如何保護敏感電子設備，不受衝擊、振動和溫度的影響

衝擊、振動和過熱對任何電子系統設計來說都是威脅，會迅速造成系統故障。操作時過大的噪音也會招致客訴和過多的維修電話。此外，散熱不良也會增加成本。

振動和噪音可能來自安裝不正確的散熱風扇。維修面板和檢修口周圍的漏洞可能會導致冷風洩漏，因此讓氣溫升高並降低通風和空調系統的散熱效率。外殼則可能會因為機械共振而嘎嘎作響和振動。

雖然噪音、振動和升溫幾乎無法避免，還是需要將其降至最低。有鑑於此，設計人員可以轉向吸收能量的聚氨酯泡棉墊片、減震墊和緩衝物。然而，挑選合適的材料就需要瞭解材料的主要特性和效能。

本文將探討設計人員在挑選緩衝材料時需要考慮的關鍵特性，並以 3M 的 ISOLOSS LS 聚氨酯泡棉產品為例。本文將展示如何應用 ISOLOSS LS 聚氨酯泡棉產品，在最嚴苛的應用中保護關鍵設備，進而節省設計人員的時間和成本。

ISOLOSS LS 聚氨酯泡棉

3M 的 ISOLOSS 材料是細孔、高密度的聚氨酯泡棉。具有耐用、能量吸收、低壓縮永久變形、一致的壓縮力偏差特性，且可在寬廣的溫度範圍內使用。提供多種密度、厚度和形式，包括墊片條、圓形和方形，以及方形和矩形片 (圖 1)。

圖 1：3M 的 ISOLOSS LS 聚氨酯泡棉有多種實用的形狀可供選擇，可當作緩衝墊、墊片、振動隔離器和減震片使用。(圖片來源：3M)

除了提供各種形狀外，ISOLOSS LS 聚氨酯泡棉還有四種不同的密度：10 (160.2)、15 (240.4)、20 (320.4) 和 25 (400.5) (lb/ft³) (kg/m³)。要挑選適合特定應用的聚氨酯泡棉時，密度是相當重要的考量因素。這些泡棉產品的工作溫度範圍皆在 -40°C 至 +107°C (-40°F 至 228°F)。

聚氨酯泡棉可用於三類不同的應用：墊片、緩衝和支撐，以及能量控制。墊片必須要密合間隙、吸收機械衝擊和振動，並在配接表面之間提供密封。風扇和外殼之間放置墊片可隔離振動，並加以密封，以免壓力損失。緩衝和支撐則是將物體彼此隔離，例如車門上的緩衝墊，會在開關關閉時，監測車門的關閉動作。緩衝墊可當作開關的緩衝，減少車門關閉時的衝擊。小型的圓形和方形墊片，如 LS-2506-PSA-1-CIRCLE-50PK 或 LS-2006-PSA-2-X2-50PK，就經常用於此類應用。能量控制則是降低機械能量，作法是吸收撞擊或衝擊，並且減緩振動。

聚氨酯泡棉的主要特性

以上這些應用都取決於泡棉保持形狀的能力，以及對於壓縮泡棉的物體提供抵抗力的能力。聚氨酯泡棉有兩項規格可用來判定其特性，包括壓縮永久變形抗性 (通常稱為壓縮永久變形)，以及壓縮力偏差 (CFD)。

壓縮永久變形可用來測量泡棉持續受到壓縮後的永久變形程度。壓縮永久變形值較低表示，泡棉在反覆或連續壓縮後將可恢復到原始厚度。3M 的 ISOLOSS LS 泡棉在室溫下的壓縮永久變形率小於 1%，符合撓性多孔材料標準 ASTM D1667 的規範。

ASTM D3574 D 有針對撓性多孔材料制訂標準測試方法，可用來測量壓縮永久變形程度。受測材料會壓縮到 50% 的厚度，且長時間暴露在高溫下。壓縮永久變形是指解除壓縮後，原始厚度的喪失百分比。

有個需要良好壓縮永久變形抗性的典型應用就是冷氣機濾網架密封 (圖 2)。

圖 2：具有低壓縮永久變形率的 ISOLOSS LS 泡棉墊片可將冷氣濾網架的檢修門密封，不僅將漏氣情況降至最低，同時也可固定濾網。(圖片來源：3M)

