Att väga för- och nackdelar med olika kapslingsmaterial

Kapslingar finns i många olika stilar, storlekar och former, men vad kapslingen är tillverkad av är ofta det allra första man tänker på när man köper en ny produkt och förmodligen den största faktorn för en kapslings prestanda. Kunskap om vanliga material är avgörande för planering, inköp och underhåll av elektriska och elektroniska enheter.

I stort sett kan kapslingsmaterial delas in i metalliska och icke-metalliska material.

Icke-metalliska kapslingar

De flesta icke-metalliska kapslingar är tillverkade av plast, vanligtvis av ABS eller polykarbonat, men även glasfiber ingår i denna kategori.

Icke-metalliska material släpper igenom radiofrekvensvågor (RF) och är ett bra val för trådlösa kommunikationsenheter som enkelt måste kunna skicka och ta emot signaler. Å andra sidan kan den här funktionen vara till nackdel om enheten måste hållas isolerad från elektromagnetiska störningar (EMI) och radiofrekvensstörningar (RFI).

ABS

Akrylonitrilbutadienstyren, ABS, är en billig termoplast som är lätt att bearbeta och forma. ABS är den föredragna plasten för inomhusbruk och trots sitt relativa låga pris, har den god slagtålighet, värmetålighet och mångsidighet. ABS för allmänna ändamål (GPABS) är den mest ekonomiska typen, men flamskyddad ABS (FRABS) finns också tillgänglig och ger en medelhög nivå av brandskydd (UL 94V-0).

ABS-kapslingar är ofta svarta, grå eller vita, men färgglada varianter som gult, rött och blått är inte ovanliga. ABS är lätt att bearbeta och modifiera. Tyvärr är den inte perfekt för användning med hög belastning och det är svårt att göra ABS transparent.

Bild 1: Kapslingar i ABS-plast från Hammonds 1551MINI-serie. Eftersom det inte går att få ABS helt genomskinligt är det vanligt med genomskinlig eller "frostad" ABS. (Bildkälla: Hammond Manufacturing)

Polykarbonat

Polykarbonat är plastvärldens rockstjärna. Med överlägsen slagtålighet, ett stort drifttemperaturområde och motståndskraft mot UV-strålning är det den plast som väljs för många utomhustillämpningar, hög slagtålighet och marina tillämpningar. UV-stabiliserad polykarbonat motstår missfärgning och skörhet på grund av solexponering och är naturligt genomskinlig. Därför används den ofta till produkter som glasögonlinser och vindrutor för tävlingsbilar, liksom till högkvalitativa kapslingar. Polykarbonat har höga brandskyddsklassificeringar. Som väntat är polykarbonat därför ett mindre ekonomiskt alternativ än ABS, särskilt i början av ett projekt, men dess livslängd även under svåra förhållanden kan spara kostnader i det långa loppet.

Bild 2: Plastkapslingar av genomskinlig-plast i serien 1591T från Hammond. (Bildkälla: Hammond Manufacturing)

Glasfiber

Glasfiberarmerad polyester, förkortat FRP eller GRP, består av polyesterplast som förstärkts med glasfibrer. FRP, liksom polykarbonat, är lämpligt för utomhusbruk, med god slagtålighet och ett stort temperaturområde, till och med större än för polykarbonat. Den kan dock missfärgas av UV-strålning. På grund av sin sammansättning kan FRP sprida glaspartiklar när den skärs och det krävs särskild personlig skyddsutrustning och verktyg för att modifiera den.

Både polykarbonat och FRP har god kemisk beständighet och båda är perfekta för användning i salta miljöer. FRP tål lösningsmedel och utspädda syror och baser. Polykarbonat tål syror och vissa lösningsmedel och alkalier bra. Undersök alltid den specifika risken innan du väljer material.

Figur 3: En kapsling av glasfiberarmerad polyester, Hammonds artikelnummer 1590ZGRP084. (Bildkälla: Hammond Manufacturing)

Kapslingar av metall

I motsats till icke-metalliska produkter har kapslingar av metall bättre skärmningsegenskaper mot RFI och EMI. Kontakten mellan metall mot metall är avgörande för fullständig skärmning och jordning, en process som är nödvändig för säkerheten vid hantering av elektriska enheter inuti kapslingen. Metalliska material är i allmänhet acceptabla för utomhusbruk och har god slagtålighet.

När det gäller metaller är det viktigt att hålla utkik efter galvanisk korrosion, även kallad korrosion av olika metaller. Om två olika metaller kommer i kontakt med varandra kommer den som är mer "basisk", eller ger upp sina elektroner lättare, att börja korrodera i snabbare takt och orsaka såväl strukturella som estetiska skador. Användare bör vara försiktiga så att de inte använder förzinkade skruvar eller en skarvlist av galvaniserat stål i t.ex. ett hölje av rostfritt stål.

