Jika Anda pernah memegang barang elektronik yang selamat dari terjatuh di meja kerja, barang elektronik di bawah kap mobil yang melewati lubang dan perubahan suhu, atau bahkan komponen luar angkasa yang diterbangkan melalui udara yang bergejolak, Anda pernah mengalami peredam getaran di tempat kerja. Kebanyakan orang tidak berpikir tentang pekerja keras yang senyap yang memungkinkan daya tahan tersebut, namun bagi para insinyur yang merancang lingkungan dengan getaran tinggi, komponen silikon jauh lebih dari sekadar penyekat atau pengisi—ini adalah tulang punggung manajemen getaran yang andal. Sebagai pemasok komponen silikon dengan pengalaman puluhan tahun dalam mendukung industri mulai dari otomotif hingga kontrol industri, saya telah melihat secara langsung bagaimana bahan ini mengungguli pilihan lain, tetapi hanya jika Anda memahami bagaimana sifat uniknya diterjemahkan ke dalam kinerja peredam getaran di dunia nyata.
Untuk memulainya, mari kita uraikan mengapa getaran merupakan masalah kritis bagi komponen elektronik dan mekanik. Getaran—baik dari kebisingan jalan raya, pengoperasian motor, atau turbulensi atmosfer—menciptakan tekanan siklik pada sambungan solder kecil, sensor halus, dan papan sirkuit. Seiring waktu, tekanan ini menyebabkan kegagalan kelelahan: solder retak, konektor kendor, dan sensor tidak sejajar, meskipun komponen tidak pernah mengalami suhu berlebih atau basah. Di sinilah peran bahan peredam getaran: tugasnya adalah menyerap energi siklik tersebut, mengubahnya menjadi sejumlah kecil panas, dan menjaganya agar tidak merusak bagian sensitif. Komponen silikon secara unik cocok untuk hal ini karena struktur molekulnya: rantai polimer silikon yang panjang dan fleksibel yang dapat meregang dan melakukan reorientasi tanpa putus, dipadukan dengan suhu transisi gelas (Tg) yang rendah sehingga tetap fleksibel bahkan dalam kondisi dingin ketika bahan lain mengeras dan retak.
Mari kita bandingkan dengan bahan alternatif yang umum untuk menempatkan hal ini dalam perspektif. Epoxies, misalnya, bersifat kaku dan menawarkan dukungan struktural yang baik, namun Tg-nya yang tinggi berarti mereka menjadi rapuh pada suhu di bawah nol, berubah menjadi peredam getaran yang buruk ketika peralatan seperti mesin pertanian atau kendaraan off-road bekerja di musim dingin. Uretan sedikit lebih fleksibel dibandingkan epoxies, namun dapat terdegradasi akibat paparan sinar UV atau suhu tinggi (seperti lingkungan di bawah kap 120°C yang dihadapi banyak komponen otomotif), yang menyebabkan hilangnya kinerja redaman seiring berjalannya waktu. Sebaliknya, komponen silikon mempertahankan fleksibilitasnya pada rentang suhu -60°C hingga 200°C untuk banyak formulasi, yang merupakan rentang pengoperasian aplikasi yang paling banyak getarannya.
Sekarang, mari masuk ke metrik kinerja spesifik yang penting untuk peredam getaran. Angka kuncinya di sini adalah tangen rugi-rugi (tan δ), yang mengukur kemampuan material untuk menghilangkan energi getaran. Nilai tan δ di atas 0,1 berarti suatu material efektif dalam meredam; nilai di atas 0,3 berarti sangat efektif. Sebagian besar komponen silikon untuk peredam getaran memiliki tan δ antara 0,2 dan 0,5 pada rentang suhu operasionalnya, yang mengungguli baik epoksi (biasanya tan δ < 0,1) dan bahkan banyak bahan peredam getaran uretana khusus (yang sering kali turun di bawah 0,1 pada suhu ekstrem). Artinya, saat komponen dalam pot atau disegel dengan komponen silikon terkena getaran, komponen tersebut akan menyerap 20–50% energi siklik tersebut, dibandingkan membiarkannya berpindah langsung ke bagian internal.
