Hur man skyddar känslig elektronisk utrustning från stötar, vibrationer och temperatur

Stötar, vibrationer och överdriven uppvärmning är ett hot mot alla elektroniska system eftersom de snabbt kan leda till systemfel. Dessutom kommer överdrivet buller under drift att leda till klagomål från kunderna och ett orimligt antal reparationssamtal. Dålig kylning kan dessutom öka kostnaderna.

Vibrationer och buller kan komma från en felaktigt monterad kylfläkt. Luftläckage kring servicepaneler och åtkomstportar kan läcka kall luft, vilket höjer lufttemperaturen och sänker kylningseffektiviteten i ventilations- och luftkonditioneringssystem. Höljen kan skramla och vibrera på grund av mekaniska resonanser.

Buller, vibrationer och temperaturökningar är nästan oundvikliga, men de måste minimeras. För detta kan konstruktörerna använda sig av energiabsorberande packningar, stötfångare och dämpare av polyuretanskum. För att välja rätt material krävs dock en förståelse för deras primära egenskaper och prestanda.

Artikeln tar upp de viktigaste egenskaperna som konstruktörer måste ta hänsyn till när de väljer ett dämpande material, med 3M:s produkter ISOLOSS LS av polyuretanskum, som exempel från den verkliga världen. Artikeln visar hur ISOLOSS LS-polyuretanskumprodukter kan användas för att skydda kritisk utrustning i de mest krävande tillämpningar för att spara tid och kostnader för konstruktörer.

ISOLOSS LS-polyuretanskum

3M:s ISOLOSS-material är fincelligt polyuretanskum med hög densitet. Det är slitstarkt och energiabsorberande med låg kompressionsställning och konsekvent kraftavböjning, och de kan användas inom ett brett temperaturområde. De finns i en mängd olika tätheter, tjocklekar och former, inklusive packningsremsor, cirklar och kvadrater samt fyrkantiga och rektangulära plattor (figur 1).

Figur 1: 3M ISOLOSS LS-polyuretanskum finns i en mängd olika användbara former som kan användas som stötfångare, packningar, vibrationsisolatorer och dämpande skivor. (Bildkälla: 3M)

Förutom att ISOLOSS LS polyuretanskum finns i olika former finns det i fyra olika densiteter: 10 (160,2), 15 (240,4), 20 (320,4) och 25 (400,5) lb/ft³ (kg/m³). Tätheterna är viktiga för att anpassa polyuretanskummet till specifika tillämpningar. Alla dessa skumprodukter kan användas i ett temperaturområde från -40 °C till +107 °C.

Polyuretanskum används i tre olika typer av tillämpningar: packningar, dämpning och stöd samt energikontroll. Packningar måste kunna täta springor, absorbera mekaniska stötar och vibrationer och ge en tätning mellan motstående ytor. En packning mellan en fläkt och ett hölje ger vibrationsisolering och utgör en tätning för att förhindra tryckförlust. Dämpning och stöd innebär att objekt isoleras från varandra, till exempel en stötfångare på en dörr som stänger en strömbrytare för att övervaka dörrstängningen. Stötfångaren dämpar kontakten och minskar stötarna från dörrstängningen. De mindre cirkulära och fyrkantiga kuddarna, som LS-2506-PSA-1-CIRCLE-50PK eller LS-2006-PSA-2-X2-50PK, används ofta för sådana tillämpningar. Energikontroll innebär att den mekaniska energin minskas genom att stöt- eller chockdämpning och vibrationsdämpning sker.

Viktiga egenskaper hos polyuretanskum

Alla dessa tillämpningar är beroende av att skummet kan behålla sin form och ge en kraft mot ett föremål som trycker ihop det. De två specifikationerna för polyuretanskum som mäter dessa egenskaper är kompressionssättningsmotstånd, vanligen kallat kompressionssättning, och kompressionskraftsdeflektion (CFD).

Kompressionssättning är ett mått på den permanenta deformationen av skummet efter långvarig kompression. Ett lågt värde för kompressionsställning indikerar att skummet återgår till sin ursprungliga tjocklek efter återkommande eller kontinuerlig kompression. 3M ISOLOSS LS-skum har mindre än 1 % kompressionsställning vid rumstemperatur, enligt ASTM D1667, standardspecifikationen för flexibla cellulära material.

ASTM D3574 D, som omfattar standardprovningsmetoder för flexibla cellplastmaterial, specificerar mätning av kompressionsställning. Materialet som testas komprimeras till 50 % av tjockleken och utsätts för hög temperatur under en längre tid. Kompressionssättningen är den procentandel av den ursprungliga tjockleken som går förlorad efter att kompressionen har tagits bort.

Ett typiskt användningsområde som kräver god motståndskraft mot kompressionssättning är en tätning av en luftkonditioneringsapparats filterstativ (Figur 2).

Figur 2: En ISOLOSS LS-skumpackning med låg kompression tätar dörren till ett filterställ för luftkonditionering och minimerar luftläckage samtidigt som den håller filtret på plats. (Bildkälla: 3M)

Luftfilterställen använder polyuretanskum med låg kompression för att försegla filterhuset och hålla filtret på plats. När filtret tas bort för att bytas ut eller rengöras expanderar skummet tillbaka till nästan sin fulla tjocklek. Den låga kompressionen garanterar att tätningen behåller sin prestanda, oavsett hur länge den har komprimerats. Den här tillämpningen skulle använda ett packningsskum som 3M:s LS-1025LM/PSA-0,75 tum x 180 tum i -1RL. LS-1025LM/PSA är en 0,75 tum bred och 0,25 tum tjock remsa med en densitet på 10 lb/ft³. Det mjuka skummet anpassar sig till filtret och håller det på plats, samtidigt som dörröppningen täcks.

