כיצד להגן על ציוד אלקטרוני רגיש מפני זעזועים, רעידות וטמפרטורה

זעזועים, רעידות וחימום גבוה מדי מהווים איום על כל תכן מערכת אלקטרונית מכיוון שהם יכולים לגרום במהירות לתקלות במערכת. כמו כן, רעש גבוה מדי בזמן הפעולה יגרום לתלונות לקוחות ולמספר גבוה מדי של קריאות תיקון. בנוסף, קירור לקוי יכול להעלות את העלויות.

רעידות ורעש עלולים להגיע ממאוורר קירור שאינו מותקן כהלכה. דליפות אוויר סביב פאנלי שירות ויציאות גישה עלולות לגרום לדליפת אוויר קר, להעלות את טמפרטורת האוויר ולהוריד את יעילות הקירור במערכות אוורור ומיזוג אוויר. מארזים עלולים להרעיד ולהרעיש עקב תהודה מכנית.

אמנם רעש, רעידות ועליות טמפרטורה הם כמעט בלתי נמנעים, אך יש להפחיתם למינימום. לשם כך המתכננים יכולים לפנות לאטמים, פגושים ומשככים מקצף פוליאוריטן סופג אנרגיה. עם זאת, בחירת החומר הנכון דורשת הבנה של המאפיינים העיקריים והביצועים שלהם.

מאמר זה יבחן את המאפיינים העיקריים שהמתכננים צריכים לקחת בחשבון בבחירת חומר השיכוך, תוך שימוש במוצרי קצף פוליאוריטן ISOLOSS LS‏ של 3M כדוגמאות מהעולם האמיתי. המאמר יראה כיצד ניתן ליישם מוצרי קצף פוליאוריטן ISOLOSS LS כדי להגן על ציוד קריטי ביישומים התובעניים ביותר כדי לחסוך למתכננים זמן ועלות.

קצף פוליאוריטן ISOLOSS LS

חומרי ISOLOSS של 3M הם קצפי פוליאוריטן בעלי תאים עדינים בצפיפות גבוהה. הם עמידים וסופגים אנרגיה עם סף דחיסה נמוך והסטת כוח עקבית, וניתנים לשימוש בתחום טמפרטורות רחב. הם זמינים במגוון צפיפויות, עוביים וצורות, כולל אטמים בצורת פסים, עיגולים ומרובעים ויריעות מרובעות ומלבניות (איור 1).

איור 1: קצף פוליאוריטן ISOLOSS LS של 3M זמין במגוון צורות שימושיות המוכנות לשימוש כמשככים, אטמים, מבודדי רעידות ויריעות שיכוך. (מקור התמונה: 3M‏)

בנוסף להיותו זמין במגוון של צורות, קצף פוליאוריטן ISOLOSS LS זמין בארבע צפיפויות שונות: 10 (160.2), 15 (240.4), 20 (320.4) ו-25 (400.5) פאונד לרגל מעוקב (lb/ft‏^3‏) (קילוגרם למטר מעוקב (^3‏kg/m‏)). הצפיפויות חשובות בהתאמת קצף פוליאוריטן ליישומים ספציפיים. כל מוצרי הקצף הללו פועלים בתחום הטמפרטורות של C‏°‏40‏- עד 107°C‏+ (F‏°‏40‏- עד F‏°‏228‏).

קצף פוליאוריטן משמש בשלושה סוגים שונים של יישומים: איטום, ריפוד ותמיכה, ובקרת אנרגיה. איטום מצריך יכולת לאטום מרווחים, לספוג זעזועים ורעידות מכניים ולספק איטום בין משטחים מחוברים. אטם בין מאוורר למארז סגור מספק בידוד רעידות ואיטום למניעת איבוד לחץ. ריפוד ותמיכה כרוכים בבידוד אובייקטים זה מזה, כמו משכך על דלת הסוגר מתג לניטור סגירת הדלת. המשככים מרפדים את המתג ומפחיתים את הזעזועים של סגירת הדלת. הרפידות העגולות והמרובעות הקטנות יותר, כמו LS-2506-PSA-1-CIRCLE-50PK‏ או LS-2006-PSA-2-X2-50PK‏, משמשים לרוב עבור יישומים כאלו. בקרת אנרגיה כוללת הפחתת אנרגיה מכנית על ידי בלימת פגיעות או זעזועים ושיכוך רעידות.

