Cum să protejați echipamentele electronice sensibile de șocuri, vibrații și temperatură

Șocurile, vibrațiile și încălzirea excesivă reprezintă o amenințare pentru orice proiect de sistem electronic, deoarece pot duce rapid la defectarea sistemului. De asemenea, zgomotul excesiv în timpul funcționării va provoca plângeri din partea clienților și un număr exagerat de apeluri de reparații. În plus, răcirea necorespunzătoare poate duce la creșterea costurilor.

Vibrațiile și zgomotul pot proveni de la un ventilator de răcire montat necorespunzător. Scurgerile de aer din jurul panourilor de service și a orificiilor de acces pot produce scurgeri de aer rece, crescând temperatura aerului și scăzând eficiența de răcire a sistemelor de ventilație și de aer condiționat. Carcasele pot zdrăngăni și vibra din cauza rezonanțelor mecanice.

În timp ce zgomotul, vibrațiile și creșterile de temperatură sunt aproape inevitabile, acestea trebuie să fie reduse la minimum. Pentru aceasta, proiectanții pot apela la garnituri, bare de protecție și amortizoare din spumă poliuretanică care absorb energia. Cu toate acestea, alegerea materialului potrivit necesită o înțelegere a caracteristicilor principale și a capacităților de performanță ale acestora.

Acest articol va analiza caracteristicile cheie pe care proiectanții trebuie să le ia în considerare atunci când aleg un material de amortizare, folosind produsele din spumă poliuretanică ISOLOSS LS de la 3M ca exemple din lumea reală. Articolul va arăta modul în care produsele din spumă poliuretanică ISOLOSS LS pot fi aplicate pentru a proteja echipamentele critice în cele mai solicitante aplicații, pentru a economisi timp și costuri pentru proiectanți.

Spumă poliuretanică ISOLOSS LS

Materialele ISOLOSS de la 3M sunt spume poliuretanice de înaltă densitate, cu celule fine. Acestea sunt durabile și absorb energia, cu o compresie redusă și o deformare consistentă a forței, și pot fi utilizate într-o gamă largă de temperaturi. Acestea sunt disponibile într-o varietate de densități, grosimi și forme, inclusiv benzi de etanșare, cercuri și pătrate, precum și foi pătrate și dreptunghiulare (figura 1).

Figura 1: Spuma poliuretanică 3M ISOLOSS LS este disponibilă într-o varietate de forme utile, gata pentru a fi utilizată ca parapete de protecție, garnituri, izolatori de vibrații și foi de amortizare. (Sursa imaginii: 3M)

Pe lângă faptul că este disponibilă într-o varietate de forme, spuma poliuretanică ISOLOSS LS este disponibilă în patru densități diferite: 10 (160,2), 15 (240,4), 20 (320,4) și 25 (400,5) lire pe picior cub (lb/ft3) (kilograme pe metru cub (kg/m3)). Densitățile sunt importante pentru potrivirea spumei poliuretanice la aplicații specifice. Toate aceste produse din spumă funcționează într-un interval de temperatură cuprins între -40°C și +107°C (-40˚F și 228°F).

Spuma poliuretanică este utilizată în trei clase diferite de aplicații: garnituri, amortizare și suport și control al energiei. Garniturile trebuie să aibă capacitatea de a etanșa golurile, de a absorbi șocurile mecanice și vibrațiile și de a asigura o etanșare între suprafețele de îmbinare. O garnitură de etanșare între un ventilator și o carcasă asigură izolarea împotriva vibrațiilor și asigură o etanșare pentru a preveni pierderea de presiune. Amortizarea și susținerea implică izolarea obiectelor unele de altele, cum ar fi o bară de protecție pe o ușă care închide un comutator pentru a monitoriza închiderea ușii. Bara de protecție amortizează comutatorul, reducând șocul închiderii ușii. Plăcuțele circulare și pătrate mai mici, cum ar fi LS-2506-PSA-1-CIRCLE-50PK sau LS-2006-PSA-2-X2-50PK, sunt utilizate în mod obișnuit pentru astfel de aplicații. Controlul energiei implică reducerea energiei mecanice prin absorbția impactului sau a șocurilor și amortizarea vibrațiilor.