CFD representerar skummets fasthet vid olika grader av kompression. ASTM D3574C testar CFD genom att komprimera skummet från 100 % till 30 % av dess ursprungliga tjocklek, dvs. 10 % till 70 % kompression. När skummet komprimeras mäts den kraft som den komprimerande ytan använder för att minska skummet till en viss tjocklek. Det är viktigt att komma ihåg att detta också är den kraft som skummet utövar på den komprimerande ytan. I figur 3 visas en kurva över kompressionen som en funktion av den applicerade kraften. CFD-tabeller och/eller diagram tillhandahålls för varje ISOLOSS LS-skumtäthet för att finjustera skumvalsprocessen för varje tillämpning.

Figur 3: Diagram över CFD-plottar för de fyra tillgängliga skumtätheterna (80,2, 160,2, 320,4 och 400,5 kg/m³). Ökad kraft kan uppnås genom att använda ett skum med högre densitet eller genom ökad kompression. (Bildkälla: 3M)

Tänk på en dämpningstillämpning där två ytor måste hållas isär med ett tryck på 100 kPa (14,5 psi). Detta kan uppnås genom att använda ett skum med en vikt på 400,5 kg/m³ komprimerat till cirka 16 %, ett skum med en vikt på 320,4³ komprimerat till cirka 28 %, ett skum med en vikt på 160,2 kg/m³ komprimerat till cirka 50 % eller ett skum med en vikt på 80,1 kg/m³ komprimerat till cirka 70 %.

Vibrations- och bullerdämpning

Strukturell dämpning är ett sätt att eliminera mekanisk energi genom att omvandla den till värme. Dämpningsmaterial appliceras direkt på ytan av en konstruktion med hjälp av ett starkt lim (figur 4).

Figur 4: ISOLOSS LS-skumplattor som fästs på ytor kan dämpa buller. De är kompatibla med ett brett utbud av 3M:s tryckkänsliga lim. (Bildkälla: E.A.R. en avdelning inom 3M)

Detta dämpningssystem med fria lager är den enklaste formen. Energin går förlorad genom att det dämpande materialet sträcks och komprimeras på grund av böjspänningen från grundkonstruktionen. Även med detta enkla system kan korrekt utformade dämpande behandlingar ge anmärkningsvärda resultat, särskilt när det gäller buller från stötar där det är möjligt att minska ljudet med 20 decibel (A-viktat) (dBA) eller mer. Dämpningsmaterial finns i fyrkantiga eller rektangulära plattor samt i cirkulära eller fyrkantiga lappar. Plåtmaterialen kan stansas eller laserskäras för enkel OEM-montering eller som serviceutrustningar för eftermontering. Täckningen behöver inte vara total för att vara effektiv, och bullerminskningar på 10 dBA eller mer kan uppnås med så lite som 25 % yttäckning. Större ark, som 3M:s LS-1506/PSA-5 "x7"-10PK och LS-1006LM-PSA-12 "x12"-6PK, är användbara i dämpande tillämpningar. Tack vare sin flexibilitet kan dessa skumplaster anpassas till de flesta produktkonstruktioner.

Det finns fyra faktorer som avgör hur mycket dämpningen och bullerdämpningen är:

1. Basmaterialets typ och tjocklek.
2. Dämpningsmaterialets tjocklek och egenskaper vid driftstemperatur och frekvens.
3. Förhållandet mellan dämpningsmaterialets tjocklek och basmaterialets tjocklek.
4. Procentuell andel av ytan som täcks av det dämpande materialet.

Tekniker för dämpnings- och vibrationskontroll använder polyuretanskummet för att omvandla mekanisk rörelse till låg värme, vilket minskar buller- och vibrationsnivåerna. ISOLOSS LS-polyuretanskum ger energikontroll för dessa tillämpningar, och de håller formen och bibehåller form, passform och funktion även i tuffa miljöer.

De fullständiga specifikationerna för ISOLOSS LS-polyuretanskum för de fyra tillgängliga densiteterna sammanfattas i tabell 1. Förutom de viktigaste specifikationerna för kompressionsmotstånd och kompressionskraftens (belastningens) avböjning listas i tabellen de teststandarder som används för att kvalificera skummaterialet.

Tabell 1: Här visas de typiska egenskaperna för ISOLOSS LS-polyuretanskum för de fyra tillgängliga densiteterna. (Bildkälla: 3M)

Sammanfatttning

Vibrationer, stötar, buller och extrema temperaturer är en realitet för många systemkonstruktioner, men rätt dämpningsmaterial kan mildra effekterna i hög grad. 3M:s ISOLOSS LS-polyuretanskum finns i en mängd olika former, densiteter och tjocklekar, och de tål en stor mängd miljöer och har lång livslängd. De passar för packningstillämpningar där de tätar öppningar och minskar vibrationer. I dämpnings- och stödtillämpningar minskar de stötar och vibrationer samtidigt som de skyddar delenheter. Slutligen används de för att minska buller vid dämpning.