민감한 전자 장비를 충격, 진동, 온도로부터 보호하는 방법

충격, 진동 및 과도한 열은 모든 전자 시스템 설계에 위협입니다. 즉시 시스템 고장을 일으킬 수 있기 때문입니다. 또한, 작동 중의 과도한 소음은 고객 불만과 과도한 수리 요청을 초래합니다. 부적절한 냉각 역시 비용을 일으킬 수 있습니다.

진동 및 소음은 부적절하게 실장된 냉각 팬으로 인해 발생할 수 있습니다. 서비스 패널 및 액세스 포트 주변의 공기 누출은 찬 공기를 누출시켜 공기 온도를 높이고 환기 및 공조 시스템의 냉각 효율을 낮출 수 있습니다. 인클로저는 기계적 공진으로 인해 덜거덕거리고 진동할 수 있습니다.

소음, 진동, 온도 상승은 거의 불가피하지만 최소화해야 합니다. 이를 위해 설계자는 에너지 흡수 폴리우레탄 폼 개스킷, 범퍼, 댐퍼를 사용할 수 있습니다. 그러나 올바른 재료를 선택하려면 재료의 주요 특성과 성능에 대한 이해가 필요합니다.

이 기사에서는 3M의 ISOLOSS LS 폴리우레탄 폼 제품을 실제 예로 사용하여 설계자가 완충재를 선택할 때 고려해야 할 주요 특성을 살펴봅니다. 또한 ISOLOSS LS 폴리우레탄 폼 제품을 사용하여 가장 까다로운 응용 분야에서 중요한 장비를 보호하여 설계자의 시간과 비용을 절약하는 방법을 보여줍니다.

ISOLOSS LS 폴리우레탄 폼

3M의 ISOLOSS 재료는 미세 기포의 고밀도 폴리우레탄 폼입니다. 낮은 압축 영구 변형률과 일관된 힘 변형으로 내구적이고 에너지를 흡수하며, 광범위한 온도 범위에서 사용할 수 있습니다. 이 폼은 개스킷 스트립, 원형/정사각형, 정사각형/직사각형 시트를 포함하여 다양한 밀도, 두께 및 형태로 제공됩니다(그림 1).

그림 1: 3M ISOLOSS LS 폴리우레탄 폼은 범퍼, 개스킷, 방진기 및 댐핑 시트로 사용할 수 있는 여러 유용한 모양으로 제공됩니다. (이미지 출처: 3M)

ISOLOSS LS 폴리우레탄 폼은 다양한 모양과 함께 다음과 같은 4가지 밀도로 제공됩니다. 10(160.2), 15(240.4), 20(320.4), 25(400.5)(lb/ft³)(kg/m³)). 밀도는 폴리우레탄 폼을 특정 용도에 맞추는 데 중요합니다. 이러한 모든 폼 제품은 -40°C ~ +107°C(-40˚F ~ 228°F)의 온도 범위에서 작동합니다.

폴리우레탄 폼은 개스킷, 완충 및 지지, 에너지 제어의 세 가지 응용 분야에 사용됩니다. 개스킷은 틈을 밀봉하고 기계적 충격과 진동을 흡수하며 결합 표면 사이를 밀봉하는 기능이 필요합니다. 팬과 인클로저 사이의 개스킷은 진동을 차단하고 압력 손실을 방지하기 위해 밀봉을 제공합니다. 완충 및 지지에는 도어 폐쇄를 모니터링하기 위해 스위치를 닫는 도어의 범퍼와 같이 물체를 서로 격리시키는 것이 포함됩니다. 범퍼는 스위치를 완충하여 도어 클로저의 충격을 줄입니다. 이러한 응용 분야에는 LS-2506-PSA-1-CIRCLE-50PK 또는 LS-2006-PSA-2-X2-50PK와 같이 더 작은 원형 및 사각형 패드가 일반적으로 사용됩니다. 에너지 제어에는 충격 또는 충격 흡수 및 진동 감쇠에 의한 기계적 에너지 감소가 포함됩니다.