Aluminium

Aluminium är en icke-järnhaltig metall som är stark trots att det är ett relativt lätt material. Förutom de olika former den kan ha, till exempel plåtaluminium, strängpressad aluminium och pressgjuten aluminium, har den även olika egenskaper beroende på vilken legering som används. En legering består av basmaterialet (aluminium) plus andra metaller eller grundämnen. Vissa legeringar är starkare än andra, eller mer draghållfasta, eller tål vissa ytbehandlingar, och så vidare.

Aluminium är lätt att bearbeta och forma och är det billigaste metallmaterialet för kapslingar.

Pressgjuten aluminium

Pressgjutna aluminiumkapslingar tillverkas genom att smält metall hälls i gjutformar (även kallade hålrum). Pressgjutning är bäst för små till medelstora kapslingar, så större produkter tenderar att använda plåt istället för gjuten metall. Processen är snabb och ger en enhetlig produkt. Pressgjutna kapslingar, liksom kapslingar av formsprutad plast, har en funktion som kallas dragvinkel. Lådans väggar måste vara något vinklade utåt så att det går att ta ur kapslingen på rätt sätt ur gjutformen. Därför kommer väggarna i pressgjutna aluminiumkapslingar att ha en lutning på några grader.

Figur 4: En pressgjuten kapsling av aluminium med tjocka väggar, Hammonds artikelnummer 1590Z110. (Bildkälla: Hammond Manufacturing)

Strängpressad aluminium

Strängpressning innefattar också smält aluminium och en matris, men i stället för att fylla ett hålrum tvingas strängpressat aluminium genom matrisen för att anta en specifik form, vilket skapar mycket långa strängpressade bitar som sedan kapas till rätt storlek. Kapslingar av strängpressad aluminium består vanligtvis av ett strängpressat rör och ändlock av metall eller plast. Strängpressning av stora bitar som kan kapas är fördelaktigt för en tillverkare som kan ha ett lager av rör och tillhandahålla en mängd olika kapslingslängder på begäran.

Hammonds kapslingar av strängpressad aluminium levereras med anodiserad yta. Anodisering är en process som ökar tjockleken på en kapslings oxidskikt och gör ytan mer hållbar. Anodisering kan appliceras i en mängd olika färger. Vissa aluminiumlegeringar anodiseras bra och andra inte; Hammonds extruderade kapslingar kan anodiseras, men kapslingar av pressgjuten aluminium kan inte anodiseras utan de pulverlackeras istället.

Figur 5: En kapsling av strängpressad aluminium med blå anodisering (monterad). Hammonds artikelnummer 1455L1201BU. (Bildkälla: Hammond Manufacturing)

Figur 6: Den strängpressade kapslingen av aluminium i figur 5 med blå anodiserad yta visas demonterad. (Bildkälla: Hammond Manufacturing)

Aluminiumplåt

Aluminiumplåtar kan kapas och bockas för att skapa kapslingar och paneler. Till skillnad från profiler och formar, som begränsas av verktygets egenskaper och dimensioner, kan otaliga kapslingar tillverkas av bockad plåt. Aluminiumplåt, särskilt i tunnare dimensioner, tål inte exceptionella mängder vikt, och plåten kan förväntas böjas eller vridas om den överbelastas.

Figur 7: Insidan på en bockad aluminiumkapsling i serien 1444 från Hammond. (Bildkälla: Hammond Manufacturing)

Stål

Stål är ett vanligt och tillförlitligt material inom många branscher. Stål är en järnlegering (tillverkad av järn i kombination med kol). Stålplåt används för att konstruera kapslingar och paneler, och det finns en mängd olika ståltyper att välja mellan beroende på användningsområde. Stål är tyngre än aluminium och i synnerhet rostfritt stål kan vara dyrare.

Mjukt stål

Mjukt stål, även kallat "stål med låg kolhalt", har lägre kolhalt än standardstål och är lättare att forma och svetsa. Mjukt stål är billigt och mångsidigt, men oxiderar i väder och vind om det inte ytbehandlas. Därför har kapslingar av stål en pulverlackerad yta jämfört med kapslingar av rostfritt stål eller aluminium som kan vara naturfärgade eller ha mindre ytbehandling. Naturligt stål kan användas för innerpaneler, eftersom de inte kommer att utsättas för väder och vind.