Namun bukan hanya jumlah tan δ yang penting-cara pengaplikasian silikon membuat perbedaan besar. Senyawa pot silikon dua komponen, misalnya, mengeras untuk membentuk lapisan seragam dan bebas tegangan di sekitar komponen, yang ideal untuk merangkum papan sirkuit yang memerlukan perlindungan getaran penuh. KitaSenyawa Pot Silikon SO-820 | Bahan Enkapsulasi UL 94 V-0 RTV Taiwandiformulasikan khusus untuk hal ini: memiliki tan δ sebesar 0,35 pada suhu kamar, mengeras tanpa menyusut (nilai tambah yang besar karena penyusutan menciptakan tekanan internal yang dapat menyebabkan kegagalan komponen), dan memenuhi ketahanan api UL 94 V-0 untuk aplikasi yang mengutamakan keselamatan kebakaran. Saya telah bekerja dengan produsen otomotif yang beralih dari pot epoksi ke SO-820 untuk unit kontrol mesin (ECU) mereka dan melihat penurunan 70% dalam kegagalan terkait getaran di lapangan selama 18 bulan. Alasannya? Fleksibilitas silikon lebih cocok dengan koefisien ekspansi termal (CTE) bahan papan sirkuit daripada epoksi, sehingga saat ECU memanas dan mendingin selama pengoperasian, ECU bergerak bersama papan alih-alih menimbulkan tekanan pada sambungan solder-sementara juga menyerap getaran jalan dan mesin yang dapat merusak sambungan.
Untuk aplikasi yang tidak memerlukan enkapsulasi penuh, seperti sensor atau konektor penyegelan, silikon RTV satu komponen seringkali merupakan pilihan yang lebih baik. KitaSealant Silikon Elektronik Alkoxy Rtv-1mengering jika terkena kelembapan, sehingga mudah diaplikasikan di lokasi atau selama perakitan, dan memiliki tan δ 0,28 pada suhu -40°C hingga 150°C. Saya ingat seorang klien di industri peralatan pertanian yang mengalami masalah getaran dari mesin traktor yang membuat sensor kecepatannya terlepas. Mereka menggunakan perekat serbaguna yang mengeras menjadi lapisan kaku dalam waktu satu bulan, dan sensornya akan bergeser. Bertukar dengan sealant silikon alkoksi RTV-1 membuat sensor bergerak sedikit mengikuti getaran, sementara sifat redaman silikon menyerap kebisingan mesin frekuensi tinggi yang melonggarkan dudukan. Mereka melaporkan tidak ada kegagalan sensor terkait getaran setelah peralihan, sehingga menghemat klaim garansi lebih dari $20.000 dalam satu musim panen.
Aplikasi umum lainnya yang banyak menimbulkan getaran adalah bagian bawah otomotif dan elektronik bodi. Sealant silikon perpindahan panas otomotif berwarna putih memiliki fungsi ganda: menyegel, menghilangkan panas, dan meredam getaran. KitaSealant Silikon Perpindahan Panas Otomotif Putihmemiliki konduktivitas termal sebesar 0,8 W/mK (jauh lebih tinggi dari sealant silikon standar, yaitu sekitar 0,2 W/mK) ditambah tan δ sebesar 0,3 pada kisaran suhu bawah ruangan pada umumnya. Untuk sistem manajemen baterai kendaraan listrik (BMS), dimana modul terkena getaran jalan dan harus dijaga pada suhu yang konsisten, sealant ini sempurna: sealant ini mengikat modul baterai ke sasis, menyerap getaran yang akan melelahkan sambungan modul, dan menghilangkan panas yang dihasilkan selama pengisian dan pengosongan. Kami bekerja sama dengan produsen kendaraan listrik pemula yang menguji sealant ini terhadap produk uretan pesaing pada modul BMS mereka. Setelah 1.000 jam pengujian getaran pada 10g (standar untuk komponen otomotif), uretan pesaing telah mengembangkan retakan mikro yang memungkinkan masuknya kelembapan, sementara sealant silikon kami tidak menunjukkan tanda-tanda retak dan mempertahankan sifat redamannya.
Namun tidak semua komponen silikon diciptakan sama untuk meredam getaran. Ada beberapa faktor kunci yang harus diperhatikan ketika memilih bahan yang tepat untuk aplikasi Anda. Pertama, kecepatan penyembuhan: jika Anda perlu memproses komponen dengan cepat, sistem dua komponen seperti kami2 Bagian Senyawa Pot Silikon Listrikbahwa proses pengeringan dalam waktu 15–30 menit pada suhu kamar lebih baik daripada sistem satu bagian yang proses pengeringannya lambat. Jika Anda melakukan perbaikan di tempat atau menerapkan komponen besar, sistem satu bagian seperti kamiSatu Bagian Silicone Sealantbahwa penyembuhan dalam 24 jam mungkin lebih praktis. Kedua, kisaran suhu: jika aplikasi Anda akan terkena suhu dingin atau panas yang ekstrem, pastikan Tg silikon berada di bawah suhu pengoperasian terendah dan di atas suhu tertinggi. Banyak komponen silikon tingkat rendah memiliki nilai Tg sekitar -20°C, yang berarti silikon menjadi kaku pada suhu di bawah itu, sehingga kehilangan kemampuan meredamnya. Semua formulasi kami yang berfokus pada getaran memiliki nilai Tg di bawah -50°C, sehingga tetap fleksibel bahkan di lingkungan Arktik atau dataran tinggi.