폴리우레탄 폼의 주요 특성

이러한 모든 응용은 폼이 모양을 유지하고 폼을 압축하는 물체에 힘을 제공하는 능력에 달려 있습니다. 이러한 특성을 측정하는 폴리우레탄 폼의 두 가지 사양은 일반적으로 압축 변형이라고 하는 압축 변형 저항과 압축력 변형(CFD)입니다.

압축 변형은 지속적인 압축 후 폼의 영구적 변형을 측정한 것입니다. 압축 변형 값이 낮으면 반복적이거나 연속적인 압축 후에 폼이 원래 두께로 돌아갑니다. 3M ISOLOSS LS 폼은 유연한 셀룰러 재료에 대한 표준 사양인 ASTM D1667에 따라 실온에서 1% 미만의 압축 변형을 제공합니다.

유연한 셀룰러 재료에 대한 표준 테스트 방법을 다루는 ASTM D3574 D는 압축 변형에 대한 측정값을 지정합니다. 테스트 중인 재료는 50% 두께로 압축되고 장기간 고온에 노출됩니다. 압축 변형률은 압축이 제거된 후 손실된 원래 두께의 백분율입니다.

우수한 압축 변형 저항이 필요한 일반적인 응용 분야는 에어컨의 필터 랙 시일입니다(그림 2).

그림 2: 압축 변형이 낮은 ISOLOSS LS 폼 개스킷은 에어컨 필터 랙의 액세스 도어를 밀봉하여 필터를 제자리에 고정하는 동안 공기 누출을 최소화합니다. (이미지 출처: 3M)

에어 필터 랙은 압축 변형이 낮은 폴리우레탄 폼을 사용하여 필터 하우징을 밀봉하고 필터를 제자리에 고정합니다. 교체 또는 청소를 위해 필터를 제거하면 폼이 거의 전체 두께로 다시 팽창합니다. 압축 변형률이 낮기 때문에 시일이 압축된 시간에 관계없이 시일의 성능이 계속 유지됩니다. 이 응용 제품은 3M의 LS-1025LM/PSA-0.75인치 x 180인치-1RL과 같은 개스킷 폼을 사용합니다. LS-1025LM/PSA는 0.75인치 너비, 0.25인치 두께의 스트립으로 밀도는 10lb/ft³입니다. 이 부드러운 폼은 필터에 적합하며 도어 개구부를 밀봉하면서 필터를 제자리에 유지합니다.

CFD는 다양한 압축 정도에서 폼의 견고성을 나타냅니다 ASTM D3574C는 폼을 원래 두께의 100%에서 30%(즉 10% ~ 70% 압축)로 압축하여 CFD를 테스트합니다. 폼을 압축할 때 특정 두께로 폼을 감소시키기 위해 압축면이 가하는 힘이 측정됩니다. 이는 폼이 압축 표면에 가하는 힘이기도 합니다. 인가된 힘의 함수로의 압축 플롯이 그림 3에 표시되어 있습니다. 각 응용 분야에 대한 폼 선택 프로세스를 미세 조정하기 위해 ISOLOSS LS 폼 밀도 각각에 대해 CFD 표 및/또는 차트가 제공됩니다.

그림 3: 4가지 사용 가능한 폼 밀도(10/15/20/25(lb/ft³))에 대한 일련의 CFD 플롯. 더 높은 밀도의 폼을 사용하거나 증가된 압축을 사용하여 힘을 증가시킬 수 있습니다. (이미지 출처: 3M)

두 표면이 100kPa(14.5psi) 압력으로 떨어져 있어야 하는 쿠션 응용을 시도해 보세요. 이는 약 16%로 압축된 25lb/ft³ 폼, 약 28%로 압축된 20lb/ft³ 폼, 약 50%로 압축된 15lb/ft³, 약 70%로 압축된 10lb/ft³을 사용하여 달성됩니다.

