仿真工具“助產”滅火器塑料閥門

新材料配合獨特設計軟件，往往可以帶來省時、省力且令人滿意的設計效果。使用仿真工具ULTRASIM模擬用新型聚酰胺代替滅火器閥門內的黃銅件便是這類仿真設計應用的一個很好例證。將新型聚酰胺應用於滅火器閥體，仿真工具在其中發揮了重要作用。奧地利Multiplast公司針對歐洲滅火器場而開發的新型滅火器閥體，采用巴斯夫公司的特殊聚酰胺級Ultramid®TKR4355G10模塑成型，這是這種高玻纖增強塑料第一次大量應用。這一具有挑戰性的塑料部件取代了滅火器主閥中的黃銅。比黃銅更好的特殊聚酰胺，新的閥門在家用儲氣式滅火器中使用，該類型滅火器帶有一個單獨的預壓儲氣罐。以往只有黃銅閥門滿足這種類型滅火器的嚴格要求。主閥是一種多功能組件，它將內部立管、噴槍軟管、觸發裝置和手柄連接為一起。為操作可靠，制造商要求閥門在15-20年服務期內，在-30℃~-60℃下能夠承受80bar的壓力。對制造商Multiplast來說，不一致的進口金屬的質量是黃銅閥門主要缺點之一。　共同的目標使得兩公司致力於開發一個塑料組件，且可以通過注射成型高效生產。這種應用條件要求塑料具有較高的耐熱性、高強度和剛度以及高尺寸穩定性。在此之前試圖用塑料制造出滅火器閥體失敗是因為采用的材料的工程特性不合適。標準的聚酰胺在這是不合適的。材料替代仿真設計顯威力，為了有效、快速和可靠地開發這一復雜的元件，巴斯夫公司啟用了模擬工ULTRASIM®。　利用ULTRASIM®可以確定作為填充壓力和澆口位置函數的纖維取向，然後在這些資訊的基礎上優化組件的機械性能。這對一個玻璃纖維含量高達50%且具有明顯的各向異性的組件來說絕非易事。三種負載情況下的模擬是非常有意義的：在120bar表壓作用下閥門的行為；當處於水平位置時，由預壓儲氣箱施加的彎曲載荷對閥門行為的影響；當滅火器被突然提起時，由把手施加的動態載荷對閥門行為的影響。為防止過壓，就必須在閥門上設計一個脆弱點，當壓力高於105~110bar時，該處突然破裂，以這種方式防止整個滅火器不受控制的爆破。使用ULTRASIM®，專家們能準確界定故意破裂位置，并可通過實驗充分證實。當滅火器是按水平位置放置時，粉末或液體狀的消防滅火劑將與閥體連續接觸。Ultramid®閥在模擬和實際情況下都能經受這個負載。最後，滅火器在把手突然提起時不能表現出任何失效。這些，對於桿件設計和仿真來說都是挑戰，因為要涉及到材料的應變性能。在這，模擬和實驗之間也有明顯的一致性。有了這些知識，才有可能準確地進行這一復雜零件的設計，并與其他所有的功能集合，且沒有金屬嵌件，因為采用單一注射成型生產。包括四個連接用的公制螺紋都是塑料的，這些對塑料材料和生產都構成了挑戰。采用Ultramid®物料提供了良好的耐化學性，新的主閥還立即獲得在海上環境中使用的批準―其應用領域要求滅火器更安全。此外，最終版本的閥門，其操作溫度在-40~-80℃，實現了100bar的爆破壓力，阻力爆裂壓力峰值高達250bar，比黃銅閥的一些特點要好得多。其抗滅火劑性能，如紫外線輻射和臭氧等環境因素也不容忽視。最後，但并非最不重要的，承載特性和手提式滅火器把手性能也得以明顯改善。