Faktor lain yang sering diabaikan adalah adhesi. Peredam getaran hanya berfungsi jika terpasang dengan benar pada komponen yang dilindunginya. Jika silikon terpisah dari papan sirkuit atau housing, silikon tidak dapat menyerap energi, sehingga menyebabkan kegagalan yang sama seperti tidak adanya peredam sama sekali. Itu sebabnya semua komponen silikon kami diformulasikan dengan promotor adhesi yang disesuaikan dengan substrat umum seperti papan sirkuit FR-4, rumah aluminium, dan penutup plastik. Kami juga menawarkan pedoman perawatan permukaan untuk memastikan ikatan yang tepat, karena bahan terbaik sekalipun tidak akan berfungsi jika diterapkan secara tidak benar.
Saya telah melihat proyek di mana para insinyur beralih ke silikon dengan tingkat tan yang lebih tinggi tetapi masih mengalami kegagalan getaran karena mereka tidak menyiapkan permukaan dengan benar, yang menyebabkan delaminasi setelah beberapa bulan penggunaan. Ini adalah langkah sederhana, namun membuat perbedaan besar dalam kinerja dunia nyata.
Mari kita bicara tentang daya tahan jangka panjang juga, karena peredam getaran tidak hanya dilakukan satu kali saja. Banyak bahan kehilangan sifat redamannya seiring waktu karena paparan lingkungan: sinar UV, bahan kimia, atau siklus suhu. Komponen silikon, terutama kualitas yang kami formulasikan secara khusus, memiliki ketahanan yang sangat baik terhadap faktor-faktor ini. Misalnya, senyawa pot silikon SO-820 telah diuji hingga 10 tahun di luar ruangan dan masih mempertahankan 90% warna tan aslinya. Hal ini penting untuk aplikasi seperti panel kontrol industri di lokasi terpencil, atau peralatan pertanian yang terkena debu, kelembapan, dan sinar UV dari paparan sinar matahari. Seorang klien di industri pertambangan menggunakan senyawa pot silikon listrik dua bagian kami pada sensor yang digunakan dalam peralatan pengeboran, yang beroperasi pada suhu berkisar antara -10°C hingga 80°C dan terkena getaran frekuensi tinggi yang konstan. Setelah tiga tahun di lapangan, tingkat kegagalan sensor ini kurang dari 0,5%, dibandingkan dengan 12% saat menggunakan senyawa pot uretan yang terdegradasi dari debu dan panas.
Sekarang, saya ingin transparan tentang komponen silikon mana yang mungkin bukan pilihan terbaik. Jika Anda memerlukan ikatan struktural yang kaku atau bekerja dalam aplikasi bersuhu sangat tinggi di atas 200°C (untuk itu, epoksi berisi keramik atau paduan logam lebih baik), komponen silikon mungkin tidak tepat. Namun untuk 90% aplikasi yang banyak getarannya—elektronik otomotif, kontrol industri, komponen dirgantara, peralatan pertanian, dan bahkan barang elektronik konsumen seperti ponsel pintar yang sering terjatuh—ini adalah pilihan yang paling andal dan hemat biaya. Biaya di muka mungkin sedikit lebih tinggi dibandingkan epoksi atau perekat umum, namun penghematan jangka panjang dari berkurangnya klaim garansi, lebih sedikit kegagalan di lapangan, dan masa pakai komponen yang lebih lama menjadikannya layak untuk diinvestasikan.
Jika Anda sedang mengerjakan proyek di mana getaran merupakan masalah, atau Anda ingin meningkatkan solusi redaman Anda saat ini, saya sarankan Anda menghubungi tim kami. Kami telah membantu ratusan klien di seluruh industri memilih komponen silikon yang tepat untuk kebutuhan getaran, suhu, dan aplikasi spesifik mereka, dan kami dapat menyediakan formulasi khusus, dukungan pengujian, dan panduan teknis untuk memastikan komponen Anda tetap andal bahkan dalam kondisi terberat sekalipun.
Referensi
- Landrock, AH (1995).Buku Pegangan Teknologi Perekat(edisi ke-2). Penerbitan William Andrew.
- ASTM D4065 – 21, Metode Uji Standar Plastik: Sifat Mekanik Dinamis: Tarik, Lentur, dan Benturan pada Suhu Di Atas dan Di Bawah Suhu Kamar. ASTM Internasional.
- Society of Automotive Engineers (SAE) J1455, Metode Uji Standar untuk Pengujian Lingkungan Peralatan Elektronik Transportasi.
- Silva, MF, dkk. (2005). Karakteristik peredam getaran komposit berbasis silikon untuk aplikasi otomotif.Pengujian Polimer, 24(7), 884–890.