اپوکسی عایق الکتریکی 77

فصل ۷۷ ـ درجه پخت و تبدیل شیمیایی رزین اپوکسی عایق برق؛ اثر پخت ناقص بر خواص الکتریکی و دوام عایق

جهت مشاوره رایگان تماس بگیرید 09221696509

مقدمه

در رزین‌های اپوکسی عایق برق، رسیدن ماده از حالت مایع یا نیمه‌مایع به یک شبکه پلیمری پایدار، صرفاً خشک شدن ظاهری نیست. آنچه اهمیت دارد، تشکیل صحیح شبکه پلیمری در اثر واکنش رزین و عامل پخت است. ممکن است سطح یک پوشش پس از مدتی کاملاً خشک و سخت به نظر برسد، اما هنوز فرآیندهای شیمیایی درون آن به حد مطلوب نرسیده باشند. چنین اختلافی میان سختی ظاهری و درجه واقعی پخت می‌تواند در کاربردهای الکتریکی اهمیت زیادی داشته باشد. در یک عایق الکتریکی، کیفیت پخت بر عواملی مانند چسبندگی، پایداری حرارتی، جذب رطوبت، خواص مکانیکی، تلفات دی‌الکتریک و در شرایط خاص استقامت الکتریکی اثر می‌گذارد.

برای خرید محصول کلیک کنید

۱. پخت اپوکسی چیست؟

رزین اپوکسی معمولاً از یک جزء رزینی و یک سیستم پخت‌کننده تشکیل می‌شود. پس از اختلاط، واکنش شیمیایی آغاز شده و مولکول‌ها به تدریج به یک شبکه سه‌بعدی تبدیل می‌شوند. این فرآیند همان چیزی است که در صنعت به طور معمول «پخت رزین» نامیده می‌شود.

—

۲. پخت با خشک شدن چه تفاوتی دارد؟

خشک شدن الزاماً به معنای کامل شدن واکنش شیمیایی نیست. در بعضی پوشش‌ها ممکن است حلال تبخیر شود و سطح سریعاً خشک شود، در حالی که در اپوکسی دو جزئی مسئله اصلی تشکیل شبکه شیمیایی است. بنابراین «خشک بودن سطح» با «پخت کامل» یکی نیست.

—

۳. درجه پخت

درجه پخت بیان ساده‌ای از میزان پیشرفت واکنش و تشکیل شبکه پلیمری است. هرچه واکنش بیشتر پیش برود، معمولاً خواص ماده از حالت اولیه فاصله بیشتری می‌گیرد و به خواص نهایی طراحی‌شده نزدیک‌تر می‌شود. مقدار دقیق این تغییر به فرمولاسیون و شرایط پخت بستگی دارد.

—

۴. چرا درجه پخت برای عایق برق مهم است؟

یک رزین عایق باید در طول بهره‌برداری خواص خود را تا حد امکان پایدار نگه دارد. اگر پخت ناقص باشد، ممکن است ساختار نهایی ماده از وضعیت مورد انتظار فاصله داشته باشد. این موضوع می‌تواند به کاهش چسبندگی، افزایش حساسیت به رطوبت یا تغییر رفتار مکانیکی منجر شود.

—

۵. نسبت رزین و هاردنر

یکی از مهم‌ترین عوامل پخت صحیح، رعایت نسبت تعیین‌شده میان رزین و عامل پخت است. این نسبت باید مطابق دستورالعمل فنی همان محصول باشد. نمی‌توان نسبت یک سیستم اپوکسی را از محصول دیگری برداشت و به رزین متفاوت تعمیم داد.

—

۶. هاردنر کمتر از مقدار لازم

اگر مقدار عامل پخت کمتر از نسبت طراحی‌شده باشد، ممکن است بخشی از گروه‌های واکنش‌پذیر رزین بدون واکنش مناسب باقی بمانند. نتیجه می‌تواند شبکه‌ای متفاوت از ساختار مورد انتظار باشد. در چنین شرایطی نباید انتظار داشت تمام خواص نهایی محصول دقیقاً مطابق مشخصات طراحی‌شده باقی بماند.

—

۷. هاردنر بیشتر از مقدار لازم

افزایش هاردنر نیز الزاماً به معنی پخت بهتر نیست. اگر نسبت از محدوده طراحی خارج شود، ترکیبات اضافی یا واکنش ناقص می‌توانند خواص نهایی را تغییر دهند. بنابراین اصل مهم، رعایت نسبت صحیح است، نه افزایش خودسرانه یکی از اجزا.