המאפיינים העיקריים של קצף פוליאוריטן

כל היישומים הללו תלויים ביכולתו של הקצף לשמור על צורתו ולספק כוח כנגד אובייקט הדוחס אותו. שני המפרטים של קצף פוליאוריטן המודדים את המאפיינים הללו הם התנגדות הדחיסה, המכונה בדרך כלל סט הדחיסה (Compression Force), והטיית כוח הדחיסה (CFD‏ = Compression Force Deflection).

סט הדחיסה הוא מדד לעיוות הקבוע של הקצף לאחר דחיסה מתמשכת. ערך נמוך של סט הדחיסה מציין שהקצף יחזור לעוביו המקורי לאחר דחיסה חוזרת או מתמשכת. קצפי 3M ISOLOSS LS חווים פחות מ-1% סט דחיסה בטמפרטורת החדר, לפי ASTM D1667, המפרט הסטנדרטי לחומרים סלולריים גמישים.

ה-ASTM D3574 D, המכסה את שיטות הבדיקה הסטנדרטיות לחומרים סלולריים גמישים, מפרט את מדידת סט הדחיסה. החומר הנבדק נדחס לעובי של 50% ונחשף לטמפרטורה גבוהה למשך זמן ממושך. סט הדחיסה הוא האחוז מהעובי המקורי שאבד לאחר הסרת הדחיסה.

יישום טיפוסי הדורש עמידות טובה של סט הדחיסה הוא באטם שבדלת כונן המסנן של מזגן אוויר (איור 2).

איור 2: אטם קצף ISOLOSS LS עם סט דחיסה נמוך אוטם את דלת הגישה של כונן מסנן מיזוג אוויר, ומקטין למינימום דליפות אוויר תוך החזקת המסנן במקומו. (מקור התמונה: 3M‏)

כוננים לסינון אוויר משתמשים בקצף פוליאוריטן עם סט דחיסה נמוך כדי לאטום את בית המסנן ולהחזיק את המסנן במקומו. כאשר מסירים את המסנן לצורך החלפה או ניקוי, הקצף מתרחב בחזרה כמעט לעוביו המלא. סט הדחיסה הנמוך מבטיח שהאטם ימשיך לשמור על ביצועיו, ללא קשר לכמה זמן הוא נדחס. יישום זה ישתמש בקצף איטום כמו LS-1025LM/PSA-1"X180"-1RL‏. ה-LS-1025LM/PSA הוא רצועה ברוחב 0.75 אינץ', עובי 0.25 אינץ', עם צפיפות של ^3‏lb/ft‏ 10‏. קצף רך זה מתאים למסנן ושומר אותו במקומו, תוך שהוא עדיין אוטם את פתח הדלת.

ה-CFD מייצג את המוצקות של הקצף בדרגות שונות של דחיסה. ASTM D3574C בודק את ה-CFD על ידי דחיסה של הקצף מ-100% ל-30% מהעובי המקורי שלו, כלומר 10% עד 70% דחיסה. כאשר הקצף נדחס, נמדד הכוח שמשטח הדחיסה מפעיל כדי להקטין את הקצף לעובי מסוים. חשוב לזכור שזהו גם הכוח שהקצף מפעיל על משטח הדחיסה. גרף הדחיסה כפונקציה של הכוח המופעל מוצג באיור 3. טבלאות ו/או גרפים של CFD מסופקים עבור כל אחת מצפיפויות הקצף ISOLOSS LS על מנת להבטיח כיוונון-עדין של תהליך בחירת הקצף עבור כל יישום.

איור 3‏: גרפים של CFD עבור ארבעת צפיפויות הקצף הזמינות ((^3‏lb/ft‏ 10, 15, 20 או 25). ניתן להשיג כוח מוגבר על ידי שימוש בקצף בצפיפות גבוהה יותר או על ידי שימוש בדחיסה מוגברת. (מקור התמונה: 3M‏)

נבחן יישום ריפוד שבו שני משטחים חייבים להיות מרוחקים זה מזה בלחץ של kPa‏ 100‏ (psi‏ 14.5‏). ניתן להשיג זאת באמצעות קצף של ^3‏lb/ft‏ 25 הדחוס לכ-16%, קצף של ^3‏lb/ft‏ 20‏ הדחוס לכ-28%‏, קצף של ^3‏lb/ft‏ 15 הדחוס לכ-50%, או קצף של ^3‏lb/ft‏ 10 הדחוס לכ-70%‏.

