Защо колелата на ролкови колички от полиуретан надвишават по производителност тези от нейлон в шумочувствителни среди като библиотеките?

Науката за материалите, която всъщност определя шума от ролковите колички

Търкалящият се шум от колелата на ролковите колички не е случайно явление. Той произлиза от две взаимодействия на физическо ниво: несъответствието в твърдостта между материала на колелото и повърхността на пода, както и способността на самата композиция на колелото да поглъща вибрации. По-твърдите материали предават вибрациите ефективно, което означава, че неравномерностите по повърхността, ставите на пода и дори миниатюрните частици прах или отломки под колелото се преобразуват директно в слушаем ударен шум. По-меките материали поглъщат тази енергия, преди тя да се превърне в звук.

Нейлонът има твърдост приблизително от 80 до 85 по скалата Шор D. Колелата на ролкови колички от полиуретан обикновено имат твърдост от 85 до 95 по скалата Шор A, което ги прави значително по-меки, но при това все още способни да издръжат значителни товарни натоварвания. Разликата в твърдостта е най-важната причина полиуретановите колела да се търкалят по-тихо, но това не е цялата история.

Как полиуретанът поглъща удара в контактната зона

Контактната зона е мястото, където се случва цялата акустична активност. Когато колело преминава през прагова лента, става между плочи за под или малко парченце пясък, материала на колелото моментално се деформира и след това се възстановява. При полиуретана този цикъл на деформация разсейва енергията като вътрешно молекулярно триене, а не я предава навън като вибрация. Това свойство се нарича хистерезисно демпфиране и полиуретанът притежава значително по-голямо количество от него в сравнение с нейлон.

Практическо следствие: когато нейлоново колело удари става между плочи за под с височина 1 мм, се получава остро „щракване“, което се предава през рамката на количката и в заобикалящия въздух. Колело от полиуретан, преминаващо през същата става, произвежда приглушено „тупване“, което често остава под прага на възприемане в тиха стая. Акустични изпитвания, цитирани в техническата литература на Асоциацията на производителите на ролкови колела и колелца (CWMA), документират намаляване на шума с 8–15 dB между твърди термопластични колела и еквивалентни полиуретанови колела при сравними подови повърхности.

Защита на пода като акустичен страничен ефект

Има свързана механична предимство, което заслужава внимание. Същата деформация, която прави полиуретана тих, също разпределя натоварването по-равномерно по контактната повърхност, което намалява пиковото налягане върху повърхността на пода. Найлонът концентрира силата в по-тясна контактна област, защото не се деформира, което води както до по-висок шум, така и до по-голям риск от появяване на драскотини или вдълбочени следи в по-меки типове подове.

Найлонът запазва предимствата си в среди, съдържащи масла, разтворители или при високи температури, където полиуретанът може да омекне или да се подуе. Този компромис е полезно да се знае: полиуретанът не е универсално решение.

Реален преход от найлон към полиуретан

По време на обновяване на оборудването в библиотеката на един университет в централен Китай, тимът за набавки първоначално поръчал колички за книги с найлонови колела поради по-ниската им цена на единица. След инсталирането им обаче персоналът от читалнята започнал да се оплаква от шума, произвеждан от количките по време на подреждане на книгите, което предизвикало преглед на използваните материали. Измервания на търкалящия се шум върху епоксидно покрития бетонен под на сградата показали, че найлоновите колела генерират средно 62–65 dB на разстояние 3 метра по време на нормално движение на количките. Колелата от полиуретан, монтирани върху същите рамки на количките, намалили този показател на 51–54 dB при идентични условия — спад от около 10 dB, който съответства на възприемано намаляване на силата на шума наполовина.

Превключвателят също е елиминирал драскотините, които се появяваха върху повърхностната отделка на пода – допълнително предимство за поддръжката, което не беше предвидено в първоначалния анализ.

Съвместяване на полиуретанова формула с конкретното приложение

Не всички полиуретанови колела са еднакви. Твърдостта по скалата Шор, химията на уретаните (полиетерна или полиестерна основа) и материала на ядрото влияят върху начина, по който едно колело работи в експлоатация.

1. Формулите с твърдост по скалата Шор А 85–90 осигуряват най-доброто потискане на шума за мобилни рафтове и колички с по-лека товарна способност.

2. Вариантите с твърдост по скалата Шор А 92–95 жертват част от демпфиращата способност в замяна на по-високи товарни характеристики и са подходящи за по-тежко ролково оборудване.

3. Уретанът с полиетерна основа по-добре устойчив на хидролиза във влажни среди за съхранение.

4. Уретанът с полиестерна основа понася по-високи статични натоварвания с по-малко крип (пластична деформация) с течение на времето.

Материалът на ядрото на колелото също има значение. Колело с полиуретанова обшивка и стоманено ядро ще предава повече вибрации през хаба и скобата, отколкото версия с ядро от нейлон, дори ако смесите за гумата са идентични.

Когато полиуретанът има практическо значение, надхвърлящо шумовите аспекти

Акустичният аргумент е ясен, но полиуретановите колела притежават и други свойства, които разширяват тяхната стойност извън средите, чувствителни към шума. Сцеплението им върху гладки плочки и полирани бетонни подове намалява отклонението на количките по наклонени подове. Еластичността им осигурява известно амортизиране на удари в помещения, където оборудването често се премества през сервизни асансьори с неравни прагове.

Ограничението, което трябва да се има предвид, е химическата устойчивост. Полиуретановите колела не трябва да се избират за среди с редовен контакт с ароматни разтворители, хлорирани съединения или при продължителни температури над 80 °C, където нейлонът или други инженерни полимери проявяват по-висока надеждност.

Yirong произвежда колелца от полиуретан с различни степени на твърдост и натоварвания, като качеството на производството е гарантирано чрез процеси, сертифицирани според ISO и TUV, което прави лесно подборът на подходящата формула според изискванията за приложение, без излишно усложняване на техническата спецификация.