Uszczelka wylewana - ESD, EMI, czy raczej nie?

Fot. 1. Pompy kawitacyjne zmieniły świat uszczelek wylewanych, łącząc zwiększenie wydajności ze znacznym zawężeniem tolerancji wykonania. Uszczelka nakładana z tolerancją wysokości 0,1 mm zaczyna być osiągalna nawet w seryjnej produkcji. Są one odporne na ścieranie, dlatego znakomicie nadają się do nakładania uszczelek ESD i EMI

Uszczelki wylewane są rozwiązaniem polegającym na nałożeniu płynnego materiału uszczelniającego w miejscu, które ma zostać uszczelnione (in situ). Patrząc na listę potencjalnych problemów po nałożeniu, możemy się zastanawiać, czy materiał płynny:

• utwardzi się lub nie utwardzi,
• spieni się lub nie spieni,
• rozleje się lub nie rozleje,
• będzie miał właściwości przewodzące lub nie,
• będzie miał właściwości antystatyczne, ochronne w zakresie EM lub nie.

Biorąc pod uwagę wymienione możliwości, pod rozwagę poddaje się wielowymiarowy obszar, zwany czasem "okienkiem technologicznym", w którym możemy uzyskać różne kombinacje ww. własności.

Dodatkowym podziałem stosowanym w firmie AMB Technic jest podział na uszczelki nakładane mokro-namokro i mokro-na-sucho. Pojęcia te oznaczają, że uszczelka może być nakładana na mokro i montowana na mokro lub nakładana na mokro i montowana na sucho, po jej utwardzeniu.

Projektując elementy wymagające uszczelnienia, trzeba brać pod uwagę technologię, w jakiej te elementy będą uszczelniane. Inaczej będą wyglądały obudowy uszczelniane kształtową uszczelką wycinaną, inaczej wytłaczaną, a jeszcze inaczej uszczelką wylewaną. Uszczelka wylewana mokro-na-mokro jest w stanie zapewnić praktycznie metaliczny kontakt obudowy np. magnezowej przy zachowaniu IP68 bez wyszukanej obróbki powierzchni. Dopuszczalne są nawet wysokie chropowatości Ra rzędu 80. Może być również wykonana w standardzie ESD, EMI i zapewnić własności antystatyczne i/lub szczelność elektromagnetyczną nawet dla krytycznych szczelin.

Jakie zalety mają uszczelki wylewane w całości?

W pierwszym rzędzie pozwalają na znaczne obniżenie kosztów produkcji, przede wszystkim wtedy, gdy mamy do czynienia z długimi seriami produkcyjnymi. Uszczelka wylewana jest stosunkowo łatwa do automatyzacji, jej nakładanie można całkowicie powierzyć działaniu układu dozującego, zwłaszcza jeśli odpowiednio go dobierzemy.

Układy wolumetryczne oparte na pompach kawitacyjnych firmy Viscotec pozwalają na nakładanie uszczelek wykonanych z elastomerów jednoskładnikowych oraz dwuskładnikowych z dokładnością wysokości lepszą nawet niż 0,1 mm przy wysokościach uszczelki przekraczającej 5 mm.

Kompresja w uszczelkach

Fot. 2. Stacja nakładania uszczelek firmy Sonderhoff pozwala na precyzyjne i wydajne wylewanie uszczelek piankowych, ale również na zalewanie diod LED oraz precyzyjnych elementów elektronicznych

Ważnym, a mało znanym parametrem uszczelki jest jej stopień kompresji. Nie ma jednoznacznej definicji stopnia kompresji dla uszczelek wylewanych. Jedną z najbardziej popularnych jest procent ściśnięcia uszczelki umożliwiający powrót do 90% wymiaru po zdjęciu obciążenia. Oczywiście zawsze można uszczelkę po otwarciu obudowy wymienić, zwłaszcza jeśli jest montowana w technologii mokro-na-mokro.

Uszczelkę po demontażu można po prostu usunąć mechanicznie lub chemicznie i nałożyć od nowa uszczelniacz. W technologii mokro-na-mokro uszczelka może być nałożona ręcznie i jakość uszczelnienia będzie porównywalna z fabryczną. Oczywiście, zużycie materiału będzie kilkakrotnie większe niż w produkcji seryjnej, ale w naprawach nie ma to istotnego znaczenia.

W uszczelkach montowanych w technice mokro-na-sucho sprawa wygląda zgoła inaczej. Warto poświęcić sporo czasu na wykonanie testów nakładania różnych ilości uszczelniacza, poddawanie go różnym sposobom utwardzania i różnym wartościom kompresji. A dodatkowo poddać go różnym testom starzeniowym, po których zmierzymy wartość "odzyskanej" wysokości.

Dobre uszczelki piankowe mogą zostać poddane kompresji 50%, a po otwarciu obudowy po 20 latach w ciągu kilku minut odzyskają 90% procent swojej pierwotnej wysokości. To jest dobra część wiadomości. Mniej przyjemna jest taka, że uszczelki piankowe jest trudno wykonać w technologii ESD czy EMI. Czasem osobno wykonywane są uszczelki piankowe, a osobno montowane są uszczelki EMI.

Fot. 3. Uszczelki oraz zalewy elektroniczne w bardzo wymagających zastosowaniach wymagają usunięcia powietrza z materiału, z którego będzie wylewana uszczelka

Powodem jest to, że "okienka technologiczne" i "okienka użytkowe" dla takich obszarów nie zawsze się pokrywają. Uszczelki piankowe są ekonomiczne nawet w dużych wymiarach i mają znakomity stopień kompresji, sięgający 50% nawet przy stopniu IP na poziomie 68.

Jednak wykonanie z nich uszczelki odprowadzającej ładunki elektryczne jest poważnym wyzwaniem. Uszczelki piankowe mają także ograniczenia w długotrwałym kontakcie z wodą oraz trzeba je chronić przed promieniowaniem UV, jeśli są wykonane z taniego poliuretanu. Tych wad nie mają spienione uszczelki silikonowe. Te jednak są znacznie droższe i mają kompresję jedynie na poziomie 10-15%.

Uszczelki o właściwościach ESD i EMI są z kolei zwykle dość twarde, ze względu na zawartość drobin metalu w elastomerze, który już i tak charakteryzuje się niższym niż pianka stopniem kompresji. Im większa zawartość metalu, tym niższa kompresja, tym większa twardość, czy to nie nazbyt oczywiste? A jednak wiele osób poszukuje tajemniczego rozwiązania, które ma w magiczny sposób połączyć wszystkie, nawet najbardziej przeciwstawne cechy materiałów uszczelniających.

Projekty związane z uszczelnianiem EMI są często tajne, bo wiele z nich dotyczy zastosowań wojskowych, przez co szczegóły rozwiązań nie są dostępne. Jednak to, że jednym z rozwiązań jest dobór uszczelnienia tak, by pogodzić wysokie wymagania szczelności środowiskowej z wyśrubowanymi oczekiwaniami szczelności elektromagnetycznej, jest logicznym wnioskiem, gdy mówimy o sprzęcie wojskowym. W takich sytuacjach przygotowujemy rozwiązania łączące kilka różnych uszczelek o różnym stopniu kompresji dopasowanych tak, by każda z nich spełniała część wymogów.

Marek Bernaciak
AMB Technic
www.amb.pl