اکنون می بینید که این سوال بیشتر مطرح می شود، به ویژه از مهندسانی که سعی می کنند عملکرد را با الزامات پایداری متعادل کنند. فرض فوری اغلب این است که هر شیم پلاستیکی انجام خواهد داد، یا اینکه "سبز" به طور خودکار به معنای زیست تخریب پذیر یا کمپوست پذیر است. اینجاست که اولین اشتباه اتفاق می افتد. در کاربردهای فناوری سبز - به نصب ردیاب خورشیدی، تراز کردن اجزای توربین بادی یا مونتاژ بسته باتری EV فکر کنید - این ماده فقط پرکننده نیست. این یک رابط حیاتی است. نیاز به مقاومت در برابر تخریب اشعه ماوراء بنفش، قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی ناشی از الکترولیت ها یا عوامل پاک کننده، چرخه حرارتی ثابت، و حفظ ثبات ابعادی خود تحت بار برای چندین دهه دارد. شکست در اینجا یک ناراحتی جزئی نیست. این می تواند منجر به ناهماهنگی، شکستگی استرس یا ناکارآمدی سیستم شود که به طور کامل مزایای زیست محیطی خود فناوری را کاهش می دهد. بنابراین، سوال واقعی فقط در مورد نیاز به یک شیلنگ پلاستیکی نیست. این در مورد تعیین پلیمر مناسب برای یک محیط متخاصم و با عمر طولانی است.
پیچ و خم مواد: هرگز فقط پلاستیک نیست
اوایل، ما این را به روش سخت یاد گرفتیم. یک مشتری در حال مونتاژ سازه های نصب خورشیدی بزرگ بود و از یک شیم نایلونی معمولی و تجاری در دسترس استفاده می کرد. روی کاغذ، خوب به نظر می رسید - استحکام خوب، مقاومت در برابر سایش مناسب. اما در عرض 18 ماه در یک تاسیسات بیابانی، گزارش هایی مبنی بر ترک خوردن و تغییر شکل شیم ها منتشر شد. مشکل؟ جذب رطوبت. نایلون آب را از هوا می مکد که با گذشت زمان ابعاد آن تغییر می کند و از سفتی آن می کاهد. در آن محیط خشک، نوسان حرارتی روز و شب رطوبت را به داخل و خارج می‌کشید و باعث خزش آن می‌شد. هم ترازی پانل ها تغییر کرد و منجر به کاهش قابل اندازه گیری در بازده انرژی شد. این یک مورد کلاسیک از عدم تطابق مواد بود که درست در برگه مشخصات به نظر می رسید اما در این زمینه ناموفق بود.
آن تجربه ما را به سمت پلیمرهای مهندسی پایدارتر سوق داد. برای محیط‌های بیرونی و با اشعه ماوراء بنفش بالا، اکنون تقریباً همیشه به موادی مانند این نگاه می‌کنیم لاستیک های پلاستیکی بادوام ساخته شده از UHMW-PE (پلی اتیلن با وزن مولکولی فوق العاده بالا) یا درجات خاصی از پلی پروپیلن. آنها دارای مقاومت شیمیایی عالی، جذب رطوبت نزدیک به صفر و روانکاری ذاتی هستند که برای نصب عالی است و از خوردگی گالوانیکی هنگام استفاده بین فلزات غیر مشابه جلوگیری می کند. POM (Acetal) یکی دیگر از مدعیان ثبات ابعادی و سفتی آن است، اما باید مراقب مقاومت طولانی مدت آن در برابر اشعه ماوراء بنفش باشید - اغلب به افزودنی های تثبیت کننده نیاز دارد.
نکته کلیدی این است که شیم را به عنوان یک جزء سایش در نظر بگیرید. شما فقط برای نصب شیم نمی کنید. شما برای عمر مفید 25 ساله یک مزرعه خورشیدی یا عمر 20 ساله یک گیربکس توربین بادی میل می کنید. پلیمر باید در برابر جریان سرد (خزش) تحت فشار ثابت مقاومت کند. اینجاست که دیتاشیت ها کوتاه می آیند. شما باید به منحنی های تنش-کرنش فشاری درازمدت در محدوده دمای کاری خود نگاه کنید، نه فقط خواص مکانیکی کوتاه مدت. بسیاری از تامین کنندگان نمی توانند آن داده ها را ارائه دهند، که یک پرچم قرمز بزرگ است.