—

۸. وزن یا حجم؟

در سیستم‌هایی که نسبت اختلاط بر اساس وزن تعیین شده است، استفاده از حجم می‌تواند خطا ایجاد کند. چگالی دو جزء ممکن است متفاوت باشد. بنابراین اگر سازنده نسبت را وزنی اعلام کرده باشد، باید از ترازوی مناسب استفاده شود.

—

۹. دقت توزین

خطای کوچک در نسبت اختلاط ممکن است در یک حجم بسیار کم اهمیت محدودی داشته باشد، اما در تولید یا اجرای حجم زیاد می‌تواند قابل توجه شود. به همین دلیل کنترل وزن هر جزء یکی از ساده‌ترین و مؤثرترین مراحل کنترل کیفیت است.

—

۱۰. اختلاط ناقص

حتی اگر نسبت رزین و هاردنر کاملاً درست باشد، اختلاط ناقص می‌تواند مشکل ایجاد کند. قسمت‌هایی از ماده ممکن است هاردنر بیشتری دریافت کنند و قسمت‌های دیگر هاردنر کمتری. در نتیجه یکنواختی شبکه پلیمری کاهش پیدا می‌کند.

—

۱۱. اختلاط بیش از حد

اختلاط باید به اندازه‌ای باشد که دو جزء به طور یکنواخت ترکیب شوند و اختلاط بسیار شدید یا طولانی نیز ممکن است هوا را وارد مخلوط کند. در سیستم‌های عایق الکتریکی، ایجاد حباب و تخلخل موضوع مهمی است.

—

۱۲. ورود هوا هنگام اختلاط

حباب‌های ایجادشده هنگام اختلاط ممکن است در رزین باقی بمانند. اگر این حباب‌ها در قسمت‌های حساس میدان الکتریکی قرار گیرند، می‌توانند موجب ناهمگونی میدان شوند. بنابراین کیفیت اختلاط فقط مسئله ظاهری نیست.

—

۱۳. ویسکوزیته و خروج حباب

هرچه رزین روان‌تر باشد، در شرایط مناسب خروج حباب می‌تواند آسان‌تر شود. با افزایش ویسکوزیته، حرکت حباب‌ها دشوارتر می‌شود. دما و نوع فرمولاسیون نیز روی این رفتار اثر دارند.

—

۱۴. دمای محیط

دمای محیط می‌تواند سرعت واکنش پخت را تغییر دهد. در دمای پایین، واکنش ممکن است کندتر شود. در دمای بالاتر، واکنش معمولاً سریع‌تر پیش می‌رود، اما افزایش بیش از حد دما نیز می‌تواند مشکلات خاص خود را ایجاد کند.

—

۱۵. پخت در دمای پایین

اگر سیستم برای یک دمای مشخص طراحی شده باشد و در محیط بسیار سرد اجرا شود، زمان لازم برای رسیدن به خواص نهایی ممکن است افزایش یابد. در بعضی فرمولاسیون‌ها حتی ممکن است پخت در دمای بسیار پایین با محدودیت روبه‌رو شود.

—

۱۶. پخت در دمای بالا

افزایش دما می‌تواند سرعت واکنش را افزایش دهد. اما این کار نباید بدون توجه به دستورالعمل محصول انجام شود. واکنش سریع، افزایش دمای داخلی و گرمای واکنش می‌تواند در مقاطع ضخیم مشکل ایجاد کند.

—

۱۷. گرمای واکنش

واکنش پخت اپوکسی می‌تواند گرما تولید کند. این پدیده در حجم‌های بزرگ‌تر اهمیت بیشتری پیدا می‌کند. اگر گرما نتواند به‌سرعت دفع شود، دمای داخل توده رزین می‌تواند از دمای محیط بیشتر شود.

—

۱۸. اثر ضخامت

یک لایه بسیار نازک و یک حجم ضخیم رزین شرایط حرارتی یکسانی ندارند. در مقاطع ضخیم، احتمال تجمع گرما بیشتر است. به همین دلیل روش اجرای لایه‌های ضخیم باید با توجه به فرمولاسیون محصول انتخاب شود.

