Материали за корпуси на кутии за електрооборудване

Kорпусът за електрическо или електронно оборудване представлява кутия, в която се монтират ключове, компоненти, бутони, екрани и др. с цел предпазване на потребителите на оборудването от електрически удар, както и за защита на самото оборудване.

Корпусът е частта на оборудването, която ползвателят вижда. В много случаи тя е конструирана не само според неговите практически изисквания, но и за да има естетичен вид.

Електрооборудването може да поставя много изисквания към корпуса, свързани с отвеждането на топлината от него, защитата от радиочестотни смущения и от статично електричество. Може да има и функционални, естетически и търговски ограничения.

Преди няколко десетилетия определянето на характеристиките на корпуса се извършваше на три етапа: поръчка на кутия с подходящи размери, монтаж на чувствителното електронно оборудване и очакване, че корпусът ще издържи на външните въздействия.

В днешно време обаче вариантите за това драстично са се повишили, тъй като съществуват най-разнообразни видове корпуси. Много различни елементи оказват влияние върху експлоатационните характеристики, така че изборът на правилен материал за корпус е от ключово значение за неговата дълготрайност и издръжливост.

Елементите на околната среда – от носените от въздуха отпадъци до температурата и ултравиолетовите лъчи – оказват значително въздействие върху корпуса и върху експлоатационните му качества за години напред.

Един корпус от фибростъкло, например, изложен на директна слънчева светлина в продължение на няколко години, най-вероятно ще пострада от разплитане на влакната на фибростъклото (fiberbloom). Корпус, направен от мека стомана, пък ще ръждяса във влажна или корозионна среда.

За да бъдат предотвратени такива проблеми, проектантите трябва да имат предвид дали корпусът ще се намира на закрито или открито пространство, ще бъде ли изложен на течаща вода, на въздействието на ултравиолетовите лъчи или други неблагоприятни среди, или ще се намира в близост до агресивни химикали като хлор или натрий.

Проектантите трябва да вземат предвид, че неръждаемата стомана не е напълно устойчива на всички въздействия, т. е. макар че може да е изключително ефективна в някои среди, не е напълно защитена от ръждясване. Например в среда, в която има водни пръски, съдържащи сол, корпусите от нисковъглеродна и неръждаема стомана са уязвими на ръжда за разлика от неметалните кутии.

Модификации
Проектантите трябва да оценят податливостта на материала, от който ще бъде направен корпусът, към евентуални модификации, извършвани на място – например ако се наложи в корпуса да бъдат прорязани дупки или прорези.

Термопластичните пластмаси или други незапълнени неметали са много подходящи за модификация на място. Фибростъклото е по-трудно за модификация, тъй като съдържащото се в него стъкло е абразивно.

Меката стомана е подходящ вариант – с помощта на правилния инструмент за металообработка лесно могат да бъдат направени дупки на място. Неръждаемата стомана, заради своята твърдост, е много трудна за пробиване и прорязване, особено на обекта.

Ако се налагат по-особени модификации на корпусите, например да им се придават специални размери и форми, меката и неръждаемата стомана са добър избор.

Такива корпуси се изработват от листов метал, което улеснява формоването им според специфичните изисквания още по време на изработка. Неметалните материали за корпуси също се предлагат в няколко различни размера, но поради ограниченията на възможностите за обработката им на място, проектантите могат да избират само от конкретните размери, предлагани от производителите.

На пазара се предлагат няколко вида материал за изработка на корпуси за кутии за електрооборудване на различни цени. Те помагат на ръководителите на проекти да се вместват в отпуснатите им бюджети и същевременно да осигуряват първокласна защита от въздействията на околната среда.

Така ако бюджетът на проекта е ограничен, съществува повече от един вариант за избор на материал. Например ако корпусът е изработен от някои типове неръждаема стомана, той ще издържа на агресивни среди, в които има хлор. Фибростъклото и полиестерът също могат да се окажат икономически ефективно решение.