空氣濾網架使用具有低壓縮永久變形率的聚氨酯泡棉將濾網外罩密封，同時固定濾網。要拆除濾網進行更換或清潔時，泡棉會膨脹，回復到其完整厚度。低壓縮永久變形率可保證，無論壓縮多久的時間，密封件都能繼續保持效能。此應用可使用的泡棉墊片，例如 3M 的 LS-1025LM/PSA-0.75 in x 180 in-1RL。LS-1025LM/PSA 是一款 0.75 in 寬、0.25 in 厚的條帶，密度為 10 lb/ft³。此柔軟泡棉可服貼濾網並固定就位，同時仍可將門的開口密封。

CFD 代表泡棉在不同壓縮程度下的硬度。ASTM D3574C 測試 CFD 的方式是江將泡棉從其原始厚度的 100% 壓縮到 30%，即壓縮 10% 到 70%。當泡棉受到壓縮時，會測量壓縮表面施加在泡棉上而導致厚度降低到指定程度的力道。在此應謹記，這也是泡棉在壓縮表面上施加的力。施加力道會造成壓縮，如圖 3 的壓縮圖所示。每種 ISOLOSS LS 泡棉密度皆會提供 CFD 表格和／或圖表，以便針對不同的應用仔細挑選適合的泡棉。

圖 3：四種可用泡棉密度 (10、15、20 或 25 (lb/ft³)) 的 CFD 圖。使用更高密度的泡棉或使用更高的壓縮，就可達到更大的力。(圖片來源：3M)

若有個緩衝應用，想要兩個表面以 100 kPa (14.5 psi) 的壓力彼此隔開固定。就可使用 25 lb/ft³ 泡棉壓縮到約 16%；20 lb/ft³ 泡棉壓縮到約 28%；15 lb/ft³ 泡棉壓縮到約 50%，或使用 10 lb/ft³ 泡棉壓縮到約 70%

振動和噪音阻尼

結構阻尼是一種消除機械能的方法，作法是將其轉化為熱能。阻尼材料會透過強力粘合劑直接黏貼在結構表面 (圖 4)。

圖 4：ISOLOSS LS 泡棉片黏貼在表面上就可提供噪音阻尼；相容於多種 3M 壓敏膠。(圖片來源： E.A.R. Division of 3M)

這種任意層疊阻尼系統是最簡單的形式。阻尼材料的基礎結構受到彎曲應力而產生拉伸和壓縮，會藉此耗散能量。即使是這個簡易的系統，只要正確設計阻尼處理，也可以達到顯著的結果，特別是用在撞擊噪音時，可以降低 20 分貝 (A 加權) (dBA) 甚至更多。阻尼材料有方形或矩形片狀，以及圓形或方形貼片。這些片材可以採用模壓或雷射切割，以便 OEM 組裝，或當作維修改裝套件。不需要完全覆蓋就可以達到效果，若想降低 10 dBA 以上的衝擊噪音，只需要最小 25% 的覆蓋範圍就可達到。較大的片材，如 3M 的 LS-1506/PSA-5"x7"-10PK 和 LS-1006LM-PSA-12"x12"-6PK，可在阻尼應用中發揮良好作用。由於具有撓性，這些泡棉可服貼大多數的產品設計。

有四個因素會影響阻尼和降噪量：

1. 基材的類型和厚度。
2. 阻尼材料在不同操作溫度和頻率下的厚度和特性。
3. 阻尼材料厚度與基材厚度的比值。
4. 阻尼材料覆蓋表面積的百分比。

阻尼和振動控制技術會利用聚氨酯泡棉的能力將機械運動轉化為低位準熱量，進而降低噪音和振動程度。ISOLOSS LS 聚氨酯泡棉能為這些應用提供能量控制，即使在惡劣環境中，依然可保持其形狀、貼合度和功能。

表 1 概述 ISOLOSS LS 聚氨酯泡棉在四種可用密度下的完整規格。除了抗壓縮永久變形和壓縮力 (負荷) 偏差的關鍵規格外，此表格還列出用於鑒定泡棉材料的測試標準。

表 1：圖中顯示 ISOLOSS LS 聚氨酯泡棉在四種可用密度下的典型屬性。(圖片來源：3M)

結論

極端的振動、衝擊、噪音和溫度是許多系統設計會面臨的情況，但只要使用合適的阻尼材料，就可大幅減輕影響。如本文所示，3M 的 ISOLOSS LS 聚氨酯泡棉提供多種形狀、密度和厚度，可以耐受多種環境，並提供長久的使用壽命。可用於墊片應用，將開口密封並減少振動。在緩衝和支撐應用中，可以減少衝擊和振動，同時固定子組件。最後，在阻尼操作中，則可用於降低噪音。