—

۱۹. زمان کارپذیری

پس از ترکیب رزین و هاردنر، مدت زمانی وجود دارد که مخلوط هنوز قابلیت اعمال مناسب دارد. این زمان با عنوان‌هایی مانند Pot Life شناخته می‌شود. Pot Life با زمان خشک شدن یا زمان رسیدن به پخت نهایی یکسان نیست.

—

۲۰. زمان ژل شدن

در ادامه واکنش، ویسکوزیته افزایش می‌یابد و ماده از حالت روان به حالت ژل نزدیک می‌شود. این مرحله را می‌توان با مفهوم Gel Time توصیف کرد. بعد از ژل شدن، اصلاح یا پخش کردن رزین بسیار دشوارتر می‌شود.

—

۲۱. پخت اولیه

ممکن است رزین پس از مدت مشخصی دیگر روان نباشد و شکل خود را حفظ کند. این مرحله را نباید الزاماً معادل رسیدن به تمام خواص نهایی دانست. پخت می‌تواند پس از سفت شدن اولیه نیز ادامه داشته باشد.

—

۲۲. پخت نهایی

در بسیاری از سیستم‌ها، خواص نهایی پس از ادامه واکنش و رسیدن شبکه به وضعیت پایدارتر حاصل می‌شود. زمان و دمای رسیدن به این مرحله به فرمولاسیون بستگی دارد. بنابراین زمان دقیق پخت باید از دستورالعمل سازنده همان محصول گرفته شود.

—

۲۳. پس‌پخت

برخی سیستم‌های اپوکسی می‌توانند با افزایش کنترل‌شده دما، فرآیند پخت خود را بیشتر تکمیل کنند. این فرآیند معمولاً با عنوان Post-Cure شناخته می‌شود. اما پس‌پخت نباید بدون اطلاعات فنی محصول اجرا شود.

—

۲۴. دمای گذار شیشه‌ای

یکی از خواص مهم شبکه‌های پلیمری، دمای گذار شیشه‌ای یا Tg است. در حوالی این محدوده، رفتار مکانیکی و حرکتی زنجیره‌های پلیمری تغییر می‌کند. درجه پخت می‌تواند بر Tg اثر داشته باشد.

برای خرید محصول کلیک کنید

۲۵. پخت ناقص و Tg

در برخی سیستم‌ها، پخت ناقص می‌تواند باعث شود Tg اندازه‌گیری‌شده پایین‌تر از مقدار مورد انتظار باشد. به همین دلیل اندازه‌گیری Tg می‌تواند یکی از روش‌های بررسی وضعیت پخت در آزمایشگاه باشد. البته تفسیر نتیجه باید با توجه به نوع رزین و روش آزمون انجام شود.

—

۲۶. پخت ناقص و جذب رطوبت

ساختار و شبکه نهایی پلیمر می‌تواند بر رفتار آن در برابر رطوبت اثر بگذارد. اگر ماده به وضعیت مورد انتظار پخت نرسیده باشد، ممکن است ویژگی‌های رطوبتی آن با حالت مطلوب متفاوت باشد. رطوبت نیز به نوبه خود می‌تواند خواص الکتریکی عایق را تغییر دهد.

—

۲۷. پخت ناقص و چسبندگی

چسبندگی مناسب تنها به آماده‌سازی سطح مربوط نیست. خواص خود رزین و میزان تکمیل واکنش نیز می‌تواند بر عملکرد اتصال اثر بگذارد. اگر لایه به اندازه کافی پخت نشده باشد، عملکرد مکانیکی آن ممکن است با انتظار طراحی متفاوت باشد.

—

۲۸. پخت ناقص و مقاومت مکانیکی

رزین اپوکسی پس از تشکیل شبکه مناسب، خواص مکانیکی مشخصی پیدا می‌کند. پخت ناقص می‌تواند این خواص را تغییر دهد. در کاربردهای عایقی، این مسئله اهمیت دارد زیرا عایق باید در برابر لرزش، انبساط حرارتی و تنش‌های مکانیکی نیز پایدار بماند.

—

۲۹. پخت ناقص و خواص دی‌الکتریک

خواص دی‌الکتریک به ساختار مولکولی و شرایط ماده وابسته‌اند. تغییر درجه پخت می‌تواند بر قطبش، تلفات و سایر پارامترهای الکتریکی اثرگذار باشد. بنابراین برای مقایسه دو نمونه باید میزان پخت آنها نیز قابل مقایسه باشد.