Caracteristicile cheie ale spumei poliuretanice

Toate aceste aplicații depind de capacitatea spumei de a-și păstra forma și de a exercita o forță asupra unui obiect care o comprimă. Cele două specificații ale spumei poliuretanice care măsoară aceste caracteristici sunt rezistența la apăsarea la compresie, denumită de obicei apăsare la compresie, și deformarea forței de compresie (CFD).

Compresia este o măsură a deformării permanente a spumei după o compresie susținută. O valoare scăzută a setului de compresie indică faptul că spuma va reveni la grosimea sa inițială după o compresie recurentă sau continuă. Spumele 3M ISOLOSS LS prezintă mai puțin de 1% de compresie la temperatura camerei, conform ASTM D1667, specificația standard pentru materiale celulare flexibile.

ASTM D3574 D, care cuprinde metodele de testare standard pentru materialele celulare flexibile, specifică măsurarea compresiei. Materialul testat este comprimat la o grosime de 50% și expus la temperaturi ridicate pentru o perioadă de timp îndelungată. Setul de compresie este procentul din grosimea originală pierdut după ce se elimină compresia.

O aplicație tipică care necesită o bună rezistență la apăsare este cea a garniturii de etanșare a raftului filtrului unui aparat de aer condiționat (figura 2).

Figura 2: O garnitură din spumă ISOLOSS LS cu un set de compresie redusă etanșează ușa de acces a unui raft de filtre de aer condiționat, reducând la minimum scurgerile de aer și menținând în același timp filtrul în poziție. (Sursa imaginii: 3M)

Suporturile pentru filtre de aer utilizează spumă poliuretanică cu un set de compresie redusă pentru a etanșa carcasa filtrului și a menține filtrul în poziție. Atunci când filtrul este îndepărtat pentru înlocuire sau curățare, spuma se extinde până aproape de grosimea sa totală. Setul de compresie redusă garantează că garnitura continuă să își mențină performanța, indiferent de cât timp a fost comprimată. Această aplicație ar folosi o spumă de etanșare precum LS-1025LM/PSA-0.75 inch (in.) x 180 in.-1RL de la 3M. LS-1025LM/PSA este o bandă cu lățimea de 0,75 inch și grosimea de 0,25 inch, cu o densitate de 10 lb/ft3. Această spumă moale se adaptează la filtru și îl menține în poziție, în timp ce sigilează în continuare deschiderea ușii.

CFD reprezintă fermitatea spumei la diferite grade de compresie. ASTM D3574C testează CFD prin comprimarea spumei de la 100% la 30% din grosimea sa inițială, adică o compresie de la 10% la 70%. Pe măsură ce spuma este comprimată, se măsoară forța pe care suprafața de comprimare o aplică pentru a reduce spuma la o anumită grosime. Este important de reținut că aceasta este și forța pe care spuma o exercită asupra suprafeței de comprimare. În figura 3 este reprezentată o diagramă a compresiei în funcție de forța aplicată. Pentru fiecare densitate a spumei ISOLOSS LS sunt furnizate tabele și/sau diagrame CFD pentru a ajusta procesul de selecție a spumei pentru fiecare aplicație.

Figura 3: O serie de diagrame CFD pentru cele patru densități de spumă disponibile (10, 15, 20 sau 25 (lb/ft3). O forță mai mare poate fi obținută prin utilizarea unei spume de densitate mai mare sau prin utilizarea unei compresii mai mari. (Sursa imaginii: 3M)

Luați în considerare o aplicație de amortizare în care două suprafețe trebuie să fie ținute la distanță printr-o presiune de 100 kPa (14,5 psi). Acest lucru poate fi realizat folosind o spumă de 25 lb/mp3 comprimată la aproximativ 16%, o spumă de 20 lb/mp3 comprimată la aproximativ 28%, o spumă de 15 lb/mp3 comprimată la aproximativ 50% sau o spumă de 10 lb/mp3 comprimată la aproximativ 70%.

