Vai trò của đệm xốp trong công nghệ xanh? 

Bạn biết đấy, khi mọi người nói về công nghệ xanh, họ ngay lập tức chuyển sang các tấm pin mặt trời, tua-bin gió hoặc có thể là pin hydro. Hiếm có ai đem gioăng xốp lên. Đó là quan niệm sai lầm đầu tiên. Trên thực tế, nếu bạn đã từng đến nhà máy lắp ráp vỏ pin hoặc bịt kín bộ trao đổi nhiệt, bạn sẽ biết rằng một miếng đệm được lựa chọn kém có thể làm giảm hiệu quả của toàn bộ hệ thống. Nó không chỉ là việc niêm phong; đó là về quản lý nhiệt, giảm rung và tuổi thọ vật liệu. Tôi đã thấy các dự án mà trọng tâm kỹ thuật hoàn toàn tập trung vào các bộ phận chính, chỉ có những sự cố tại hiện trường bắt nguồn từ sự xuống cấp của miếng đệm hoặc thoát ra khí làm ô nhiễm môi trường nhạy cảm. Đó là nơi cuộc trò chuyện thực sự nên bắt đầu.

Giao diện bị bỏ qua

Trong các hệ thống công nghệ xanh—chẳng hạn như hệ thống lưu trữ năng lượng pin quy mô công nghiệp (BESS) hoặc tủ biến tần quang điện ngoài trời—việc bảo vệ môi trường là rất quan trọng. Nhưng nó không chỉ ngăn nước ra ngoài. Đó là về việc quản lý môi trường vi mô bên trong. Ví dụ, một hệ thống vòng kín để làm mát bằng chất lỏng trong bộ pin dựa vào các miếng đệm để duy trì áp suất và ngăn chặn rò rỉ chất làm mát. Nếu bộ nén bọt không đúng hoặc vật liệu không tương thích với chất làm mát, bạn sẽ bị rò rỉ. Chất làm mát đó, thường là chất lỏng điện môi chuyên dụng, đắt tiền và sự hao hụt của nó ảnh hưởng trực tiếp đến các chỉ số hiệu suất. Tôi nhớ lại một thử nghiệm trong đó thiết bị của đối thủ cạnh tranh không đạt được chứng nhận IP67 không phải do thiết kế mà do miếng đệm xốp được cung cấp có cấu trúc tế bào không nhất quán, dẫn đến lỗi nén cục bộ. Cách khắc phục không phải là thiết kế lại mà là thay đổi thông số kỹ thuật vật liệu thành bọt polyetylen liên kết ngang đồng đều hơn.

Sau đó là khía cạnh nhiệt. Nhiều người cho rằng kim loại hoặc cao su là lựa chọn phù hợp cho miếng đệm nhiệt. Nhưng trong các ứng dụng yêu cầu cả cách nhiệt và bịt kín, như vỏ của bộ điều khiển máy bơm nhiệt nguồn không khí, miếng đệm xốp urethane phủ silicon thực hiện nhiệm vụ kép. Nó bịt kín tủ khỏi bụi và hơi ẩm đồng thời cung cấp khả năng ngắt nhiệt để ngăn chặn sự ngưng tụ trên các thiết bị điện tử bên trong. Điều quan trọng là tính thấm của lớp phủ và tốc độ phục hồi của bọt. Nếu quá trình phục hồi quá chậm sau khi nén trong quá trình lắp ráp, vòng đệm sẽ giãn ra theo chu kỳ nhiệt. Chúng tôi đã học được điều này một cách khó khăn trong một dự án ban đầu, sử dụng bọt tái kết dính tiêu chuẩn hoạt động tốt trong các thử nghiệm tĩnh nhưng không thành công sau sáu tháng luân chuyển nhiệt hàng ngày. Khe hở được tạo ra cho phép không khí ẩm xâm nhập, dẫn đến ăn mòn các khối thiết bị đầu cuối.

