Ako ste ikada držali komad elektronike koji je preživio pad s radnog stola, elektroniku ispod haube automobila koja prolazi kroz rupe i temperaturne promjene, ili čak zrakoplovnu komponentu koja je letjela kroz turbulentni zrak, iskusili ste prigušivanje vibracija na poslu. Većina ljudi ne razmišlja o tihom radnom konju koji omogućuje tu izdržljivost, ali za inženjere koji projektiraju za okruženja s visokim vibracijama, komponentni silikon je mnogo više od pukog brtvila ili punila - to je okosnica pouzdanog upravljanja vibracijama. Kao dobavljač silikonskih komponenti s desetljećima iskustva podržavajući industrije od automobilske do industrijskih kontrola, iz prve ruke sam vidio kako ovaj materijal nadmašuje druge opcije, ali samo kada shvatite kako se njegova jedinstvena svojstva prevode u performanse prigušivanja vibracija u stvarnom svijetu.
Za početak, razjasnimo zašto su vibracije tako kritičan problem za elektroničke i mehaničke komponente. Vibracije - bilo da su uzrokovane bukom s ceste, radom motora ili atmosferskim turbulencijama - stvaraju ciklički stres na sitnim lemljenim spojevima, osjetljivim senzorima i tiskanim pločama. S vremenom, ovaj stres dovodi do kvara uslijed zamora: lemljenje puca, konektori se olabave, a senzori se ne poravnaju, čak i ako se komponenta nikada ne pregrijava ili smoči. Tu dolaze materijali za prigušivanje vibracija: njihov je posao apsorbirati tu cikličku energiju, pretvoriti je u malu količinu topline i spriječiti je da ošteti osjetljive dijelove. Komponentni silikon je jedinstveno prikladan za to zbog svoje molekularne strukture: dugi, fleksibilni silikonski polimerni lanci koji se mogu istegnuti i preusmjeriti bez loma, u kombinaciji s niskom temperaturom staklenog prijelaza (Tg) što znači da ostaje fleksibilan čak i u hladnim uvjetima gdje drugi materijali otvrdnu i pucaju.
Usporedimo to s uobičajenim alternativnim materijalima kako bismo ovo stavili u perspektivu. Epoksidi su, na primjer, kruti i nude dobru strukturnu potporu, ali njihova visoka Tg znači da postaju krti na temperaturama ispod ništice, pretvarajući se u slabe prigušivače vibracija točno kada oprema poput poljoprivrednih strojeva ili terenskih vozila radi zimi. Uretani su nešto fleksibilniji od epoksida, ali se mogu razgraditi zbog izlaganja UV zračenju ili visokim temperaturama (poput okoline ispod haube od 120°C s kojom se suočavaju mnoge automobilske komponente), što dovodi do gubitka performansi prigušenja tijekom vremena. Komponentni silikon, s druge strane, održava svoju fleksibilnost u temperaturnom rasponu od -60°C do 200°C za mnoge formulacije, što je točno raspon u kojem rade aplikacije s najvećim brojem vibracija.
Prijeđimo sada na specifične metrike performansi koje su važne za prigušivanje vibracija. Ključni broj ovdje je tangens gubitka (tan δ), koji mjeri sposobnost materijala da rasprši vibracijsku energiju. Vrijednost tan δ iznad 0,1 znači da je materijal učinkovit u prigušivanju; vrijednosti iznad 0,3 znače da je vrlo učinkovit. Većina sastavnih silikona za prigušivanje vibracija ima tan δ između 0,2 i 0,5 u svom radnom temperaturnom rasponu, što nadmašuje i epokside (obično tan δ < 0,1) pa čak i mnoge specijalizirane uretanske materijale za prigušivanje vibracija (koji često padaju ispod 0,1 na ekstremnim temperaturama). To znači da kada je komponenta zalivena ili zabrtvljena silikonom komponente izložena vibracijama, apsorbira 20-50% te cikličke energije, umjesto da dopušta da se prenese izravno na unutarnje dijelove.
