Vloga penastega tesnila v zeleni tehnologiji? 

Veste, ko ljudje govorijo o zeleni tehnologiji, takoj skočijo na sončne celice, vetrne turbine ali morda vodikove celice. Redko kdo omeni penasta tesnila. To je prvo napačno prepričanje. V resnici, če ste kdaj v tovarni sestavljali ohišje baterije ali tesnili izmenjevalnik toplote, bi vedeli, da lahko slabo izbrano tesnilo spodkoplje učinkovitost celotnega sistema. Ne gre samo za tesnjenje; gre za upravljanje toplote, dušenje tresljajev in dolgo življenjsko dobo materiala. Videl sem projekte, pri katerih je bil inženirski poudarek v celoti na primarnih komponentah, le da so bile napake na terenu posledica degradacije tesnila ali izpusta plinov, ki so onesnažili občutljiva okolja. Tam bi se moral začeti pravi pogovor.

Spregledan vmesnik

V sistemih zelene tehnologije – pomislite na sisteme za shranjevanje baterije v industrijskem obsegu (BESS) ali omarice s fotonapetostnimi pretvorniki na prostem – je tesnjenje okolja ključnega pomena. Vendar ne gre samo za zadrževanje vode. Gre za upravljanje notranjega mikrookolja. Sistem z zaprto zanko za tekočinsko hlajenje v paketu baterij se na primer opira na tesnila za vzdrževanje tlaka in preprečevanje puščanja hladilne tekočine. Če je set penastih obkladkov napačen ali material ni združljiv s hladilno tekočino, pride do pronicanja. To hladilno sredstvo, pogosto specializirana dielektrična tekočina, je drago in njegova izguba neposredno vpliva na meritve učinkovitosti. Spominjam se preizkusa, pri katerem konkurentova enota ni prestala certifikata IP67, ne zaradi zasnove, temveč zato, ker je imelo priloženo penasto tesnilo nedosledno strukturo celic, kar je povzročilo lokalizirano okvaro stiskanja. Popravek ni bil preoblikovanje, ampak sprememba specifikacij materiala v bolj enotno, zamreženo polietilensko peno.

Potem je tu še toplotni vidik. Mnogi domnevajo, da sta kovina ali guma najboljša izbira za toplotne blazinice. Toda v aplikacijah, ki zahtevajo tako izolacijo kot tesnjenje, kot je ohišje krmilne enote toplotne črpalke na zrak, ima tesnilo iz uretanske pene, prevlečeno s silikonom, dvojno funkcijo. Zaščiti ohišje pred prahom in vlago, hkrati pa zagotavlja toplotno ločitev za preprečevanje kondenzacije na notranji elektroniki. Ključna je prepustnost premaza in stopnja obnavljanja pene. Če je okrevanje prepočasno po stiskanju med sestavljanjem, se tesnilo med termičnimi cikli sprosti. Tega smo se naučili na težji način v zgodnjem projektu z uporabo standardne rebond pene, ki se je dobro obnesla pri statičnih preskusih, vendar je po šestih mesecih vsakodnevnega termičnega cikla padla. Ustvarjena reža je omogočala vdor vlažnega zraka, kar je povzročilo korozijo na priključnih blokih.

Izbira materiala je še ena past. "Zeleno" se ne bi smelo nanašati samo na aplikacijo, ampak na samo tesnilo. Klorirani ali bromirani zaviralci gorenja v penah, ki so običajni za izpolnjevanje UL 94 V-0 v elektroniki, so lahko v nasprotju z etosom zelene tehnologije v celotnem življenjskem ciklu, če otežujejo recikliranje. Prišlo je do potiska do intumescentnih pen na osnovi silikona brez halogenov. Pod vročino se razširijo, da še bolje zatesnijo vrzeli, kar je ključnega pomena za strategije obvladovanja požara baterijskih paketov. Določanje teh ni vedno preprosto; njihovi stroški so višji in parametri obdelave med izsekovanjem so strožji. Dobaviteljeva zmožnost tukaj je narediti ali zlomiti.