چرا متال همیشه جوابگو نیست (و زمانی که هست)
در دنیای اتصال دهنده ها و قطعات دقیق، پیش فرض اغلب فلز است. شناخته شده است، قوی است، قابل آزمایش است. شرکتی مثل شرکت Hebei Dewell Metal Products Co. ، Ltd (می توانید نمونه کارها آنها را در اینجا پیدا کنید https://www.dewellfastener.com) به درستی شهرت خود را بر روی اتصال دهنده ها و اجزای فلزی ایجاد کرد. آنها یک شرکت بزرگ در Yongnian، قلب صنعت قطعات استاندارد چین هستند، بنابراین آنها متالورژی را می شناسند. اما در فناوری سبز، خاصیت عایق بودن پلاستیک در بسیاری از موارد غیرقابل مذاکره است. استفاده از شیم فلزی در ماژول باتری EV می تواند یک مسیر جریان سرگردان یا یک پل حرارتی ایجاد کند که ایمنی و کارایی را به خطر می اندازد.
با این حال، رد کردن فلز به طور کامل یک اشتباه است. رویکردهای ترکیبی وجود دارد. گاهی اوقات یک شیم فولادی ضد زنگ با پوشش پلیمری یا ورقه ورقه ترکیبی عالی از مقاومت فشاری و عایق الکتریکی را فراهم می کند. چالش، یافتن منبع فروشنده ای است که بتواند هر دو طرف این معادله را مدیریت کند - فلزکاری دقیق و تخصص کاربرد پلیمر. این یک شکاف در بازار است. اکثر شرکت ها در یک حوزه مواد متخصص هستند.
اینجاست که گفتگو با یک تامین کننده واقعی می شود. وقتی با یک تولید کننده فلز محور صحبت می کنید، غریزه آنها ممکن است ارائه یک راه حل ضد زنگ مهر و موم شده باشد. شما باید گفتگو را به سمت الزامات محیطی و الکتریکی سوق دهید. آیا آنها می توانند پلیمر مناسب را منبع یا شریک کنند؟ آیا آنها آزمایش های لازم برای پیری را درک می کنند؟ شرکتی مانند دیول، با یکپارچه سازی تحقیق و توسعه و تولید، در موقعیتی قرار دارد که این موضوع را هدایت کند، اما از مشتری می خواهد که مشخصات را فراتر از استانداردهای سنتی هدایت کند.
The Devil’s in the Details: Installation and Real-World Beating
مشخص کردن مواد مناسب فقط نیمی از کار است. نحوه نصب شیم اغلب سرنوشت آن را تعیین می کند. من دیده‌ام که شیلنگ‌های UHMW-PE به‌خوبی درهم ریخته شده‌اند، زیرا خدمه نصب از یک آچار ضربه‌ای برای پایین آوردن پیچ استفاده می‌کنند و گرمای اصطکاکی کافی برای ذوب موضعی و تغییر شکل پلاستیک ایجاد می‌کنند. مواد شیم باید با پروتکل نصب مناسب جفت شوند - اغلب یک روش گشتاور کنترل شده.
یکی دیگر از جزئیات نادیده گرفته شده، درمان لبه است. یک برش شیمی با لبه تیز و تمیز در برابر شروع ترک بسیار بهتر از برش با لبه های ناهموار و تحت فشار ناشی از یک فرآیند مهر زنی یا برش با کیفیت پایین مقاومت می کند. برای شیم های نازک، این مهم است. شما از این قطعه کوچک پلاستیکی می‌خواهید که بارهای نقطه‌ای از سر پیچ‌ها را تحمل کند و آن را به طور مساوی توزیع کند. لبه معیوب نقطه شکستی است که منتظر وقوع است.
سپس مسئله انباشته شدن تحمل وجود دارد. در مجموعه‌های فناوری سبز، ممکن است یک محفظه فلزی ریخته‌گری، یک قطعه ماشینکاری شده و شیم پلاستیکی خود داشته باشید. اگر تلورانس ضخامت شیم خیلی شل باشد، یا به تراز مورد نیاز دست نمی‌یابید یا به مجموعه فشار می‌آورید تا شکافی که خیلی بزرگ است را ببندد. برای رابط‌های حیاتی، ما به سمت تعیین شیم‌هایی با تحمل +/- 0.1 میلی‌متر یا تنگ‌تر رفتیم، که اغلب به معنای دور شدن از شیم‌های ارزان‌قیمت تولید شده به یک تامین‌کننده دقیق‌تر است.
منبع یابی و سردرد تأیید سبز
همه خواهان یک محصول پایدار هستند. اما برای یک لبه پلاستیکی بادوام، سبز در واقع به چه معنی است؟ آیا محتوای بازیافتی است؟ آیا این پلیمر از منابع زیستی مشتق شده است؟ آیا این فقط یک فناوری سبز را فعال می کند؟ این منطقه تاریک است. استفاده از شیم با 30 درصد محتوای بازیافتی پس از مصرف، عالی به نظر می رسد تا زمانی که متوجه شوید جریان بازیافتی ناسازگار است و قابلیت تحمل آب و هوای طولانی مدت پلیمر را به خطر می اندازد. خطر شکست بسیار زیاد است.
