Ролята на уплътнението от пяна в зелените технологии? 

Знаете ли, когато хората говорят за зелени технологии, те веднага скачат към слънчеви панели, вятърни турбини или може би водородни клетки. Рядко някой повдига уплътнения от пяна. Това е първото погрешно схващане. В действителност, ако някога сте били на фабричен етаж, сглобявайки кутия за батерии или запечатвайки топлообменник, ще знаете, че лошо избраното уплътнение може да подкопае ефективността на цялата система. Не става въпрос само за запечатване; става дума за управление на топлината, потискане на вибрациите и дълголетие на материала. Виждал съм проекти, при които инженерният фокус беше изцяло върху основните компоненти, само за да има повреди на място, проследени до влошаване на качеството на уплътнението или отделяне на газове, които замърсиха чувствителната среда. Ето откъде трябва да започне истинският разговор.

Пренебрегнатият интерфейс

В системите за екологична технология – помислете за системи за съхранение на енергия от батерии в промишлен мащаб (BESS) или външни фотоволтаични инверторни шкафове – уплътняването на околната среда е от решаващо значение. Но това не е просто задържане на вода. Става въпрос за управление на микросредата вътре. Система със затворен цикъл за течно охлаждане в батерия, например, разчита на уплътнения за поддържане на налягането и предотвратяване на изтичане на охлаждаща течност. Ако комплектът за компреси от пяна е грешен или материалът не е съвместим с охлаждащата течност, получавате просмукване. Тази охлаждаща течност, често специализирана диелектрична течност, е скъпа и нейната загуба директно удря показателите за ефективност. Спомням си тест, при който модул на конкурент се провали със сертифицирането IP67 не поради дизайна, а защото доставеното уплътнение от пяна имаше непоследователна клетъчна структура, което доведе до локализирана повреда на компресията. Корекцията не беше редизайн, а промяна на спецификацията на материала към по-равномерна, омрежена полиетиленова пяна.

След това има термичен аспект. Мнозина приемат, че металът или гумата са предпочитаните термични подложки. Но в приложения, изискващи както изолация, така и уплътнение, като корпуса на контролния блок на въздушна термопомпа, покритото със силикон уретаново уплътнение изпълнява двойна функция. Уплътнява корпуса срещу прах и влага, като същевременно осигурява термично прекъсване за предотвратяване на кондензация върху вътрешната електроника. Ключът е пропускливостта на покритието и степента на възстановяване на пяната. Ако възстановяването е твърде бавно след компресия по време на монтажа, уплътнението се отпуска при термични цикли. Научихме това по трудния начин в един ранен проект, използвайки стандартна ребонд пяна, която се представи добре при статични тестове, но се провали след шест месеца ежедневен термичен цикъл. Създадената празнина позволи навлизането на влажен въздух, което доведе до корозия на клемните блокове.

Изборът на материал е друг капан. „Зелено“ не трябва да се отнася само за приложението, но и за самото уплътнение. Хлорираните или бромираните забавители на горенето в пени, обичайни за отговаряне на UL 94 V-0 в електрониката, могат да бъдат в противоречие с етиката на екологичните технологии за целия жизнен цикъл, ако усложняват рециклирането. Има тласък към набъбващи пяни без халогени, базирани на силикон. Те се разширяват при нагряване, за да уплътнят още по-добре празнините, свойство, което е от решаващо значение за стратегиите за ограничаване на пожара на батериите. Посочването им не винаги е лесно; тяхната цена е по-висока и параметрите на обработка по време на щанцоване са по-строги. Способността на доставчика тук е да направи или да счупи.

На място: реалностите на транспорта и веригата за доставки

Това ме навежда на нещо практично: география и логистика. Производството на тези специализирани компоненти не е равномерно разпределено. За голям обем, прецизно щанцовани части от пяна се нуждаете от доставчик със стабилна материална научна подкрепа и последователност в производството. Работил съм с партньори в големи индустриални бази, където екосистемата поддържа това. например, Handan Zitai Fastener Manufacturing Co., Ltd., работещ от най-голямата база за производство на стандартни части в Китай в Yongnian, Handan, носи подходяща перспектива. Въпреки че са известни с крепежни елементи, такива главини често имат съседен опит в решенията за уплътняване поради интегрирания характер на сглобяването. Местоположението им в близост до ключови транспортни артерии като железопътната линия Пекин-Гуанджоу и националната магистрала 107 не е просто ред на уебсайт (https://www.zitaifasteners.com); това означава осезаема логистична ефективност. Когато управлявате сглобяването точно навреме за възли на гондолите на вятърни турбини в пристанище Тиендзин, наличието на доставчик на уплътнение, който може надеждно да премести продукта по шосе и железопътен транспорт без забавяне, е неподлежаща на преговори част от уравнението за надеждност. Уплътнение, поставено в пристанищен склад, не запечатва нищо.

