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沖擊、振動和過熱對任何電子系統設計都會迅速導致系統故障，因為會迅速導致系統故障。此外，運行時噪音大將導致客戶投訴和維修訴求過多。此外，冷卻不當也會致使成本增加。振動和噪音可能是因為冷卻風扇安裝不當造成的。維護面板和檢修口周圍的空氣泄漏會導致冷空氣泄漏，從造成空氣溫度提升，并降低通風和空調系統的冷卻效率。機箱可能會因機械共振而發出響聲和振動。
雖然噪音、振動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，設計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 聚氨酯泡沫產品為例，探討設計者在選擇阻尼材料時需要考慮的關鍵特性。文章將展示如何將 ISOLOSS LS 聚氨酯泡沫產品運用于最苛刻的應用中，以保護關鍵的設備，同時節省設計者的時間和成本。
ISOLOSS LS 聚氨酯泡沫
3M 的 ISOLOSS 材料屬細孔、高密度聚氨酯泡沫。它耐用、吸能，具有低壓縮形變和穩定的應力應變，并可在廣泛的溫度范圍內使用。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)）。在給特定應用配套聚氨酯泡沫時，密度匹配很重要。所有這些泡沫產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不同的應用類別：填實、減震和支撐以及能量控制。填實要求能夠密封縫隙，吸收機械沖擊和振動，并在配接表面之間提供密封。風扇和外殼之間的襯墊提供振動隔離，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閉開關，從而可以監測車門的關閉。緩沖墊緩沖了開關，減少了門關閉的沖擊。像LS-2506-PSA-1-CIRCLE-50PK 或 LS-2006-PSA-2-X2-50PK 這樣的小圓形和方形墊，通常用于此類應用。能量控制包括通過吸收沖擊和減少振動來減少機械能。
聚氨酯泡沫的主要特性
所有這些應用都依賴泡沫保持其形狀的能力，并對壓縮它的物體提供一個反作用力。聚氨酯泡沫有兩個衡量這些特性的規格：一是耐壓縮形變，通常被稱為壓縮形變，以及壓縮應力應變 (CFD)。
壓縮形變是衡量泡沫在持續壓縮后的永久變形。壓縮形變值低，說明泡沫在反復或連續壓縮后會恢復到原來的厚度。根據 ASTM D1667，柔性多孔材料的標準規范，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準測試方法，規定了壓縮形變的測量。被測材料壓縮到 50% 的厚度，并在高溫下暴露很長一段時間。壓縮形變是指去除壓縮后損失的原始厚度的百分比。
一個需要良好耐壓縮形變的典型應用是空調的濾網架密封件（圖 2）。
圖 2：一塊 ISOLOSS LS 低壓縮形變泡沫襯墊密封了空調濾網架的檢修口，在將濾網固定到位時會最大限度地減少了漏氣現象。（圖片來源：3M）
空氣濾網架使用低壓縮形變聚氨酯泡沫來密封濾網外殼，并將濾網固定就位。當取出濾網進行更換或清潔時，泡沫幾乎會膨脹到其完全厚度。低壓縮形變保證了密封件繼續保持其性能，無論它被壓縮了多長時間。這種應用將使用像 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的要求，并能保持就位，同時還能密封檢修門。
CFD 代表了泡沫在不同程度的壓縮下的堅固程度。ASTM D3574C 測試 CFD 時，將泡沫從原來厚度的 100% 壓縮到 30%，也就是10% 到 70% 的壓縮。當泡沫被壓縮時，測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壓縮面施加的力。圖 3 顯示了壓縮量與所施壓力的關系圖。為每個 ISOLOSS LS 泡沫密度提供了 CFD 表格和/或圖表，以便對每個應用的泡沫選擇過程進行微調。
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現壓力增加。（圖片來源：3M）
考慮某個減震應用，兩個表面必須用 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% 來實現。
減震和降噪
結構減震是一種通過將機械能轉化為熱能來消除機械能的手段。阻尼材料使用強力粘合劑直接貼在結構的表面上（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是最簡單的形式。由于基礎結構的彎曲應力，阻尼材料的延伸和壓縮導致了能量的耗散。即使是這種簡單的系統，只要阻尼處理設計得當也能產生顯著的效果，特別是對于沖擊性噪聲，可以減少 20 分貝（A-加權）(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行模切或激光切割，以方便 OEM 組裝，或作為維護改裝套件。覆蓋率不一定是全覆蓋才有效，只要有 25% 的表面覆蓋率，就可以實現 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，在阻尼應用中很有用。由于其靈活性，這些泡沫可以適合大多數產品設計。
有四個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。
阻尼和振動控制技術利用聚氨酯泡沫的能力，將機械運動轉化為低級別的熱量，從而降低了噪音和振動水平。ISOLOSS LS 聚氨酯泡沫為這些應用提供了能量控制手段，即使在惡劣的環境中，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格。除了耐壓縮形變和壓縮應力（負荷）應變的關鍵規格外，該表還列出了用于鑒定泡沫材料的測試標準。
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）
振動、沖擊、噪音和極端溫度是許多系統設計必須面臨的現實，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的填實應用。在緩沖和支撐應用中，它們能夠在固定子組件的同時減少沖擊和振動。最后，在減震應用中，它們可用來減少噪音。
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