Bild 8: En kapsling av mjukt stål med en ljusgrå pulverlack, Hammonds artikelnummer ST12126LG. (Bildkälla: Hammond Manufacturing)

Galvaniserat stål

Galvaniserat stål tillverkas genom att stål doppas i en ytbehandling av zink. Detta skyddar stålets järnrika yta från att snabbt korrodera. Galvaniserat stål tål inte extremt frätande kemikalier eller marina miljöer. Galvaniserat stål är ett vanligt material för innerpaneler och allmänna kommersiella kapslingar för inomhusbruk. När den är pulverlackerad kan den användas utomhus i lätta förhållanden.

Rostfritt stål

Rostfritt stål är en järnlegering som innehåller krom, vilket ger det korrosionsbeständiga egenskaper. Olika kvaliteter av rostfritt stål kan skapas genom att lägga till ytterligare element. Rostfritt stål motstår rost och behöver inte ytbehandlas. Det är mycket motståndskraftigt mot syror, alkalier och lösningsmedel, har bra prestanda utomhus och är lätt att rengöra, vilket gör det perfekt för hygieniska miljöer som medicintekniska tillämpningar eller tillämpningar för livsmedel och drycker där kapslingen ofta måste spolas av.

De två mest förekommande kvaliteterna av rostfritt stål är

• 304 - Detta är den vanligaste typen av rostfritt stål.
• 316 - Detta är en mer specialiserad kvalitet som erbjuder alla ovanstående fördelar med rostfritt stål plus extra korrosionsbeständighet tack vare grundämnet molybden. Rostfritt stål 316 är utmärkt i marina miljöer.

Figur 9: En fristående kapsling av rostfritt stål, Hammonds artikelnummer HN4FS726036SS. (Bildkälla: Hammond Manufacturing)

Klassificeringar och material

En kapslings klassificering och dess material går hand i hand, eftersom klassificeringssystem som NEMA, UL och IP bedömer en kapsling utifrån dess prestanda vid olika förhållanden.

NEMA – NEMA-typer som är det vanligaste klassificeringssystemet för industri- och elskåp, beskriver om skåpet är avsett för inom- eller utomhusbruk, om det är korrosionsbeständigt och hur det fungerar mot risker som vatten och smuts. Några vanliga NEMA-typer inkluderar:

• 12 och 13 - Användning inomhus, med visst skydd mot smuts och droppande vatten
• 3R - Användning inom- eller utomhus, med skydd mot smuts och vått väder (regn, slask, snö)
• 4 - Användning inom- eller utomhus, bra skydd mot smuts, vått väder och stänk eller vatten som spolas med slang
• 4X - Liknar 4 men med tillägget korrosionsbeständighet

Bild 10: En hygienisk blå silikonpackning kring dörren på ett skåp av rostfritt stål i serien HYW från Hammond. (Bildkälla: Hammond Manufacturing)

Ingress Protection (IP) - IP-klassificeringen fastställs av International Electrotechnical Commission (IEC). IP är den vanligaste benämningen på elektroniska kapslingar, men det finns överlappningar mellan IP- och NEMA-klassificeringar. Den första siffran i IP-klassificeringen avser dammtäthet, medan den andra siffran avser vattentäthet. Några vanliga IP-klassificeringar inkluderar:

• IP54 – dammskydd, med skydd mot vattenstänk
• IP65 – lägsta klassificering för att betraktas som vattentät, lägsta rekommenderade klassificering för utomhusbruk, dammtät, med skydd mot vattenstrålar
• IP66 – dammtät, med skydd mot kraftfulla vattenstrålar
• IP67 – dammtät, med skydd mot tillfällig nedsänkning i vatten
• IP68 – dammtät, med skydd mot kontinuerlig nedsänkning i vatten

UL-listning - Produkter som är UL-listade är testade av oberoende laboratorier. Kapslingarna uppfyller de standarder som anges i UL 508A. Ingen vatteninträngning får ske mellan testerna, annars blir produkten inte UL-listad. Andra faktorer, såsom materialets konsekvens, fabriksprocesser, UV-beständighet och brandklassning, beaktas också. UL-listning är en värdefull indikering på prestanda, kvalitet och säkerhet.

Bild 11: En UL-etikett inuti en UL-listad kapsling av polykarbonat, Hammonds artikelnummer 1554C2GYCL. (Bildkälla: Hammond Manufacturing)

Sammanfattning

Att konstruera en elektrisk eller elektronisk enhet kan innebära många överväganden, men förhoppningsvis kan denna översikt över kapslingsmaterial och klassificeringar hjälpa till att effektivisera valet av kapsling.

Oavsett om tillämpningen kräver en enkel plastlåda för en handhållen strömbrytare eller ett robust, rostfritt skåp som måste stå emot salt luft på en pir, är kapslingar utan tvekan en viktig del av alla installationer.