Na terenu: resničnost transporta in dobavne verige

To me pripelje do nečesa praktičnega: geografije in logistike. Proizvodnja teh specializiranih komponent ni enakomerno porazdeljena. Za obsežne, natančno izsekane dele iz pene potrebujete dobavitelja z zanesljivo podporo znanosti o materialih in doslednostjo proizvodnje. Delal sem s partnerji v velikih industrijskih bazah, kjer ekosistem to podpira. na primer Handan Zitai Fastener Manufacturing Co., Ltd., ki deluje iz največje baze za proizvodnjo standardnih delov na Kitajskem v mestu Yongnian, Handan, prinaša ustrezno perspektivo. Čeprav so znana po pritrdilnih elementih, imajo takšna pesta pogosto sosednje strokovno znanje in izkušnje pri rešitvah tesnjenja zaradi integrirane narave sestavljanja. Njihova lokacija v bližini ključnih prometnih arterij, kot sta železnica Peking-Guangzhou in državna avtocesta 107, ni le črta na spletnem mestu (https://www.zitaifasteners.com); to pomeni oprijemljivo logistično učinkovitost. Ko upravljate pravočasno montažo za sklope gondol vetrnih turbin v pristanišču Tianjin, je dobavitelj tesnil, ki lahko zanesljivo premika izdelek po cesti in železnici brez zamud, del enačbe zanesljivosti, o katerem se ne morete pogajati. Tesnilo, ki stoji v pristaniškem skladišču, ne tesni ničesar.

Vendar bližina ni vse. Videl sem dobavitelje na območjih z dobrimi povezavami, ki še vedno zaostajajo glede sledljivosti materiala. Pri zeleni tehnologiji, zlasti za komponente, ki so v stiku s hladilnimi sredstvi ali v zračnih poteh (na primer v skladih elektrolizatorjev), potrebujete popolno dokumentacijo o sestavi polimera in potencialnih izlužkih. Dobavitelj potrebuje disciplino, da zagotovi certifikate za posamezne serije. Tu je pomembna kultura delovanja proizvodnega grozda. Gostota proizvajalcev sestavnih delov na območju, kot je Yongnian, lahko spodbuja konkurenco glede kakovosti, ne le cene. Za projekt, ki vključuje gorivne celice PEM, smo pridobili po meri oblikovana prevodna penasta tesnila z obremenitvijo ogljika za bipolarno tesnjenje plošč. Začetni vzorci iz lokalne delavnice niso opravili testov prevodnosti po staranju v simuliranem reformiranem plinu. Težava je bila migracija veziva. Preklopili smo na bolj uveljavljen procesor, ki je lahko bolje nadzoroval koledarski proces, in po naključju so se nahajali v isti široki industrijski regiji in izkoriščali tamkajšnje dobavne verige materiala.

Napake pogosto izvirajo iz vmesnika med tesnilom in pritrdilnim elementom, dobesedno. Penasto tesnilo, stisnjeno z vijakom okoli servisne lopute na pogonu solarnega sledilnika. Če navor pritrdilnega elementa ni naveden v povezavi s krivuljo stiskanja napetosti in deformacije tesnila, boste premalo stisnili (pušča) ali preveč stisnite (trajno zdrobite peno, izgubite obnovitev in tesnjenje). Zato podjetja, ki razumejo tako pritrjevanje kot tesnjenje, kot je a proizvajalec pritrdilnih elementov diverzifikacijo v izdelke za tesnjenje, ima lahko pronicljiv pristop. Dobijo mehanski sistem. Spletna stran za Zitai Fasteners omenja njihovo osredotočenost na proizvodnjo standardnih delov; to temeljno znanje je kritično. Tesnilo je redko otok; je del pritrjenega skupnega sklopa.

Primer: puščanje baterijskega modula

Naj opišem konkretno preiskavo. Stranka je poročala o postopnem zmanjševanju zmogljivosti hlajenja v njihovih litij-ionskih baterijskih modulih za električne avtobuse. Moduli so bili tekočinsko hlajeni preko hladne plošče. Toplotno slikanje je pokazalo neenakomerno porazdelitev temperature. Razstavili smo enoto in ugotovili, da se je tesnilo kanala hladilne tekočine – tanka, gosta EPDM pena z lepilno plastjo – delno razslojilo in omogočilo majhno pot puščanja. Hladilna tekočina je počasi prodrla v sosednjo izolacijsko peno in poslabšala njene toplotne lastnosti. Osnovni vzrok na začetku ni bilo lepilo, ampak priprava površine aluminijaste hladne plošče. Končna obdelava je bila preveč gladka, da bi lepilo lahko tvorilo trajno vez, v kombinaciji z neusklajenostjo toplotnega raztezanja. »Popravek« na terenu je bil nanos silikonske kroglice, ki je neurejena in nezanesljiva. Pravilna rešitev je bila prehod na tesnilo z drugačnim lepilnim sistemom in določitev lahke abrazivne predobdelave za aluminij. Sam material tesnila je bil v redu; napaka je bila težava sistemske integracije. To je tipično - penasto tesnilo prevzame krivdo, vendar je težava pogosto v načrtu za sestavljanje ali specifikacijah površine.