진동 및 소음 감쇠

구조적 감쇠는 기계적 에너지를 열로 변환하여 제거하는 수단입니다. 감쇠 재료는 강한 접착제를 사용하여 구조물의 표면에 직접 사용됩니다(그림 4).

그림 4: 표면에 부착된 ISOLOSS LS 폼 시트는 소음 감쇠를 제공할 수 있습니다. 이 폼 시트는 광범위한 3M 감압 접착제와 호환됩니다. (이미지 출처: E.A.R. Division of 3M)

이 자유층 감쇠 시스템은 가장 단순한 형태입니다. 에너지는 기본 구조의 굽힘 응력으로 인해 감쇠 재료의 확장 및 압축의 결과로 소산됩니다. 이 간단한 시스템으로도, 적절하게 설계된 감쇠 처리를 통해 특히 20데시벨(A-가중)(dBA) 이상의 감소가 가능한 충격 소음에 대해 놀라운 결과를 생성할 수 있습니다. 감쇠 재료는 원형 또는 정사각형 패치뿐만 아니라 정사각형 또는 직사각형 시트로 제공됩니다. 이러한 시트 재료는 OEM 조립이 용이하도록 다이 또는 레이저 절단이 가능하거나 서비스 개조 키트로 사용할 수 있습니다. 전체적으로 사용하지 않아도 효과적일 수 있으며 25%의 표면 범위로 10dBA 이상의 충격 소음 감소를 달성할 수 있습니다. 감쇠 응용 제품의 경우 3M의 LS-1506/PSA-5"x7"-10PK 및 LS-1006LM-PSA-12"x12"-6PK와 같은 더 큰 시트 폼이 유용합니다. 이러한 폼은 유연하므로 대부분의 제품 설계에 적합합니다.

감쇠 및 소음 감소의 크기를 결정하는 네 가지 요소가 있습니다

1. 기본 재료의 유형 및 두께.
2. 작동 온도 및 작동 빈도에서 감쇠 재료의 두께 및 특성.
3. 기본 재료의 두께에 대한 감쇠 재료 두께의 비율.
4. 감쇠 재료로 덮인 표면적의 백분율.

감쇠 및 진동 제어 기술은 기계적 운동을 낮은 수준의 열로 변환하는 폴리우레탄 폼의 능력을 사용하여 소음 및 진동 수준을 줄입니다. ISOLOSS LS 폴리우레탄 폼은 이러한 응용 분야에 에너지 제어를 제공하며 열악한 환경에서도 모양을 유지하고 형태, 적합성 및 기능을 유지합니다.

4가지 사용 가능한 밀도에 대한 ISOLOSS LS 폴리우레탄 폼의 전체 사양이 표 1에 요약되어 있습니다. 압축 변형 저항 및 압축력(하중) 변형의 주요 사양 외에도 이 표에는 폼 재료의 자격을 부여하는 데 사용되는 테스트 표준이 나열되어 있습니다.

표 1: 4가지 사용 가능한 밀도에 대한 ISOLOSS LS 폴리우레탄 폼의 일반적인 특성을 보여줍니다. (이미지 출처: 3M)

결론

진동, 충격, 소음 및 극단적인 온도는 많은 시스템 설계에서 직면하는 현실이지만 올바른 감쇠 재료를 통해 그 영향을 크게 완화할 수 있습니다. 위에서 설명된 바와 같이 3M의 ISOLOSS LS 폴리우레탄 폼은 다양한 모양, 밀도 및 두께로 제공되며 광범위한 환경을 견디고 긴 서비스 수명을 제공합니다. 이는 개구부를 밀봉하고 진동을 줄이는 역할을 하는 개스킷 응용 분야에 적합합니다. 완충 및 지지 응용 분야에서 이 폼은 충격과 진동을 줄이면서 하위 조립품을 고정합니다. 마지막으로, 감쇠 작업에서 소음을 줄이는 데 사용됩니다.