电子设备如何免受振动和温度影响

　　冲击、振动和过热对任何电子系统设计都是一种威胁，因为它们会迅速导致系统故障。此外，操作时噪音过大会引起客户投诉和过多的维修电话。此外，冷却不良会增加成本。

　　振动和噪音可能来自安装不当的冷却风扇。维修面板和检修口周围的空气泄漏会泄漏冷空气，从而提高空气温度并降低通风和空调系统的冷却效率。由于机械共振，外壳可能会发出嘎嘎声和振动。

　　虽然噪音、振动和温度升高几乎是不可避免的，但它们需要尽量减少。为此，设计师可以求助于吸能聚氨酯泡沫垫圈、保险杠和阻尼器。然而，选择正确的材料需要了解它们的主要特性和性能。

　　本文将着眼于设计师在选择阻尼材料时需要考虑的关键特性，并以3M 的 ISOLOSS LS聚氨酯泡沫产品作为实际示例。本文将展示 ISOLOSS LS 聚氨酯泡沫产品如何用于保护最苛刻应用中的关键设备，从而节省设计人员的时间和成本。

　　ISOLOSS LS 聚氨酯泡沫

　　3M 的 ISOLOSS 材料是细孔、高密度聚氨酯泡沫。它们耐用且能吸收能量，具有低压缩永久变形和一致的力偏转，并且可在较宽的温度范围内使用。它们有多种密度、厚度和形式，包括垫片条、圆形和方形，以及方形和矩形片材（图 1）。

　　

　　图 1：3M ISOLOSS LS 聚氨酯泡沫有多种有用的形状可供选择，可用作保险杠、垫圈、隔振器和阻尼片。（图片来源：3M）

　　除了提供多种形状外，ISOLOSS LS 聚氨酯泡沫还提供四种不同的密度：10 （160.2）、15 （80.1）、20 （320.4） 和 25 （400.5） 磅/立方英尺 （lb/ft） 3 ） （千克每立方米 （kg/m 3 ））。密度对于将聚氨酯泡沫与特定应用相匹配很重要。所有这些泡沫产品的工作温度范围为 -40°C 至 +107°C（-40°F 至 228°F）。

　　聚氨酯泡沫用于三类不同的应用：垫片、缓冲和支撑以及能量控制。垫片需要能够密封间隙、吸收机械冲击和振动，并在配合表面之间提供密封。风扇和外壳之间的垫圈可提供隔振功能并提供密封以防止压力损失。缓冲和支撑涉及将物体彼此隔离，例如门上的保险杠关闭开关以监控门关闭。保险杠缓冲开关，减少门关闭的冲击。较小的圆形和方形焊盘，例如LS-2506-PSA-1-CIRCLE-50PK或LS-2006-PSA-2-X2-50PK， 通常用于此类应用。能量控制包括通过冲击或冲击吸收和减振来减少机械能。

　　聚氨酯泡沫的主要特性

　　所有这些应用都取决于泡沫保持其形状并提供对压缩它的物体的力的能力。衡量这些特性的两种聚氨酯泡沫规格是抗压缩永久变形性，通常称为压缩永久变形，以及压缩力变形 （CFD）。

　　压缩永久变形是持续压缩后泡沫永久变形的量度。压缩永久变形值低表明泡沫在反复或连续压缩后将恢复到其原始厚度。根据 ASTM D1667（柔性蜂窝材料的标准规范），3M ISOLOSS LS 泡沫在室温下的压缩变形小于 1%。

　　ASTM D3574 D 涵盖了柔性多孔材料的标准测试方法，规定了压缩永久变形的测量。被测试的材料被压缩到 50% 的厚度并长时间暴露在高温下。压缩永久变形是压缩后失去的原始厚度的百分比。

　　需要良好抗压缩永久变形的典型应用是空调的过滤器机架密封（图 2）。

　　

　　图 2：具有低压缩永久变形的 ISOLOSS LS 泡沫垫圈密封空调过滤器架的检修门，在将过滤器固定到位的同时最大限度地减少空气泄漏。（图片来源：3M）

　　空气过滤器架使用具有低压缩变形的聚氨酯泡沫来密封过滤器外壳并将过滤器固定到位。当过滤器被移除以进行更换或清洁时，泡沫会膨胀回几乎其全部厚度。低压缩永久变形确保密封件继续保持其性能，无论它被压缩多长时间。该应用将使用像 3M 的LS-1025LM/PSA -0.75 英寸 （in.） x 180 in.-1RL 这样的垫片泡沫。LS-1025LM/PSA 是一种 0.75 英寸宽、0.25 英寸厚的带材，密度为 10 lb/ft 3 。这种柔软的泡沫贴合过滤器并将其固定在适当的位置，同时仍能密封门开口。