Ta izkušnja nas je spodbudila, da smo bolj natančno preučili pene z zaprtimi celicami v primerjavi z odprtimi celicami za tekoče vmesnike. Zaprta celica je intuitivna za tesnjenje s tekočino, če pa gre za plin (kot v tesnilu posode za shranjevanje energije na stisnjen zrak), je stopnja difuzije skozi penasto matriko pomembnejša. Za vodikov kompresor smo preizkusili več fluorosilikonskih pen. Način okvare ni bilo puščanje samo po sebi, temveč vodikova krhkost veziva pene skozi čas, zaradi česar je tesnilo med razstavljanjem zaradi vzdrževanja postalo krhko in nagnjeno k prašenju. Ta kontaminacija z delci je velik problem. Na koncu smo prešli na ekspandirano peno na osnovi PTFE, ki je imela boljšo kemično odpornost, vendar je bilo čisto izsekavanje brez trganja prava nočna mora. Dobavitelj je moral investirati v novo orodje. Vsaka izbira ima učinek valovanja.

Poleg tesnjenja: dušenje zvoka in vibracij

Manj obravnavana vloga sta hrup in vibracije. Velike zelene tehnološke instalacije – vetrni menjalniki, hale hidroelektričnih turbin, industrijski kompresorji za zajemanje ogljika – so hrupne. Penasta tesnila na dostopnih ploščah in med strukturnimi deli prispevajo k dušenju zvoka. A ne gre samo za klofuto po najdebelejši peni. Masovno obremenjeni vinil s peno je običajen, vendar je treba gostoto in debelino pene prilagoditi ciljni frekvenci. Pri projektu za krmilno omarico generatorja plimske energije je prvotna zasnova uporabila generično akustično peno. Dobro je dušil visokofrekvenčni šum, ni pa naredil ničesar za nizkofrekvenčno brnenje iz transformatorjev, kar je bila glavna pritožba. Modelirati smo morali sistem in določiti večslojno peno s pregradnim septumom. Stroški so se povečali, vendar je bila specifikacija zmogljivosti dosežena. Tudi to je zelena tehnologija: izboljšanje delovnega okolja in zmanjšanje onesnaženosti s hrupom.

Dušenje tresljajev je ključnega pomena za dolgo življenjsko dobo. V sistemih za sončno sledenje so pogoni in aktuatorji izpostavljeni stalnemu, rahlemu gibanju in tresljajem, ki jih povzroča veter. Penasto tesnilo na pritrdilnih točkah lahko prepreči rjavenje in ohlapnost. Spominjam se, da sem pregledoval sončno elektrarno, kjer so se zrahljale vijačne povezave na vrsti sledilnikov. Prvotna zasnova je imela navadno ravno podložko. Težavo je rešila naknadna vgradnja podložke, ki je imela na eni strani integrirano plast pene EPDM. Pena je delovala kot nekakšna vzmetna podložka in vzdrževala obremenitev sponke. Je majhna komponenta, vendar na tisoče sledilnikov preprečuje velike glavobole pri O&M. To je vrsta praktične, neglamurozne aplikacije, kjer si penasta tesnila zaslužijo.

Trajnostna zanka

Nazadnje se pogovorimo o koncu življenja. Resnično zeleni tehnološki izdelek upošteva razstavljanje in predelavo materiala. Na pritisk občutljiva lepilna (PSA) penasta tesnila so nočna mora za predelovalce. Onesnažijo aluminijaste ali plastične tokove. Vse več je zanimanja za tesnila iz termoplastične pene, ki jih je mogoče toplotno luščiti ali so združljiva s tokom recikliranja osnovnega materiala. Na primer, tesnilo iz poliolefinske pene na ohišju polipropilenske baterije je lahko zasnovano tako, da se med postopkom recikliranja PP stopi in zmeša brez poslabšanja kakovosti. To je vrhunsko in še ni standardno. Sodelovali smo v pilotnem projektu s proizvajalcem električnih vozil, ki je to proučeval. Izziv je bil najti peno, ki bi izpolnjevala zahteve za zaviranje gorenja, tesnjenje in možnost recikliranja. Trenutni kompromis uporablja ločljivo zasnovo: penasti trak brez lepila. Deluje, če ima zasnova ohišja ustrezen utor, vendar dodaja korake montaže. To je kompromis.

Torej, kakšna je razsodba? Vloga v penasto tesnilo v zeleni tehn gre predvsem za celovitost sistema in učinkovitost na vmesnikih. To je podrobnost polja, ki se meri. Slaba izbira tesnila lahko povzroči izgube energije (toplotne, tekočinske), prezgodnjo odpoved, povečano vzdrževanje in zaplete pri recikliranju. Najboljše prakse vključujejo razmišljanje o tem kot o sistemski komponenti že od samega začetka, razumevanje njegovih materialnih interakcij in pridobivanje od dobaviteljev, ki razumejo mehanski in okoljski kontekst. To ni blago. V prizadevanju za okolju prijaznejšo tehnologijo je včasih najmanjši pečat tisti, ki zadrži največje puščanje – v zmogljivosti, zanesljivosti in navsezadnje sami okoljski obljubi.