Но близостта не е всичко. Виждал съм доставчици в райони с добри връзки, които все още не успяват да проследят материалите. В зелените технологии, особено за компоненти в контакт с охлаждащи течности или във въздушни пътища (като в електролизни стекове), вие се нуждаете от пълна документация за полимерния състав и потенциалните излугвания. Доставчикът се нуждае от дисциплината, за да предостави сертификати за конкретни партиди. Това е мястото, където оперативната култура на един производствен клъстер има значение. Плътността на производителите на компоненти в област като Yongnian може да насърчи конкуренцията по отношение на качеството, а не само на цената. За проект, включващ PEM горивни клетки, ние намерихме специално оформени, проводящи уплътнения от пяна, натоварени с въглерод, за биполярно уплътняване на плочи. Първоначалните проби от местна работилница не успяха да преминат тестовете за проводимост след стареене в симулиран реформиран газ. Проблемът беше миграцията на свързващи вещества. Преминахме към по-утвърден процесор, който можеше да контролира по-добре календарния процес, и те се оказаха разположени в същия широк индустриален регион, използвайки веригите за доставка на материали там.

Повредите често идват от интерфейса между уплътнението и закопчалката, буквално. Уплътнение от пяна, компресирано от болт около сервизен люк на задвижване на слънчев тракер. Ако въртящият момент на закопчалката не е посочен във връзка с кривата напрежение-деформация при натиск на уплътнението, вие или недостатъчно компресирате (теч), или свръх компресирате (трайно смачкване на пяната, загуба на възстановяване и уплътнение). Ето защо компаниите, които разбират както от закрепване, така и от уплътняване, като a производител на крепежни елементи разнообразяване в продукти за запечатване, може да има проницателен подход. Те получават механичната система. Уебсайтът на Zitai Fasteners споменава техния фокус върху производството на стандартни части; това фундаментално знание е критично. Уплътнението рядко е остров; това е част от закрепено съединение.

Примерен случай: Теч на модула на батерията

Нека опиша конкретно разследване. Клиент съобщи за постепенно намаляване на ефективността на охлаждане в техните литиево-йонни батерийни модули за електрически автобуси. Модулите са течно охлаждани чрез студена плоча. Термичното изображение показа неравномерно разпределение на температурата. Разглобихме модул и открихме, че уплътнението на канала за охлаждащата течност – тънка, плътна EPDM пяна с адхезивен слой – се е разслоило частично и е позволило лек път на изтичане. Охлаждащата течност бавно беше проникнала в съседната изолационна пяна, влошавайки нейните топлинни свойства. Основната причина първоначално не беше лепилото, а подготовката на повърхността на алуминиевата студена плоча. Имаше покритие, което беше твърде гладко, за да може лепилото да образува трайна връзка, съчетано с несъответствие на топлинното разширение. „Поправката“ на полето беше поставянето на силиконова перла, която е разхвърляна и ненадеждна. Правилното решение беше да се премине към уплътнение с различна адхезивна система и да се посочи лека абразивна предварителна обработка за алуминия. Самият материал на уплътнението беше добър; грешката беше проблем със системната интеграция. Това е типично - уплътнение от пяна поема вината, но проблемът често е в дизайна за сглобяване или спецификациите на повърхността.