Ali nije važna samo količina preplanulosti δ - način na koji se silikon nanosi čini veliku razliku. Dvokomponentne silikonske mase za zalivanje, na primjer, stvrdnjavaju se tako da formiraju jednoličan sloj bez naprezanja oko komponenti, što je idealno za kapsuliranje tiskanih ploča kojima je potrebna potpuna zaštita od vibracija. NašeSO-820 Silikonska masa za zalivanje | UL 94 V-0 RTV materijal za kapsuliranje Tajvanformuliran je posebno za to: ima tan δ od 0,35 na sobnoj temperaturi, stvrdnjava se bez skupljanja (veliki plus jer skupljanje stvara unutarnje naprezanje koje može dovesti do kvara komponente), i zadovoljava UL 94 V-0 otpornost na plamen za primjene gdje je sigurnost od požara važna. Radio sam s proizvođačem automobila koji je prešao s epoksidnog zalivanja na SO-820 za svoje upravljačke jedinice motora (ECU) i zabilježio pad od 70% u kvarovima na terenu povezanim s vibracijama tijekom 18 mjeseci. razlog? Fleksibilnost silikona uskladila se s koeficijentom toplinske ekspanzije (CTE) materijala tiskanih ploča bolje od epoksida, tako da se ECU grijao i hladio tijekom rada, pomicao se zajedno s pločom umjesto da stvara stres na lemljenim spojevima - dok je također apsorbirao vibracije ceste i motora koje bi inače popucale na spojevima.
Za aplikacije koje ne zahtijevaju potpunu kapsulaciju, poput brtvljenja senzora ili konektora, jednokomponentni RTV silikoni često su bolji izbor. NašeRtv-1 Alkoxy elektroničko silikonsko brtvilostvrdnjava u dodiru s vlagom, što ga čini lakim za nanošenje na licu mjesta ili tijekom montaže, i ima ten δ od 0,28 na -40°C do 150°C. Sjećam se klijenta u industriji poljoprivredne opreme koji je imao problema s vibracijama motora traktora koji su popuštali senzore brzine. Koristili su ljepilo opće namjene koje se stvrdnulo u kruti sloj u roku od mjesec dana, a senzor bi se pomaknuo. Zamjena za naše RTV-1 alkoksi silikonsko brtvilo omogućilo je lagano pomicanje senzora s vibracijama, dok su svojstva prigušivanja silikona apsorbirala visokofrekventnu buku motora koja je olabavila nosač. Izvijestili su o nula kvarova senzora povezanih s vibracijama nakon prebacivanja, što im je uštedjelo više od 20.000 dolara u jamstvenim zahtjevima u jednoj sezoni žetve.
Još jedna uobičajena primjena s velikim vibracijama je automobilska elektronika ispod poklopca motora i karoserije. Bijela silikonska brtvila za prijenos topline za automobile dvostruka su namjena: brtve, odvode toplinu i prigušuju vibracije. NašeBijelo automobilsko silikonsko brtvilo za prijenos toplineima toplinsku vodljivost od 0,8 W/mK (mnogo više od standardnih silikonskih brtvila, koja su oko 0,2 W/mK) plus tan δ od 0,3 u tipičnom rasponu temperature ispod haube. Za sustave upravljanja baterijama električnih vozila (BMS), gdje su moduli izloženi vibracijama na cesti i trebaju ostati na stalnoj temperaturi, ovo brtvilo je savršeno: ono povezuje module baterija sa šasijom, apsorbira vibracije koje bi zamorile spojeve modula i odvodi toplinu koja se stvara tijekom punjenja i pražnjenja. Surađivali smo s početnim proizvođačem električnih vozila koji je testirao ovo brtvilo u usporedbi s uretanskim proizvodom konkurencije na svojim BMS modulima. Nakon 1000 sati ispitivanja vibracija na 10 g (standard za automobilske komponente), konkurentov uretan je razvio mikropukotine koje su omogućile prodor vlage, dok naše silikonsko brtvilo nije pokazalo znakove pucanja i zadržalo je svojstva prigušivanja.
Ali nisu svi sastavni silikoni jednaki za prigušivanje vibracija. Postoji nekoliko ključnih čimbenika na koje morate obratiti pozornost pri odabiru pravog materijala za svoju primjenu. Prvo, brzina otvrdnjavanja: ako trebate brzo obraditi dijelove, dvokomponentni sustav poput našeg2-dijelna električna silikonska smjesa za zalivanjekoji se stvrdnjava za 15-30 minuta na sobnoj temperaturi bolji je od jednodijelnog sustava koji se sporo stvrdnjava. Ako popravljate na licu mjesta ili nanosite na velike dijelove, jednodijelni sustav poput našegJednodijelni silikonski brtviloda bi liječenje u 24 sata moglo biti praktičnije. Drugo, temperaturni raspon: ako će vaša aplikacija biti izložena ekstremnoj hladnoći ili vrućini, pobrinite se da je Tg silikona ispod najniže radne temperature i iznad najviše. Mnogi komponentni silikoni niskog stupnja imaju Tg vrijednosti oko -20°C, što znači da postaju kruti na nižim temperaturama, gubeći svoju sposobnost prigušivanja. Sve naše formulacije usmjerene na vibracije imaju Tg vrijednosti ispod -50°C, tako da ostaju fleksibilne čak iu arktičkim okruženjima ili okruženjima na velikim visinama.
