Lämpimässä ja kosteassa ympäristössä sijaitsevan sähkölaitteen muoviosien kehittäminen

Stove guard is a home safety device that is designed to prevent typical fire hazards in the kitchen by actively supervising the temperatures on and around a cooking hob. The stove guard is situated on top of the hob and is thus in an environment with occasional high temperatures and humidity. Consequently, to ensure the functionality and trustworthiness of the device for the whole designed lifetime, the problems that may occur in such an environment were recognised and studied in this thesis. Furthermore, plastics joining methods that could be utilised in a next generation stove guard were researched and chosen for, among the appropriate materials. There are three different degradative phenomena that occur in polymers in an environment of increased temperature and humidity, that need to be considered in the material’s selection. These include thermo-oxidative degradation induced by increased temperatures, hydrolysis induced degradation upon dissolution of water in the polymer, and the synergistic degradative effect of these in addition to internal stress and possible deleterious chemicals effecting a plastic part, known as environmental stress cracking. It was concluded that the degradation by these phenomena, is not of sufficient degree in the stove guard to disallow the required 10-year lifetime as the temperatures that it experiences are typically not higher than 60 °C. Several plastic’s joining methods exist that allow for tight tolerances and help to minimise water that may seep inside the device. These examined joining methods include laser and ultrasonic welding, mechanical fastening and adhesive bonding. A type of home appliance standard fulfilling fire retardant PC/ABS material was chosen for the next generation stove guard. Also, should the device be mains connected (230 VAC), the required clearance and creepage distances in the device were examined. Furthermore, various plastic’s joining methods such as annular snap-fits, two-part epoxy glue and press fit, were utilised in the design of the stove guard.Liesivahti on kodin turvalaite, joka on suunniteltu ehkäisemään tyypillisiä tulipalovaaroja keittiössä valvomalla aktiivisesti lämpötiloja keittolevyllä ja sen ympärillä. Liesivahti sijaitsee keittotason yläpuolella ja siten ympäristössä, jossa on ajoittain korkeita lämpötiloja sekä kosteutta. Näin ollen laitteen toimivuuden ja luotettavuuden varmistamiseksi koko suunnitellun käyttöiän ajan, tässä diplomityössä tutkittiin muovien mahdollista hajoamista sellaisessa ympäristössä. Lisäksi tutkittiin ja valittiin muovien liittämismenetelmät sopivien materiaalien lisäksi, joita voitaisiin käyttää seuraavan sukupolven liesivahdissa. Polymeerejä koskee kolme erilaista niitä hajottavaa ilmiötä, joita esiintyy kohonneissa lämpötiloissa sekä kosteassa ympäristössä, jotka on otettava huomioon materiaalin valinnassa. Näihin kuuluvat termo-oksidatiivinen hajoaminen, joka johtuu kohonneista lämpötiloista sekä hydrolyysin aiheuttama hajoaminen veden imeytyessä polymeerin rakenteeseen. Lisäksi, mahdolliset sisäiset jännitykset muoviosassa, vahingolliset kemikaalit sen pinnassa, lisättynä kohonnesiiin lämpötiloihin ja kosteuteen, saavat muoviosissa aikaan jännityshalkeilua. Todettiin, että näiden ilmiöiden aiheuttama muovien hajoaminen ei ole riittävän voimakasta, jotta laitteen vaadittu 10 vuoden elinikä olisi estetty. Tämä johtuu siitä, että liesivahdin kokemat lämpötilat eivät yleensä ole korkeammat kuin 60 °C. Lisäksi löydettiin useita muoviosien liitosmenetelmiä, jotka mahdollistavat tiukat toleranssit ja auttavat minimoimaan laitteen sisälle päätyvän veden määrän. Nämä tarkastellut liitosmenetelmät sisältävät laser- ja ultraäänihitsauksen, mekaanisen kiinnittämisen sekä liima-aineiden käyttämisen. Seuraavan sukupolven liesivahtiin valittiin kodinkonestandardin mukainen palosuojattu PC/ABS-materiaali. Sen varalta, että liesivahdista tehdään tulevaisuudessa verkkovirtajännitteinen versio, selvitettiin laitteelta tällöin vaadittavat standardin mukaiset pinta- ja ilmavälit. Uuden liesivahdin suunnittelussa päädyttiin käyttämään useita erilaisia muovien liitosmenetelmiä, kuten rengasmaisia napsuliitoksia, kaksiosaista epoksia sekä puristussovitusta