שיכוך רעידות ורעשים

שיכוך מבני הוא אמצעי לביטול אנרגיה מכנית על ידי הפיכתה לחום. חומרי שיכוך מיושמים ישירות על פני השטח של המבנה באמצעות דבק חזק (איור 4).

איור 4: יריעות קצף ISOLOSS LS המחוברות למשטחים יכולות לספק שיכוך רעש; הן תואמות למגוון רחב של דבקים רגישים ללחץ של 3M. (מקור התמונה: חטיבת .E.A.R של 3M)

מערכת שיכוך בשכבה-חופשית זו היא הצורה הפשוטה ביותר. האנרגיה מתפזרת כתוצאה מהרחבה ודחיסה של חומר השיכוך עקב מתח הכיפוף ממבנה הבסיס. אפילו עם מערכת פשוטה זו, טיפולי שיכוך מתוכננים כהלכה יכולים להפיק תוצאות יוצאות-דופן, במיוחד עבור רעשי פגיעה שבהם אפשריות הפחתות של 20 דציבלים (A-Weighted) (dBA) או יותר. חומרי שיכוך זמינים ביריעות מרובעות או מלבניות, כמו גם טלאים עגולים או מרובעים. ניתן לחתוך חומרי יריעות אלה במבלט או בלייזר עבור הרכבת OEM קלה, או כערכות רטרו-פיט. הכיסוי לא צריך להיות מוחלט כדי להיות יעיל, וניתן להשיג הפחתת רעשי פגיעות של ‎10 dBA או יותר עם כיסוי משטח הקטן עד כדי 25%. צורות יריעות גדולות יותר של 3M, כגון LS-1506/PSA-5"x7"-10PK‏ ו-LS-1006LM-PSA-12"x12"-6PK‏, הן שימושיות ביישומי שיכוך. הודות לגמישות שלהן, יריעות קצף אלו מתאימות לרוב תכני המוצרים.

ישנם ארבעה גורמים הקובעים את כמות השיכוך והפחתת הרעש:

1. סוג ועובי חומר הבסיס.
2. העובי והמאפיינים של חומר השיכוך בטמפרטורה ובתדר הפעולה.
3. היחס בין עובי חומר השיכוך לזה של חומר הבסיס.
4. אחוז משטח הפנים המכוסה על ידי חומר השיכוך.

טכניקות שיכוך ובקרת רעידות משתמשות ביכולת של קצף הפוליאוריטן להמיר תנועה מכנית לחום ברמה נמוכה, ובכך להפחית את רמות הרעש והרעידות. קצפי פוליאוריטן ISOLOSS LS מספקים בקרת אנרגיה עבור יישומים אלה, והם מחזיקים בצורתם ושומרים על הצורה, ההתאמה והתפקוד, אפילו בסביבות קשות.

המפרטים המלאים של קצף פוליאוריטן ISOLOSS LS עבור ארבעת הצפיפויות הזמינות מסוכמים בטבלה 1. בנוסף למפרטי המפתח של התנגדות סט הדחיסה והטיית כוח (עומס) הדחיסה, הטבלה מפרטת את תקני הבדיקה המשמשים להערכת חומר הקצף.

טבלה 1: כאן מוצגים המאפיינים הטיפוסיים של קצף פוליאוריטן ISOLOSS LS עבור ארבעת הצפיפויות הזמינות. (מקור התמונה: 3M‏)

סיכום

רעידות, זעזועים, רעש וטמפרטורות קיצוניות הן המציאות עבור תכני מערכות רבים, אך חומר השיכוך הנכון יכול למתן מאוד את השפעותיהם. כפי שהוצג, קצפי הפוליאוריתן ISOLOSS LS של 3M מגיעים במגוון צורות, צפיפות ועוביים, והם עומדים במגוון רחב של סביבות ומציעים חיי שירות ארוכים. הם מתאימים ליישומי איטום שבהם הם משמשים לאיטום פתחים ולהפחתת רעידות. ביישומי ריפוד ותמיכה, הם מפחיתים זעזועים ורעידות תוך אבטחת תת-מכלולים. לבסוף, בפעולות שיכוך, הם משמשים להפחתת רעשים.