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來源：Digi-Key 作者：Art Pini 沖擊、振動(dòng)和過熱對(duì)任何電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)都是一種威脅，因?yàn)闀?huì)迅速導(dǎo)致系統(tǒng)故障。此外，運(yùn)行時(shí)噪音大將導(dǎo)致客戶投訴和維修訴求過多。此外，冷卻不當(dāng)也會(huì)致使成本增加。 振動(dòng)和噪音可能是因?yàn)槔鋮s風(fēng)扇安裝不當(dāng)造成的。維護(hù)面板和檢修口周圍的空氣泄漏會(huì)導(dǎo)致冷空氣泄漏，從造成空氣溫度提升，并降低通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)的冷卻效率。機(jī)箱可能會(huì)因機(jī)械共振而發(fā)出響聲和振動(dòng)。 雖然噪音、振動(dòng)和溫度升高幾乎是不可避免的，但需要將它們降到最低。為此，設(shè)計(jì)者可以使用吸能的聚氨酯泡沫墊、緩沖墊和阻尼器。然而，要選擇到合適的材料就需要了解它們的主要特性和性能。 本文將以 3M 的 ISOLOSS LS 聚氨酯泡沫產(chǎn)品為例，探討設(shè)計(jì)者在選擇阻尼材料時(shí)需要考慮的關(guān)鍵特性。文章將展示如何將 ISOLOSS LS 聚氨酯泡沫產(chǎn)品運(yùn)用于最苛刻的應(yīng)用中，以保護(hù)關(guān)鍵的設(shè)備，同時(shí)節(jié)省設(shè)計(jì)者的時(shí)間和成本。 ISOLOSS LS 聚氨酯泡沫 3M 的 ISOLOSS 材料屬細(xì)孔、高密度聚氨酯泡沫。它耐用、吸能，具有低壓縮形變和穩(wěn)定的應(yīng)力應(yīng)變，并可在廣泛的溫度范圍內(nèi)使用。它們提供各種密度、厚度和形狀選擇，包括墊片條、圓形和方形，以及方形和矩形板（圖 1）。 
圖 1：3M ISOLOSS LS 聚氨酯泡沫有各種有用的形狀，可隨時(shí)作為緩沖墊、襯墊、隔振器和阻尼片使用。（圖片來源：3M） 除了有各種形狀外，ISOLOSS LS 聚氨酯泡沫還有四種不同的密度：10 (160.2)、15 (80.1)、20 (320.4) 和 25 (400.5) 磅/立方英尺 (lb/ft3) （公斤/立方米 (kg/m3)）。在給特定應(yīng)用配套聚氨酯泡沫時(shí)，密度匹配很重要。所有這些泡沫產(chǎn)品的工作溫度范圍為 -40℃ 至 +107℃（-40˚F 至 228˚F）。 聚氨酯泡沫用于三個(gè)不同的應(yīng)用類別：填實(shí)、減震和支撐以及能量控制。填實(shí)要求能夠密封縫隙，吸收機(jī)械沖擊和振動(dòng)，并在配接表面之間提供密封。風(fēng)扇和外殼之間的襯墊提供振動(dòng)隔離，并提供密封，以防止壓力損失。減震和支撐涉及將物體相互隔離，如安裝在車門上的緩沖墊可以關(guān)閉開關(guān)，從而可以監(jiān)測(cè)車門的關(guān)閉。緩沖墊緩沖了開關(guān)，減少了門關(guān)閉的沖擊。像 LS-2506-PSA-1-CIRCLE-50PK 或 LS-2006-PSA-2-X2-50PK 這樣的小圓形和方形墊，通常用于此類應(yīng)用。能量控制包括通過吸收沖擊和減少振動(dòng)來減少機(jī)械能。 聚氨酯泡沫的主要特性 所有這些應(yīng)用都依賴泡沫保持其形狀的能力，并對(duì)壓縮它的物體提供一個(gè)反作用力。聚氨酯泡沫有兩個(gè)衡量這些特性的規(guī)格：一是耐壓縮形變，通常被稱為壓縮形變，以及壓縮應(yīng)力應(yīng)變 (CFD)。 壓縮形變是衡量泡沫在持續(xù)壓縮后的永久變形。壓縮形變值低，說明泡沫在反復(fù)或連續(xù)壓縮后會(huì)恢復(fù)到原來的厚度。根據(jù) ASTM D1667，柔性多孔材料的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，3M ISOLOSS LS 泡沫在室溫下的壓縮形變低于 1%。 ASTM D3574 D 涵蓋了柔性多孔材料的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法，規(guī)定了壓縮形變的測(cè)量。被測(cè)材料壓縮到 50% 的厚度，并在高溫下暴露很長一段時(shí)間。壓縮形變是指去除壓縮后損失的原始厚度的百分比。 一個(gè)需要良好耐壓縮形變的典型應(yīng)用是空調(diào)的濾網(wǎng)架密封件（圖 2）。