یک رویکرد سبز عملی تر و مسلماً تأثیرگذارتر، طول عمر است. سبزترین جزء آن است که هرگز خراب نمی شود و هرگز نیاز به جایگزینی ندارد و از هزینه کربن ناشی از تماس سرویس، قطعه جدید و دفع جلوگیری می کند. بنابراین، تعیین یک پلیمر بکر و با کارایی بالا که عمر مفید 25 ساله را تضمین می کند، ممکن است نتیجه زیست محیطی خالص بهتری نسبت به شیم با محتوای بازیافتی که در 10 سال از بین می رود، داشته باشد. این یک حقیقت ناراحت کننده است که با ادعاهای بازاریابی ساده مغایرت دارد.
هنگام منبع یابی، باید زنجیره تامین را مورد بازجویی قرار دهید. آیا سازنده می تواند گواهی های سازگاری دسته به دسته ارائه دهد؟ آیا آنها تثبیت کننده های UV، آنتی اکسیدان ها و مهارکننده های هیدرولیز را برای محیط کاربردی خاص اضافه می کنند؟ به عنوان مثال، در توربین‌های بادی ساحلی، مقاومت در برابر خوردگی اسپری نمک برای فلزات کلیدی است، اما برای پلاستیک‌ها، باید نگران تخریب زنجیره‌های پلیمری ناشی از نمک باشید. همه تامین کنندگان به آن سطح فکر نمی کنند.
مورد در نقطه: یک برد کوچک و یک مشکل طولانی مدت
ما با یک مشتری که لوازم الکترونیکی قدرت را برای اینورترهای خورشیدی مونتاژ می کرد، برنده شدیم. آنها به یک شیم برای جداسازی یک هیت سینک از شاسی نیاز داشتند. آنها از یک واشر PVC ارزان استفاده می کردند که از نظر حرارتی تخریب می شد و رسانا می شد. ما آنها را به یک شیم پلی‌آمید (PI) با ماشینکاری دقیق تغییر دادیم. هر قطعه گران‌تر است، اما دمای عملیاتی مداوم بیش از 250 درجه سانتی‌گراد، استحکام دی الکتریک عالی دارد و خزش نمی‌کند. نرخ شکست میدان برای آن مجموعه به صفر کاهش یافت. هزینه با حذف تعمیرات گارانتی جذب شد.
اما در اینجا یک مشکل طولانی وجود دارد که ما به طور کامل آن را حل نکرده ایم: رنگ. برای کنترل کیفیت و ایمنی، مهندسان اغلب شیم های رنگی را برای ضخامت های مختلف می خواهند. با این حال، رنگدانه‌هایی که برای رنگ‌آمیزی پلاستیک‌ها استفاده می‌شوند، گاهی اوقات می‌توانند به‌عنوان عوامل تخریب، به‌ویژه در معرض اشعه ماوراء بنفش عمل کنند. یک شیم پر جنب و جوش آبی یا قرمز ممکن است در کارخانه عالی به نظر برسد، اما گچ و به سرعت در زیر نور خورشید محو می شود و به طور بالقوه آن را ضعیف می کند. یافتن تأمین‌کننده‌ای که از مستربچ‌های رنگی پایدار در برابر اشعه ماوراء بنفش و سازگار با پلیمر پایه استفاده می‌کند، سخت‌تر از آن چیزی است که به نظر می‌رسد. گاهی اوقات، مطمئن ترین راه حل استفاده از مواد طبیعی (اغلب سفید یا مایل به سفید) و تکیه بر اچ لیزری یا برچسب های چاپ شده برای شناسایی است - یک مرحله و هزینه دیگر اضافه می شود.
این به ایده اصلی بازمی گردد: هیچ پاسخ کاملی وجود ندارد. سوال شروع یک شیرجه عمیق است. شما در حال متعادل کردن علم پلیمر، مهندسی مکانیک، شیمی محیطی و واقعیت زنجیره تامین هستید. شیم مناسب وجود دارد، اما یافتن آن مستلزم حرکت از خرید کاتالوگ گذشته و در یک فرآیند مشخصات مشترک با شریکی است که هم علم مواد و هم بی رحمی استفاده نهایی را دریافت می کند. این یک جزء کوچک است که یک ایده بسیار بزرگ و بسیار سبز را در خود جای داده است.
