket, dan berbagai jenis pegas, tetapi berhati-hatilah karena bagian elastomer dapat merayap dan relaksasi stres.

Bagian elastomer dapat digunakan dalam aplikasi statis atau dinamis. Cincin-O yang digunakan sebagai segel debu atau alat bantu penyelarasan biasanya merupakan aplikasi statis karena setelah perakitan selesai, tidak ada gerakan cincin-O atau bagian yang berdekatan.

Dalam aplikasi yang dinamis—segel tutup pada panci presto misalnya—elastomer dikompresi dan dilepaskan berulang kali selama penggunaan normal. Dalam kasus yang lebih ekstrim lagi, sol elastomer sepatu lari dikompresi dan dilepaskan di setiap langkah. Rentang hidup dari bagian-bagian ini berbeda-beda, tetapi semuanya dapat merayap.

Creep:Saat Pemulihan Kurang Sempurna

Ini mungkin tidak jelas, tetapi bagian elastomer secara bertahap akan kehilangan elastisitasnya dan gagal untuk kembali (atau berusaha untuk kembali) ke keadaan tanpa tekanan. Creep, hilangnya elastisitas secara progresif ini, dapat dimulai dengan penggunaan pertama suatu bagian dan berlanjut selama masa pakainya.

Contoh umum adalah karet gelang yang tidak sepenuhnya kembali ke dimensi aslinya saat dilepas. Ini mulur karena tekanan mekanis, tetapi itu bukan satu-satunya cara mulur dapat terjadi. Pikirkan tentang karet gelang yang Anda temukan di tumpukan foto di kotak sepatu tua di loteng. Usia sederhana dan paparan lingkungan membuatnya lemas; bahkan mungkin hancur saat ditangani.

Seberapa ekstrim hilangnya elastisitas ini dan seberapa cepat itu terjadi bergantung pada sejumlah faktor. Stres mekanis berulang adalah alasan pelari aktif harus mengganti sepatu mereka secara berkala ketika sol kehilangan kemampuan untuk menyerap goncangan. Paking kepala mesin mobil Anda adalah aplikasi yang murni statis; meskipun demikian akan membutuhkan penggantian berkala karena kerusakan material yang disebabkan oleh panas pembakaran dan hasil pemuaian dan penyusutan. Seiring waktu, hal ini menimbulkan keausan, dan akhirnya kegagalan, pada seal. Elastomer kecil di remote TV Anda dapat dipecah oleh radiasi UV yang masuk ke jendela yang cerah. Dan gasket dalam panci presto dipengaruhi oleh tekanan mekanis, panas yang tinggi dari tekanan memasak, asam dalam beberapa makanan, dan kotoran dalam air rebusan. Mungkin butuh waktu bertahun-tahun, tetapi masing-masing bagian ini pada akhirnya akan mengalami relaksasi stres.

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

Relaksasi Stres:Ujung Garis

Bagian elastomer yang dirancang dengan baik dapat mengalami creep sepanjang masa pakainya. Relaksasi stres, di sisi lain, terjadi ketika creep kumulatif membuat bagian tersebut tidak lagi berfungsi. Ketika selang taman Anda mulai bocor di keran, itu mungkin karena paking kecil di dalam konektor selang tidak lagi sepenuhnya mengisi celah antara logam keran dan sambungan ujung selang logam. Saat penutup katup mesin Anda mulai mengeluarkan oli, relaksasi tekanan mungkin telah mengganggu kemampuan gasket penutup katup untuk menyegel sambungan antara penutup katup dan kepala.

Tetapi penggunaan bukan satu-satunya penyebab relaksasi stres. Elastisitas bisa hilang karena kurang digunakan . Faktanya, komponen elastomer dalam inventaris sebenarnya dapat menjadi rapuh hanya dengan disimpan di rak.

Relaksasi stres terjadi ketika segel atau paking tidak lagi sepenuhnya mengisi ruang di antara permukaan kawin. Udara atau gas lainnya paling rentan terhadap kebocoran di sekitar segel, dan mampu melewati celah sekecil 0,001 inci (25,4 mm). Cairan, yang lebih kental, membutuhkan celah yang lebih lebar untuk bocor, meskipun bahan bakar akan bocor melalui celah yang lebih sempit daripada air. Demikian pula, pegas elastomer yang mendekati keadaan relaksasi stres akan melemah dan kehilangan kemampuan untuk bekerja melalui seluruh rentang gerak yang diinginkan.

Meminimalkan Dampak Creep

Creep adalah fakta kehidupan polimer elastomer, tetapi ada beberapa cara untuk mengurangi kemungkinan konsekuensi.

• Pilih elastomer terbaik untuk pekerjaan itu. Evaluasi aplikasi dan tentukan apakah bagian tersebut akan ditekuk berulang kali. Apakah akan mengalami variasi suhu ekstrem yang berulang termasuk panas dan dingin? Apakah bahan akan terkena bahan kimia korosif atau radiasi UV?
• Rancang bagian untuk menangani tekanan yang diantisipasi. Sebuah elastomer tipikal dalam aplikasi statis dapat menangani kompresi 20 persen tanpa memperpendek masa manfaatnya; elastomer yang sama, dalam aplikasi dinamis, biasanya harus dijaga di bawah 10 persen kompresi. Anda mungkin ingin menambah ukuran bagian untuk mempertahankan tingkat kompresinya dalam rentang yang dapat diterima untuk aplikasi.
• Ketahui harapan hidup bagian elastomer Anda. Sertakan penggantian elastomer dalam jadwal perawatan produk dan tawarkan kit penggantian.
• Jika memungkinkan, hindari penimbunan pengganti dalam jangka panjang untuk mencegah keausan rak yang dapat mempersingkat masa pakai komponen. Produksi sesuai permintaan dapat membuat suku cadang tersedia sesuai kebutuhan tanpa menyia-nyiakan sebagian masa pakainya dalam penyimpanan.

Pikiran Akhir tentang Elastomer

Elastomer dapat menjadi komponen yang sederhana dan efektif dalam berbagai aplikasi pegas dan penyegelan. Ketahuilah bahwa meskipun tidak memiliki bagian yang bergerak, mereka dapat aus. Desain yang cermat dan pengujian yang cermat dapat memaksimalkan masa manfaatnya. Dengan mengetahui masa pakai suku cadang tersebut dan menawarkan suku cadang pengganti, Anda dapat memperoleh manfaat penuh dari komponen yang sederhana dan efektif ini sekaligus memaksimalkan masa pakai dan fungsi produk jadi Anda.

Panduan Perbandingan Bahan kami memberikan informasi lebih detail tentang bahan elastomer.

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