圖 2：一塊 ISOLOSS LS 低壓縮形變泡沫襯墊密封了空調(diào)濾網(wǎng)架的檢修口，在將濾網(wǎng)固定到位時(shí)會(huì)最大限度地減少了漏氣現(xiàn)象。（圖片來源：3M） 空氣濾網(wǎng)架使用低壓縮形變聚氨酯泡沫來密封濾網(wǎng)外殼，并將濾網(wǎng)固定就位。當(dāng)取出濾網(wǎng)進(jìn)行更換或清潔時(shí)，泡沫幾乎會(huì)膨脹到其完全厚度。低壓縮形變保證了密封件繼續(xù)保持其性能，無論它被壓縮了多長時(shí)間。這種應(yīng)用將使用像 3M 的LS-1025LM/PSA-0.75 英寸 x 180 英寸-1RL 的襯墊泡沫。LS-1025LM/PSA 是一種 0.75 英寸寬、0.25 英寸厚的帶材，密度為 10 lb/ft3。這種柔軟的泡沫符合濾網(wǎng)的要求，并能保持就位，同時(shí)還能密封檢修門。 CFD 代表了泡沫在不同程度的壓縮下的堅(jiān)固程度。ASTM D3574C 測(cè)試 CFD 時(shí)，將泡沫從原來厚度的 100% 壓縮到 30%，也就是10% 到 70% 的壓縮。當(dāng)泡沫被壓縮時(shí)，測(cè)量壓縮面施加的使泡沫減少到特定厚度的力。重要的是，要記住這也是泡沫對(duì)壓縮面施加的力。圖 3 顯示了壓縮量與所施壓力的關(guān)系圖。為每個(gè) ISOLOSS LS 泡沫密度提供了 CFD 表格和/或圖表，以便對(duì)每個(gè)應(yīng)用的泡沫選擇過程進(jìn)行微調(diào)。
圖 3：四種可用泡沫密度（10、15、20 或 25 (lb/ft3)）的一系列 CFD 圖。通過使用更高密度的泡沫或通過增加壓縮量可實(shí)現(xiàn)壓力增加。（圖片來源：3M） 考慮某個(gè)減震應(yīng)用，兩個(gè)表面必須用 100kPa (14.5 psi) 的壓力來保持距離。這可以用 25 lb/ft3 的泡沫壓縮到約 16%、20 lb/ft3 的壓縮到約 28%、15 lb/ft3 的壓縮到約 50% 或 10 lb/ft3 的壓縮到約 70% 來實(shí)現(xiàn)。 減震和降噪 結(jié)構(gòu)減震是一種通過將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能來消除機(jī)械能的手段。阻尼材料使用強(qiáng)力粘合劑直接貼在結(jié)構(gòu)的表面上（圖 4）。
圖 4：貼在表面的 ISOLOSS LS 泡沫板可以提供降噪功能，且兼容廣泛的 3M 壓敏膠。（圖片來源：3M E.A.R. 部門） 這種自由層阻尼系統(tǒng)是最簡單的形式。由于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的彎曲應(yīng)力，阻尼材料的延伸和壓縮導(dǎo)致了能量的耗散。即使是這種簡單的系統(tǒng)，只要阻尼處理設(shè)計(jì)得當(dāng)也能產(chǎn)生顯著的效果，特別是對(duì)于沖擊性噪聲，可以減少 20 分貝（A-加權(quán)）(dBA) 或更多。阻尼材料有正方形或長方形板材選擇，也有圓形或方形貼片。這些片狀材料可以進(jìn)行模切或激光切割，以方便 OEM 組裝，或作為維護(hù)改裝套件。覆蓋率不一定是全覆蓋才有效，只要有 25% 的表面覆蓋率，就可以實(shí)現(xiàn) 10 dBA 或 更多沖擊噪音降低。較大的板材，如 3M 的 LS-1506/PSA-5 "x7"-10PK 和 LS-1006LM-PSA-12 "x12"-6PK，在阻尼應(yīng)用中很有用。由于其靈活性，這些泡沫可以適合大多數(shù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)。 有四個(gè)因素決定減震和降噪的量： 1、基材的類型和厚度。 2、阻尼材料在工作溫度和頻率下的厚度和特性。 3、阻尼材料的厚度與基材的厚度之比。 4、阻尼材料所覆蓋表面積的百分比。 阻尼和振動(dòng)控制技術(shù)利用聚氨酯泡沫的能力，將機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為低級(jí)別的熱量，從而降低了噪音和振動(dòng)水平。ISOLOSS LS 聚氨酯泡沫為這些應(yīng)用提供了能量控制手段，即使在惡劣的環(huán)境中，它們也能保持其形狀、配合和功能。 表 1 匯總了 ISOLOSS LS 聚氨酯泡沫四種可用密度的全部規(guī)格。除了耐壓縮形變和壓縮應(yīng)力（負(fù)荷）應(yīng)變的關(guān)鍵規(guī)格外，該表還列出了用于鑒定泡沫材料的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。
表 1：顯示的是 ISOLOSS LS 聚氨酯泡沫四種可用密度的典型屬性。（圖片來源：3M） 結(jié)語 振動(dòng)、沖擊、噪音和極端溫度是許多系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須面臨的現(xiàn)實(shí)，但合適的阻尼材料可以大大減輕其影響。如上所述，3M 的 ISOLOSS LS 聚氨酯泡沫提供了各種形狀、密度和厚度選擇，能容忍各種環(huán)境，并有很長的使用壽命。它們適合用于密封開口和減少振動(dòng)的填實(shí)應(yīng)用。在緩沖和支撐應(yīng)用中，它們能夠在固定子組件的同時(shí)減少?zèng)_擊和振動(dòng)。最后，在減震應(yīng)用中，它們可用來減少噪音。 |