Drugi faktor koji se često zanemaruje je prianjanje. Prigušivač vibracija radi samo ako je ispravno spojen na komponente koje štiti. Ako se silikon odvoji od tiskane ploče ili kućišta, ne može apsorbirati energiju, što dovodi do istog kvara kao i bez prigušivača. Zato su svi naši sastavni silikoni formulirani s promotorima prianjanja koji su prilagođeni uobičajenim podlogama poput FR-4 tiskanih ploča, aluminijskih kućišta i plastičnih kućišta. Nudimo i smjernice za površinsku obradu kako bismo osigurali pravilno lijepljenje, jer čak ni najbolji materijal neće funkcionirati ako se nepravilno nanese.
Vidio sam projekte u kojima su se inženjeri prebacili na δ silikon s višom preplanulošću, ali su i dalje imali slabe vibracije jer nisu pravilno pripremili površinu, što je dovelo do raslojavanja nakon nekoliko mjeseci korištenja. To je jednostavan korak, ali čini veliku razliku u izvedbi u stvarnom svijetu.
Razgovarajmo io dugoročnoj izdržljivosti, jer prigušivanje vibracija nije jednokratna stvar. Mnogi materijali gube svoja svojstva prigušivanja tijekom vremena zbog izloženosti okolišu: UV svjetlu, kemikalijama ili promjenama temperature. Komponentni silikon, posebno naše posebno formulirane vrste, ima izvrsnu otpornost na ove čimbenike. Na primjer, silikonska masa za posuđe SO-820 testirana je na 10 godina izloženosti na otvorenom i još uvijek zadržava 90% svoje izvorne boje δ. To je kritično za aplikacije kao što su industrijske upravljačke ploče na udaljenim lokacijama ili poljoprivredna oprema koja je izložena prašini, vlazi i UV zračenju zbog izlaganja suncu. Klijent iz rudarske industrije koristio je našu dvokomponentnu električnu silikonsku smjesu za zalivanje na senzorima koji se koriste u opremi za bušenje, koja radi na temperaturama u rasponu od -10°C do 80°C i izložena je stalnim visokofrekventnim vibracijama. Nakon tri godine rada na terenu, njihova stopa kvarova na ovim senzorima bila je manja od 0,5%, u usporedbi s 12% kada su koristili uretansku smjesu za posuđe koja se razgradila od prašine i topline.
Sada želim biti transparentan o tome gdje komponentni silikon možda nije najbolji izbor. Ako vam je potrebna čvrsta strukturna veza ili radite u primjenama s vrlo visokim temperaturama iznad 200°C (za njih su bolji epoksidi s keramičkim punjenjem ili metalne legure), komponentni silikon možda nije pravi. No, za 90% aplikacija s teškim vibracijama - automobilska elektronika, industrijske kontrole, zrakoplovne komponente, poljoprivredna oprema, pa čak i potrošačka elektronika poput pametnih telefona koji se redovito ispuštaju - to je najpouzdanija i isplativa opcija. Početni trošak može biti malo viši od epoksida ili općih ljepila, ali dugoročne uštede od smanjenih jamstvenih zahtjeva, manje kvarova na terenu i duži vijek trajanja komponente čine ga vrijednim ulaganja.
Ako radite na projektu u kojem vibracije predstavljaju problem ili želite nadograditi svoje trenutno rješenje za prigušivanje, savjetujem vam da se obratite našem timu. Pomogli smo stotinama klijenata u različitim industrijama da odaberu pravi silikon za komponente za njihove specifične vibracije, temperaturu i potrebe primjene, a možemo pružiti prilagođene formulacije, podršku testiranju i tehničke smjernice kako bismo osigurali da vaše komponente ostanu pouzdane čak i u najtežim uvjetima.
Reference
- Landrock, AH (1995).Tehnološki priručnik za ljepila(2. izdanje). William Andrew Publishing.
- ASTM D4065 – 21, Standardna ispitna metoda za plastiku: dinamička mehanička svojstva: vlačnost, savijanje i udar na temperaturama iznad i ispod sobne temperature. ASTM International.
- Društvo automobilskih inženjera (SAE) J1455, Standardna ispitna metoda za ispitivanje okoliša elektroničke opreme za prijevoz.
- Silva, MF, i sur. (2005). Karakteristike prigušivanja vibracija kompozita na bazi silikona za automobilsku primjenu.Ispitivanje polimera, 24(7), 884–890.