Lựa chọn vật liệu là một cạm bẫy khác. “Xanh” không chỉ đề cập đến ứng dụng mà còn đề cập đến miếng đệm. Chất chống cháy clo hóa hoặc brôm ở dạng bọt, thường đáp ứng UL 94 V-0 trong thiết bị điện tử, có thể mâu thuẫn với đặc tính toàn bộ vòng đời của công nghệ xanh nếu chúng làm phức tạp quá trình tái chế. Có sự thúc đẩy hướng tới các loại bọt xốp có gốc silicone, không chứa halogen. Chúng giãn nở dưới nhiệt để bịt kín các khoảng trống tốt hơn nữa, một đặc tính quan trọng đối với chiến lược ngăn chặn cháy của bộ pin. Việc chỉ định những điều này không phải lúc nào cũng đơn giản; giá thành của chúng cao hơn và các thông số xử lý trong quá trình cắt khuôn chặt chẽ hơn. Năng lực của nhà cung cấp ở đây là khả năng quyết định.

Trên thực tế: Thực tế về vận tải và chuỗi cung ứng

Điều này đưa tôi đến một điều thực tế: địa lý và hậu cần. Việc sản xuất các thành phần chuyên dụng này không được phân bổ đồng đều. Đối với các bộ phận xốp được cắt theo khuôn có độ chính xác và khối lượng lớn, bạn cần một nhà cung cấp có nền tảng khoa học vật liệu vững chắc và tính nhất quán trong sản xuất. Tôi đã làm việc với các đối tác tại các cơ sở công nghiệp lớn nơi hệ sinh thái hỗ trợ điều này. Ví dụ, Công ty TNHH Sản xuất Fastener Handan Zitai., hoạt động từ cơ sở sản xuất linh kiện tiêu chuẩn lớn nhất Trung Quốc ở Yongnian, Handan, mang đến một góc nhìn phù hợp. Mặc dù được biết đến với ốc vít, những trung tâm như vậy thường có kiến ​​thức chuyên môn liền kề về các giải pháp bịt kín do tính chất tích hợp của quá trình lắp ráp. Vị trí của họ gần các trục giao thông huyết mạch như Đường sắt Bắc Kinh-Quảng Châu và Quốc lộ 107 không chỉ là một dòng trên một trang web (https://www.zitaifasteners.com); nó chuyển thành hiệu quả hậu cần hữu hình. Khi bạn đang quản lý hoạt động lắp ráp kịp thời cho các cụm vỏ tuabin gió ở cảng Thiên Tân, việc có một nhà cung cấp miếng đệm có thể di chuyển sản phẩm qua đường bộ và đường sắt một cách đáng tin cậy mà không bị chậm trễ là một phần không thể thương lượng trong phương trình độ tin cậy. Một miếng đệm nằm trong kho cảng không bịt kín được thứ gì.

Nhưng sự gần gũi không phải là tất cả. Tôi đã thấy các nhà cung cấp ở những khu vực có kết nối tốt vẫn còn chần chừ trong việc truy xuất nguồn gốc nguyên liệu. Trong công nghệ xanh, đặc biệt là đối với các bộ phận tiếp xúc với chất làm mát hoặc trong đường dẫn khí (như trong ngăn xếp máy điện phân), bạn cần có tài liệu đầy đủ về thành phần polyme và các chất có thể bị ngâm chiết. Nhà cung cấp cần có kỷ luật để cung cấp chứng chỉ theo lô cụ thể. Đây là nơi văn hóa hoạt động của một cụm sản xuất đóng vai trò quan trọng. Mật độ các nhà sản xuất linh kiện ở khu vực như Yongnian có thể thúc đẩy sự cạnh tranh về chất lượng chứ không chỉ về giá cả. Đối với một dự án liên quan đến pin nhiên liệu PEM, chúng tôi đã cung cấp các miếng đệm xốp chứa carbon dẫn điện có hình dạng tùy chỉnh để bịt kín tấm lưỡng cực. Các mẫu ban đầu từ xưởng sản xuất địa phương đã không đạt kết quả thử nghiệm độ dẫn điện sau khi lão hóa trong khí cải cách mô phỏng. Vấn đề là sự di chuyển chất kết dính. Chúng tôi đã chuyển sang một bộ xử lý lâu đời hơn có thể kiểm soát quy trình lập lịch tốt hơn và tình cờ họ được đặt tại cùng khu vực công nghiệp rộng lớn đó, tận dụng chuỗi cung ứng nguyên liệu ở đó.