　　CFD 代表不同压缩程度下泡沫的坚固性。ASTM D3574C 通过将泡沫从其原始厚度的 100% 压缩到 30%（即压缩 10% 到 70%）来测试 CFD。当泡沫被压缩时，测量压缩表面施加以将泡沫减小到特定厚度的力。重要的是要记住，这也是泡沫施加在压缩表面上的力。图 3 显示了作为施加力函数的压缩曲线。为每个 ISOLOSS LS 泡沫密度提供了 CFD 表格和/或图表，以便微调每个应用的泡沫选择过程。

　　

　　图 3：四种可用泡沫密度（10、15、20 或 25 （lb/ft 3 ））的一系列 CFD 图。可以通过使用更高密度的泡沫或增加压缩来实现增加的力。（图片来源： 3M）

　　考虑一个缓冲应用，其中两个表面必须通过 100 kPa （14.5 psi） 的压力保持分开。这可以使用压缩到大约 16% 的 25 lb/ft 3泡沫、压缩到大约 28% 的 20 lb/ft 3 、压缩到大约 50% 的 15 lb/ft 3 或压缩到 10 lb/ ft 3的泡沫来实现到 70% 左右。

　　减振和减噪

　　结构阻尼是一种通过将机械能转化为热能来消除机械能的方法。阻尼材料使用强力粘合剂直接应用于结构表面（图 4）。

　　

　　图 4：附着在表面上的 ISOLOSS LS 泡沫板可以提供噪音阻尼；它们与各种 3M 压敏粘合剂兼容。（图片来源：3M EAR 事业部）

　　这种自由层阻尼系统是最简单的形式。由于来自基础结构的弯曲应力，阻尼材料的拉伸和压缩导致能量消散。即使使用这个简单的系统，适当设计的阻尼处理也可以产生显着的效果，特别是对于可能降低 20 分贝（A 加权）（dBA）或更多的冲击噪声。阻尼材料有方形或矩形片材，以及圆形或方形贴片。这些片材可以进行模切或激光切割，以便于 OEM 组装，或作为维修改装套件。为了有效，覆盖范围不必是全部的，只需 25% 的表面覆盖率就可以实现 10 分贝或更多的冲击噪声降低。较大的片材形式，例如 3M 的LS-1506/PSA-5“x7”-10PK和LS-1006LM-PSA-12“x12”-6PK，可用于阻尼应用。由于它们的柔韧性，这些泡沫适用于大多数产品设计。

　　决定阻尼和降噪量的因素有四个：

　　基材的种类和厚度。

　　阻尼材料在工作温度和频率下的厚度和特性。

　　阻尼材料厚度与基材厚度之比。

　　阻尼材料覆盖的表面积百分比。

　　阻尼和振动控制技术利用聚氨酯泡沫将机械运动转化为低热量的能力，从而降低噪音和振动水平。ISOLOSS LS 聚氨酯泡沫为这些应用提供能量控制，即使在恶劣的环境中也能保持形状并保持形状、贴合和功能。

　　表 1 总结了四种可用密度的 ISOLOSS LS 聚氨酯泡沫的完整规格。除了压缩永久变形阻力和压缩力（负载）挠度的关键规格外，该表还列出了用于鉴定泡沫材料的测试标准。

　　

　　表 1：显示了 ISOLOSS LS 聚氨酯泡沫在四种可用密度下的典型特性。（图片来源：3M）

　　结论

　　振动、冲击、噪音和极端温度对于许多系统设计来说都是现实，但正确的阻尼材料可以大大减轻它们的影响。如图所示，3M 的 ISOLOSS LS 聚氨酯泡沫有多种形状、密度和厚度，它们可以承受各种环境并提供较长的使用寿命。它们适合用于密封开口和减少振动的垫片应用。在缓冲和支撑应用中，它们可以在固定子组件的同时减少冲击和振动。最后，在阻尼操作中，它们用于降低噪音。