Amortizarea vibrațiilor și a zgomotului

Amortizarea structurală este un mijloc de eliminare a energiei mecanice prin transformarea acesteia în căldură. Materialele de amortizare sunt aplicate direct pe suprafața unei structuri cu ajutorul unui adeziv puternic (figura 4).

Figura 4: Plăcile de spumă ISOLOSS LS fixate pe suprafețe pot asigura amortizarea zgomotului; sunt compatibile cu o gamă largă de adezivi sensibili la presiune 3M. (Sursa imaginii: E.A.R. Division of 3M)

Acest sistem de amortizare în strat liber este cea mai simplă formă. Energia este disipată ca urmare a extinderii și comprimării materialului de amortizare din cauza solicitării de flexiune din partea structurii de bază. Chiar și cu acest sistem simplu, tratamentele de amortizare proiectate corespunzător pot produce rezultate remarcabile, în special în cazul zgomotului de impact, unde sunt posibile reduceri de 20 de decibeli (ponderați A) (dBA) sau mai mult. Materialele de amortizare sunt disponibile sub formă de plăci pătrate sau dreptunghiulare, precum și de plasturi circulari sau pătrați. Aceste foi pot fi tăiate cu laser sau cu matriță pentru o asamblare OEM ușoară sau ca kituri de modernizare pentru service. Nu este necesar ca acoperirea să fie totală pentru a fi eficientă, iar reducerile de zgomot de impact de 10 dBA sau mai mult pot fi obținute cu o acoperire a suprafeței de doar 25%. Formele de foi mai mari, cum ar fi LS-1506/PSA-5 "x7"-10PK și LS-1006LM-PSA-12 "x12"-6PK de la 3M, sunt utile în aplicațiile de amortizare. Datorită flexibilității lor, aceste spume se pot adapta la majoritatea modelelor de produse.

Există patru factori care determină gradul de amortizare și de reducere a zgomotului:

1. Tipul și grosimea materialului de bază.
2. Grosimea și caracteristicile materialului de amortizare la temperatura și frecvența de funcționare.
3. Raportul dintre grosimea materialului de amortizare și cea a materialului de bază.
4. Procentul din suprafața acoperită de materialul de amortizare.

Tehnicile de amortizare și de control al vibrațiilor utilizează capacitatea spumei poliuretanice de a transforma mișcarea mecanică în căldură de nivel scăzut, reducând astfel nivelul de zgomot și vibrații. Spumele poliuretanice ISOLOSS LS asigură controlul energiei pentru aceste aplicații și își păstrează forma și își păstrează forma, potrivirea și funcția, chiar și în medii dificile.

Specificațiile complete ale spumei poliuretanice ISOLOSS LS pentru cele patru densități disponibile sunt rezumate în tabelul 1. În plus față de specificațiile cheie privind rezistența la compresie și deformarea forței de compresie (sarcină), tabelul enumeră standardele de testare utilizate pentru a califica materialul din spumă.

Tabelul 1: Sunt prezentate proprietățile tipice ale spumei poliuretanice ISOLOSS LS pentru cele patru densități disponibile. (Sursa imaginii: 3M)

Concluzie

Vibrațiile, șocurile, zgomotul și temperaturile extreme sunt o realitate pentru multe proiecte de sisteme, dar materialul de amortizare potrivit poate atenua considerabil efectele acestora. După cum se arată, spumele poliuretanice ISOLOSS LS de la 3M sunt disponibile într-o varietate de forme, densități și grosimi, și tolerează o gamă largă de medii și oferă o durată de viață lungă. Acestea se potrivesc aplicațiilor de etanșare în care servesc la etanșarea deschiderilor și la reducerea vibrațiilor. În aplicațiile de amortizare și de susținere, acestea reduc șocurile și vibrațiile în timp ce fixează subansamblele. În cele din urmă, în operațiunile de amortizare, acestea sunt utilizate pentru a reduce zgomotul.