Theo nghĩa đen, các lỗi thường đến từ bề mặt tiếp xúc giữa miếng đệm và dây buộc. Một miếng đệm xốp được nén bằng bu lông xung quanh cửa dịch vụ trên bộ truyền động theo dõi năng lượng mặt trời. Nếu mô-men xoắn của dây buộc không được chỉ định cùng với đường cong ứng suất nén của miếng đệm, thì bạn có thể nén dưới mức (rò rỉ) hoặc nén quá mức (vĩnh viễn làm nát bọt, mất khả năng phục hồi và bịt kín). Đây là lý do tại sao các công ty hiểu cả việc buộc chặt và niêm phong, giống như một nhà sản xuất dây buộc đa dạng hóa các sản phẩm niêm phong, có thể có một cách tiếp cận sâu sắc. Họ có được hệ thống cơ khí. Trang web của Zitai Fastener đề cập đến việc họ tập trung vào sản xuất các bộ phận tiêu chuẩn; kiến thức nền tảng này là rất quan trọng. Một miếng đệm hiếm khi là một hòn đảo; nó là một phần của cụm khớp được gắn chặt.

Trường hợp điển hình: Rò rỉ mô-đun pin

Hãy để tôi mô tả một cuộc điều tra cụ thể. Một khách hàng đã báo cáo rằng hiệu suất làm mát giảm dần trong các mô-đun pin lithium-ion dành cho xe buýt điện của họ. Các mô-đun được làm mát bằng chất lỏng thông qua một tấm lạnh. Hình ảnh nhiệt cho thấy sự phân bố nhiệt độ không đồng đều. Chúng tôi đã tháo rời một bộ phận và phát hiện miếng đệm kênh làm mát—một loại bọt EPDM mỏng, đặc với một lớp dính—đã bị bong ra một phần và để lộ một đường rò rỉ nhỏ. Chất làm mát đã dần dần xâm nhập vào bọt cách nhiệt liền kề, làm giảm tính chất nhiệt của nó. Nguyên nhân sâu xa ban đầu không phải là chất kết dính mà là do quá trình chuẩn bị bề mặt của tấm nhôm nguội. Nó có lớp hoàn thiện quá mịn nên chất kết dính không thể tạo thành liên kết lâu dài, kết hợp với độ giãn nở nhiệt không khớp. “Cách khắc phục” tại hiện trường là sử dụng một hạt silicon, loại hạt này rất lộn xộn và không đáng tin cậy. Giải pháp thích hợp là chuyển sang một miếng đệm có hệ thống kết dính khác và chỉ định phương pháp xử lý trước mài mòn nhẹ cho nhôm. Bản thân vật liệu đệm đã ổn; lỗi là một vấn đề tích hợp hệ thống. Đây là điển hình - miếng đệm bọt nhận lỗi, nhưng vấn đề thường nằm ở thiết kế lắp ráp hoặc thông số kỹ thuật bề mặt.

Trải nghiệm này đã thúc đẩy chúng tôi xem xét kỹ hơn các bọt xốp kín so với bọt xốp mở cho các bề mặt chất lỏng. Ô kín rất trực quan để bịt kín chất lỏng, nhưng nếu đó là chất khí (như trong phớt bình chứa năng lượng khí nén), tốc độ khuếch tán qua ma trận bọt sẽ quan trọng hơn. Đối với máy nén hydro, chúng tôi đã thử nghiệm một số loại bọt fluorosilicon. Nguyên nhân hư hỏng không phải do rò rỉ mà là do hydro làm giòn chất kết dính của bọt theo thời gian, làm cho miếng đệm trở nên giòn và dễ bị bám bụi trong quá trình tháo rời để bảo trì. Ô nhiễm hạt đó là một vấn đề lớn. Cuối cùng, chúng tôi chuyển sang sử dụng bọt giãn nở gốc PTFE, loại bọt này có khả năng kháng hóa chất tốt hơn nhưng lại là một cơn ác mộng khi cắt theo khuôn mà không bị rách. Nhà cung cấp phải đầu tư vào dụng cụ mới. Mỗi sự lựa chọn đều có hiệu ứng gợn sóng.