Възложителите обаче трябва внимателно да оценят всички особености на околната среда, за да са сигурни, че един корпус, направен от по-евтин материал, ще може да издържи въздействието на околната среда.

Естетика
Все по-голям брой клиенти поръчват корпуси, които са с красив дизайн, оцветени са в цветовете на компанията, или са направени специално, за да се слеят със заобикалящата ги среда. Както металните, така и неметалите корпуси предлагат някои възможности за модификация в това отношение.

Когато е необходимо корпусът да има специална форма или размер, металните кутии могат да бъдат направени точно според изискванията на клиента.

Температурни особености
Проектантите трябва да направят оценка както на температурата на средата, в която ще се намира корпусът, така и на очакваната температура на електронните или електрически компоненти в него. Пластмаси като поликарбонатите са отлични изолатори, докато метали като неръждаемата стомана поглъщат и провеждат топлината.

Ако трябва да се вземат предвид фактори като разсейването на топлината, металните корпуси обикновено са по-ефективни, отколкото неметалните. Производителите могат също да осигурят прорези в металния корпус, които да подобрят разсейването на топлината.

Що се отнася до топлопроводимостта, в това отношение обикновено за направа на корпуси за електрическо и електронно оборудване се избират неметали, защото те са топлоизолатори и не разсейват топлината, създавана в корпуса. Освен това неметалите не провеждат топлина и така предпазват от високи външни температури.

Металните корпуси отговарят на обратните изисквания, но и двата варианта налагат известно премисляне на окончателното решение за инсталацията що се отнася до разсейването на топлината.

Тегло на корпуса
В зависимост от конкретното приложение леките корпуси често са по-предпочитани. Леките материали като алуминий и пластмаса са по-лесни за вдигане и обработка, особено ако съдържащите се в корпуса компоненти са с по-голямо тегло или ако корпусът ще бъде монтиран на стена или на стълб.

Повечето неметални материали тежат по-малко от металните и се предлагат в различни дебелини според изискванията за тегло. Например ако един корпус от поликарбонат тежи около 0,45 кг, корпус от фибростъкло със същия размер би тежал 0,68 кг.

Корпусът би тежал 900 г, ако е направен от алуминий, а изработен от стомана би тежал 2,95 кг. При избора на материал трябва да се вземе предвид теглото както на самото оборудване, така и на материала, от който ще бъде изработен неговият корпус.

Материали
Само през последните 50 години са разработени над 100 000 нови материала. В резултат на това изборът на материали за електрически и електронни изделия се превърна в сложна задача за електроинженерите-проектанти и производители на корпуси.

Проектантите трябва да имат участие в избора на материали, защото в много случаи предпочитаният материал не се определя от крайния потребител. Увеличавайки познанията си във връзка с материалите, от които се изработват корпусите за електрическо и електронно оборудване, проектантите ще могат да изберат материали, които отговарят най-добре на експлоатационните изисквания на продукта.

Все пак винаги е най-добре по време на фазата на оценка проектантите да си сътрудничат с производителите на материали, за да се избегнат ненужно скъпите конструкции и евентуалните повреди.

Материалът, използван за защита на електрическите и електронни компоненти, може да е метал или неметал, но трябва да изпълнява функцията си за защита на оборудването. Ключови качества при избора му са неговата дълготрайност и издръжливост. Предлагат се три вида материали: метали, пластмаси и композитни материали.

Нисковъглеродна стомана
Повечето корпуси от нисковъглеродна (мека) стомана се произвеждат от студено или горещо-валцована стомана. Горещо-валцована й разновидност се изработва от нисковъглеродни, прокарани през валци стоманени пръти, които са извадени от пещите преди температурата на рекристализация.

След това стоманата преминава през баня от горещ, но слаб разтвор на сярна киселина, която отстранява слоя валцовъчен угар. Накрая се нанася слой масло. Студено-валцованата стомана също е нисковъглеродна и се произвежда чрез прокарване на пръти през валци, но преди този процес температурата на материала не се повишава.