Този опит ни накара да разгледаме по-отблизо пяната със затворени клетки спрямо отворените клетки за течни интерфейси. Затворената клетка е интуитивна за течно запечатване, но ако това е газ (като в уплътнението на съд за съхранение на енергия със сгъстен въздух), скоростта на дифузия през матрицата от пяна е по-важна. За водороден компресор тествахме няколко флуоросиликонови пени. Режимът на повреда не беше изтичане само по себе си, а водородна крехкост на свързващото вещество на пяната с течение на времето, правейки уплътнението крехко и податливо на прах по време на разглобяване за поддръжка. Това замърсяване с частици е огромен проблем. В крайна сметка преминахме към експандирана пяна на базата на PTFE, която имаше по-добра химическа устойчивост, но беше кошмар за чисто щанцоване без разкъсване. Доставчикът трябваше да инвестира в нови инструменти. Всеки избор има ефект на вълни.

Отвъд уплътнението: Акустично и вибрационно потискане

По-малко обсъждана роля са шумът и вибрациите. Големите зелени технологични инсталации - вятърни редуктори, водноелектрически турбинни зали, промишлени компресори за улавяне на въглерод - са шумни. Уплътненията от пяна върху панелите за достъп и между структурните секции допринасят за акустичното затихване. Но не става въпрос само за пляскане върху най-дебелата пяна. Масово натоварен винил с подложка от пяна е обичаен, но плътността и дебелината на пяната трябва да бъдат настроени към целевата честота. В проект за контролен шкаф на генератор за приливна енергия първоначалният дизайн използва генерична акустична пяна. Той потиска високочестотния шум добре, но не направи нищо за нискочестотното бръмчене от трансформаторите, което беше основното оплакване. Трябваше да моделираме системата и да посочим многослойна пяна с бариерна преграда. Цената се увеличи, но спецификацията за производителност беше изпълнена. Това също е зелена технология: подобряване на работната среда и намаляване на шумовото замърсяване.

Потискането на вибрациите е от решаващо значение за дълголетието. В системите за слънчево проследяване задвижванията и изпълнителните механизми са подложени на постоянно, леко движение и вибрации, предизвикани от вятъра. Уплътнение от пяна в точките на монтаж може да предотврати корозия и разхлабване. Спомням си, че инспектирах слънчева ферма, където болтовите връзки на редовете на тракерите се бяха разхлабили. Оригиналният дизайн имаше обикновена плоска шайба. Преоборудването с шайба, която има интегриран слой EPDM пяна от едната страна, реши проблема. Пяната действаше като нещо като пружинна заключваща шайба, поддържайки натоварването на скобата. Това е малък компонент, но в хилядите тракери предотвратява масивни главоболия при O&M. Това е вид практично, небляскаво приложение, където уплътненията от пяна печелят своето.

Примката за устойчивост

И накрая, нека поговорим за края на живота. Един наистина зелен технологичен продукт включва разглобяване и възстановяване на материала. Уплътненията от чувствителна на натиск адхезивна пяна (PSA) са кошмар за рециклиращите. Те замърсяват алуминиеви или пластмасови потоци. Има нарастващ интерес към уплътненията от термопластична пяна, които могат да бъдат топлинно обелени или са съвместими с потока за рециклиране на основния материал. Например, уплътнение от полиолефинова пяна върху корпуса на полипропиленова батерия може да бъде проектирано да се стопи и смеси по време на процеса на рециклиране на РР без влошаване на качеството. Това е авангардно и все още не е стандартно. Участвахме в пилотен проект с производител на електромобили, който разглежда това. Предизвикателството беше намирането на пяна, която отговаря на трите показатели за забавяне на пламъка, запечатване и възможност за рециклиране. Настоящият компромис е използването на отделим дизайн: лента от пяна с клипс без лепило. Работи, ако конструкцията на корпуса има правилен жлеб, но добавя стъпки за сглобяване. Това е компромис.

И така, каква е присъдата? Ролята на дунапреново уплътнение в зелен тек основно се отнася до целостта на системата и ефективността на интерфейсите. Това е полеви детайл, който се мащабира. Лошият избор на уплътнение може да доведе до загуби на енергия (топлинна, течност), преждевременна повреда, повишена поддръжка и усложнения при рециклирането. Най-добрите практики включват мислене за него като системен компонент от самото начало, разбиране на неговите материални взаимодействия и снабдяване от доставчици, които разбират механичния и екологичния контекст. Това не е стока. В стремежа към по-екологична технология, понякога най-малкото уплътнение е това, което задържа най-големите течове - в производителността, надеждността и в крайна сметка самото екологично обещание.