Ngoài khả năng bịt kín: Giảm âm thanh và độ rung

Một vai trò ít được thảo luận hơn là tiếng ồn và độ rung. Các cơ sở lắp đặt công nghệ xanh quy mô lớn – hộp số gió, phòng tuabin thủy điện, máy nén công nghiệp để thu giữ carbon – đều ồn ào. Các miếng đệm xốp trên các tấm tiếp cận và giữa các phần kết cấu góp phần giảm âm. Nhưng đó không chỉ là việc vỗ vào lớp bọt dày nhất. Vinyl tải trọng lớn có lớp nền bằng xốp là phổ biến, nhưng mật độ và độ dày của bọt phải được điều chỉnh theo tần số mục tiêu. Trong một dự án về tủ điều khiển của máy phát điện thủy triều, thiết kế ban đầu đã sử dụng loại xốp cách âm thông thường. Nó làm giảm tiếng ồn tần số cao rất tốt nhưng không làm được gì đối với tiếng ồn tần số thấp từ máy biến áp, đây là lời phàn nàn chính. Chúng tôi phải lập mô hình hệ thống và chỉ định loại xốp nhiều lớp có vách ngăn. Chi phí tăng lên nhưng thông số hiệu suất vẫn được đáp ứng. Đây cũng là công nghệ xanh: cải thiện môi trường làm việc và giảm ô nhiễm tiếng ồn.

Giảm rung là rất quan trọng cho tuổi thọ. Trong các hệ thống theo dõi năng lượng mặt trời, các bộ truyền động và bộ truyền động phải chịu chuyển động nhẹ, liên tục và rung động do gió gây ra. Một miếng đệm xốp tại các điểm lắp đặt có thể ngăn chặn sự ăn mòn và lỏng lẻo. Tôi nhớ đã kiểm tra một trang trại năng lượng mặt trời nơi các kết nối bu lông trên các hàng thiết bị theo dõi đã bị lỏng. Thiết kế ban đầu có một vòng đệm phẳng đơn giản. Việc trang bị thêm máy giặt có lớp bọt EPDM tích hợp ở một bên đã giải quyết được vấn đề. Bọt hoạt động như một loại vòng đệm khóa lò xo, duy trì tải trọng kẹp. Đó là một thành phần nhỏ, nhưng trên hàng nghìn trình theo dõi, nó giúp ngăn ngừa những vấn đề đau đầu về Vận hành & Bảo trì. Đây là loại ứng dụng thực tế, không mấy hấp dẫn mà các miếng đệm xốp có thể tồn tại được.

Vòng lặp bền vững

Cuối cùng, hãy nói về sự kết thúc của cuộc đời. Một sản phẩm công nghệ xanh thực sự cần tính đến việc tháo rời và thu hồi vật liệu. Miếng đệm xốp dính nhạy áp lực (PSA) là cơn ác mộng đối với các nhà tái chế. Chúng làm ô nhiễm dòng nhôm hoặc nhựa. Mối quan tâm ngày càng tăng đối với các miếng đệm xốp nhựa nhiệt dẻo có thể bóc vỏ bằng nhiệt hoặc tương thích với dòng tái chế của vật liệu cơ bản. Ví dụ, miếng đệm xốp polyolefin trên vỏ pin polypropylen có thể được thiết kế để tan chảy và hòa trộn trong quá trình tái chế PP mà không làm giảm chất lượng. Đây là tiên tiến và chưa đạt tiêu chuẩn. Chúng tôi đã tham gia thí điểm với một nhà sản xuất xe điện để xem xét vấn đề này. Thử thách là tìm ra loại bọt đáp ứng được các yêu cầu về khả năng chống cháy, bịt kín và khả năng tái chế. Thỏa hiệp hiện tại là sử dụng một thiết kế có thể tách rời: một dải xốp kẹp vào không có chất kết dính. Nó hoạt động nếu thiết kế vỏ có rãnh phù hợp nhưng bổ sung thêm các bước lắp ráp. Đó là một sự đánh đổi.

Vì vậy, bản án là gì? Vai trò của đệm xốp trong công nghệ xanh về cơ bản là về tính toàn vẹn và hiệu quả của hệ thống tại các giao diện. Đó là một chi tiết trường có tỷ lệ. Lựa chọn miếng đệm kém có thể dẫn đến tổn thất năng lượng (nhiệt, chất lỏng), hỏng hóc sớm, tăng cường bảo trì và các biến chứng tái chế. Các phương pháp thực hành tốt nhất liên quan đến việc coi nó như một thành phần hệ thống ngay từ đầu, hiểu các tương tác vật chất của nó và tìm nguồn cung ứng từ các nhà cung cấp nắm bắt được bối cảnh cơ học và môi trường. Nó không phải là một mặt hàng. Trong nỗ lực thúc đẩy công nghệ xanh hơn, đôi khi con dấu nhỏ nhất lại là thứ ngăn chặn những rò rỉ lớn nhất—về hiệu suất, độ tin cậy và cuối cùng là lời hứa về môi trường.