最大限度地减少弹性部件的蠕变和应力松弛

在制造材料领域，弹性体是一种分子间作用力弱的聚合物。这个弱点是有用的，因为它允许材料在受到外力时改变形状，然后在不再施加力时恢复到原来的形状。这一特性使弹性体成为使用注塑成型或 3D 打印生产各种密封件、垫圈和弹簧的理想选择。

作为密封件或垫圈，由弹性体制成的部件会随着力的施加而改变形状。当施加压力时，它会填补相邻部件之间的松弛、填充间隙或不规则处，并防止气体或液体泄漏。橡皮筋是承受拉力的弹性体的常见示例。另一种是手机外壳上的软塑料保险杠，当受到跌落或打击的压缩力时，它会变形以保护手机免受冲击，然后恢复到“自由”或无应力状态。在压缩弹簧和拉伸弹簧应用中，由弹性体制成的部件的作用非常类似于由金属制成的螺旋弹簧或板簧。

弹性体是各种密封件、垫圈和弹簧的理想选择，但要注意弹性部件容易蠕变和压力放松。

弹性部件可用于静态或动态应用。用作防尘密封或对准辅助装置的 O 形圈通常是静态应用，因为一旦组装完成，O 形圈或相邻部件就不会移动。

在动态应用中（例如压力锅上的盖子密封），弹性体在正常使用期间会反复压缩和释放。在更极端的情况下，跑鞋的弹性鞋底会随着每一步而被压缩和释放。这些零件的寿命各不相同，但它们都会发生蠕变。

蠕变：当恢复不完美时

这可能并不明显，但弹性部件会逐渐失去弹性并且无法恢复（或试图恢复）到无应力状态。蠕变，这种弹性的逐渐丧失，可以从零件的第一次使用开始，并持续到其整个使用寿命。

一个熟悉的例子是橡皮筋在松开后并没有完全恢复到原来的尺寸。这是由于机械应力引起的蠕变，但这不是发生蠕变的唯一方式。想一想您在阁楼旧鞋盒中的一堆照片上找到的橡皮筋。简单的年龄和暴露在环境中使其跛行；它甚至可能在处理时崩溃。

这种弹性损失的严重程度以及发生的速度取决于多种因素。重复的机械应力是活跃的跑步者在鞋底失去吸收冲击的能力时必须定期更换鞋子的原因。您的汽车发动机垫圈是纯静态应用；然而，由于燃烧热和由此产生的膨胀和收缩引起的材料损坏，它需要定期更换。随着时间的推移，这会导致密封磨损，并最终失效。电视遥控器中的微小弹性体可能会被从阳光明媚的窗户射入的紫外线辐射分解。压力锅中的垫圈会受到机械应力、压力烹饪的高温、某些食物中的酸以及烹饪水中的杂质的影响。这可能需要数年时间，但这些部分中的每一个最终都会经历应力松弛。

弹性部件可用于动态或静态应用。该垫圈是静态应用的示例：一旦组装完成，O 形圈或相邻部件就不会移动。

压力松弛：行尾

设计良好的弹性体部件在其整个生命周期内都会发生蠕变。另一方面，当累积蠕变使零件不再起作用时，就会发生应力松弛。当您的花园软管在水龙头处开始泄漏时，可能是因为软管连接器内的小垫圈不再完全填充水龙头金属和金属软管端接头之间的间隙。当您的发动机气门室盖开始漏油时，应力松弛可能会损害气门室盖垫圈密封气门室盖和缸盖之间接头的能力。

但使用并不是压力放松的唯一原因。 使用不足可能会失去弹性 .事实上，库存中的弹性部件只要放在架子上就会变脆。

当密封件或垫圈不再完全填充配合表面之间的空间时，就会发生应力松弛。空气或其他气体最容易在密封件周围泄漏，并且能够通过小至 0.001 英寸（25.4 毫米）的间隙。液体更粘稠，需要更宽的缝隙才能泄漏，但燃料会通过比水更窄的缝隙泄漏。同样，接近应力松弛状态的弹性体弹簧会减弱并失去在其整个预期运动范围内工作的能力。

最小化蠕变的影响

蠕变是弹性聚合物生活中的一个事实，但有多种方法可以减少潜在后果。

• 选择最适合工作的弹性体。评估应用并确定零件是否会反复弯曲。它会受到反复的极端温度变化的影响，包括热和冷吗？该材料会暴露在腐蚀性化学品或紫外线辐射下吗？
• 设计零件以应对预期的压力。静态应用中的典型弹性体可以承受 20% 的压缩，而不会过度缩短其使用寿命；在动态应用中，相同的弹性体通常应保持低于 10% 的压缩率。您可能希望增加零件的尺寸，以将其压缩程度保持在应用程序可接受的范围内。
• 了解弹性部件的预期寿命。将弹性体更换纳入产品维护计划并提供更换套件。
• 如果可能，请避免长期堆放替换件，以防止会缩短零件寿命的货架磨损。按需生产可以根据需要提供零件，而不会浪费零件的部分使用寿命。

关于弹性体的最终想法

弹性体可以是各种弹簧和密封应用中简单、有效的组件。请注意，尽管没有活动部件，它们还是会磨损。周到的设计和仔细的测试可以最大限度地延长它们的使用寿命。通过了解这些部件的预期寿命并提供更换部件，您可以充分利用这些简单、有效的组件带来的好处，同时最大限度地延长成品的使用寿命和功能。

我们的材料比较指南提供了有关弹性体材料的更多详细信息。

要立即在 Protolabs 开始您的下一个设计项目，只需在数小时内上传 3D CAD 模型以获得交互式报价。