Корпусите, произведени от двата вида нисковъглеродна стомана, са подходящи за много среди на закрито и открито, но обикновено не получават маркировка за устойчивост на корозия “Х”. Но ако тези материали бъдат прахово боядисани, експлоатационните им характеристики се подобряват.

Неръждаема стомана
Способността на неръждаемата стомана да устоява на корозия се дължи на химическия й състав и съответна структура. Никелът и молибденът осигуряват повишената й устойчивост на корозия от хлориди и най-често използваните в индустрията химикали, докато хромът образува защитно повърхностно покритие.

Неръждаемата стомана може да е до три пъти по-скъпа от нисковъглеродната, а цената й е в пряка зависимост от нейния химичен състав - колкото повече никел съдържа стоманата, толкова по-висока е тя.

Неметали
Неметални корпуси за електронно и електрическо оборудване се произвеждат от седемдесетте години на миналия век, но отскоро са все по-търсени, тъй като и ползите от тях се популяризират. В най-общия случай, неметалните корпуси лесно се модифицират на място, много по-леки са от меката и неръждаемата стомани и абсорбират по-малко топлина от слънчевите лъчи.

Освен това, въпреки широко разпространеното погрешно схващане, неметалите корпуси гарантират същата степен на защита и са също толкова устойчиви, колкото металните, стига да са затворени както трябва. Някои от най-често използваните неметални материали в тази категория са фибростъклото, поликарбонатът, акрилонитрил-бутадиен-стиренът и полиестерът.

Фибростъклото е необратимо втвърден полиестерен материал, подсилен със стъкловлакна. Това е най-широко използваният неметален материал в промишлеността. Корпусите от фибростъкло обикновено се формоват по два начина.

При първия се използва формоване чрез пресоване. При другия се използва процес на разпръскване, който създава дебело външно покритие, осигуряващо изключителна защита и предлагано в много цветове.

Този материал има висока устойчивост на удар и голяма твърдост, както и отличен работен температурен диапазон (-35 оC до 150 оC), отлична стабилност на размерите и електрически качества, както и великолепна устойчивост на влага и други химически вещества. Материалът е икономически ефективна алтернатива за корозивни среди.

Поликарбонатът е термопластична смола с отлични качества, обработена чрез шприцоване или екструдиране на фолиа. Той се характеризира с отлична устойчивост на удар, широк температурен диапазон (-35 оC до 84 оC), както и добра стабилност на размерите и електрически качества.

Освен това поликарбонатът може да бъде изработен конкретно с цел най-висока устойчивост на ултравиолетови лъчи. Прозрачният поликарбонатен материал може да се използва и за шприцоване на прозрачни покрития.

Поликарбонатите се характеризират с добра устойчивост на корозия в някои киселинни среди, но не са подходящи за среди с концентрирани алкални и органични разтворители. Повечето поликарбонатни корпуси са предпочитани в ценово отношение.

Друга термопластмаса за направа на корпуси за електрическо или електронно оборудване е акрилонитрил-бутадиен-стиренът (ABS) и смесите с него. Той е по-устойчив на някои киселини или основи от някои поликарбонатни материали.

Акрилонитрил-бутадиен-стиренът е по-евтина алтернатива за корпуси на електроуреди на закрито или намиращи се в средно корозивни среди. Той обаче има малко по-тесен температурен диапазон в сравнение с другите неметални материали (18 до 52 оC).

Полиестерът (РВТ) наскоро бе представен като друг възможен неметален материал за изработка на корпуси, но засега не е толкова широко разпространен, колкото останалите неметални материали. Въпреки това, той притежава много предимства и е с умерена цена.

Тази лека термопластична пластмаса с добри експлоатационни качества, произвежда се чрез шприцоване и има висока устойчивост на удар, отлични електрически свойства и първокласна устойчивост на влага и химикали.

Тя има малко по-тесен температурен диапазон отколкото фибростъклото (-40 до 120 °C) и при студено време има по-малка якост на удар в сравнение с поликарбоната. Полиестерът може да осигури достатъчна защита на закрито и на открито, но на пряка слънчева светлина може да пожълтее.