—

۳۰. پخت ناقص و استقامت دی‌الکتریک

نمی‌توان گفت هر نوع پخت ناقص الزاماً باعث کاهش مشخص و قابل محاسبه ولتاژ شکست می‌شود. اما پخت نامناسب می‌تواند ساختار، رطوبت‌پذیری، چسبندگی و ایجاد عیوب را تغییر دهد؛ این عوامل ممکن است در نهایت بر عملکرد الکتریکی اثر بگذارند. برای تعیین اثر واقعی باید آزمون انجام شود.

—

۳۱. پخت ناقص و تخلیه جزئی

حفره، ترک، جداشدگی و نواحی دارای ساختار نامناسب می‌توانند از نظر میدان الکتریکی حساس باشند. اگر کیفیت پخت به ایجاد چنین عیوبی کمک کند، احتمال مشکلات عایقی نیز افزایش می‌یابد. اما رابطه مستقیم و عددی میان درجه پخت و تخلیه جزئی را نمی‌توان بدون آزمون تعیین کرد.

—

۳۲. پخت و انقباض

برخی سیستم‌های پلیمری در هنگام پخت دچار تغییر حجم می‌شوند. اگر انقباض با زیرلایه یا شرایط هندسی سازگار نباشد، تنش داخلی ایجاد می‌شود. این تنش می‌تواند بر چسبندگی و ایجاد ترک اثر بگذارد.

—

۳۳. تنش پسماند

پس از پخت، ممکن است بخشی از تنش‌های داخلی در ماده باقی بماند. اگر این تنش‌ها با اختلاف انبساط حرارتی میان رزین و زیرلایه ترکیب شوند، در سیکل‌های حرارتی اهمیت بیشتری پیدا می‌کنند.

—

۳۴. رطوبت هنگام پخت

اجرای رزین روی سطح مرطوب می‌تواند مشکلاتی ایجاد کند. رطوبت سطحی ممکن است چسبندگی را کاهش دهد یا باعث ایجاد نقص در فصل مشترک شود. بنابراین کنترل شرایط سطح قبل از اجرا اهمیت زیادی دارد.

—

۳۵. نقطه شبنم

در محیط‌های مرطوب، سطح قطعه باید از نظر احتمال تشکیل میعان بررسی شود. اگر دمای سطح به نقطه شبنم نزدیک یا پایین‌تر باشد، احتمال تشکیل لایه بسیار نازک آب وجود دارد. این رطوبت می‌تواند برای چسبندگی و اجرای صحیح پوشش مشکل‌ساز باشد.

—

۳۶. پخت در فضای باز

در فضای باز، دما و رطوبت ممکن است در طول روز تغییر کنند. همچنین گردوغبار، باران و آلودگی می‌توانند فرآیند اجرا را تحت تأثیر قرار دهند. بنابراین اجرای رزین در فضای باز نیازمند کنترل بیشتری نسبت به یک محیط صنعتی کنترل‌شده است.

—

۳۷. پخت چندلایه

اگر عایق در چند مرحله اجرا شود، زمان اجرای لایه بعدی اهمیت دارد. اجرای بیش از حد زود یا بیش از حد دیر می‌تواند بر چسبندگی بین لایه‌ها اثر بگذارد. محدوده زمانی مناسب باید بر اساس دستورالعمل محصول تعیین شود.

—

۳۸. لایه بعدی روی رزین نیمه‌پخت

در بعضی سیستم‌ها می‌توان لایه بعدی را در یک بازه مشخص روی لایه قبلی اجرا کرد. اما این موضوع وابسته به فرمولاسیون است. نمی‌توان یک زمان عمومی برای همه رزین‌های اپوکسی تعیین کرد.

—

۳۹. اجرای لایه بعد از پخت کامل

اگر لایه قبلی کاملاً پخت شده باشد، ممکن است برای چسبندگی لایه جدید نیاز به آماده‌سازی سطح وجود داشته باشد. نوع آماده‌سازی باید بر اساس وضعیت سطح و دستورالعمل فنی تعیین شود.

—

۴۰. کنترل کیفیت فرآیند پخت

کنترل کیفیت بهتر است از زمان آماده‌سازی مواد شروع شود. ثبت مواردی مانند:

– شماره بچ؛
– نسبت اختلاط؛
– وزن اجزا؛
– زمان شروع اختلاط؛
– دمای محیط؛
– زمان اعمال؛
– ضخامت؛
– و زمان پخت

می‌تواند در بررسی مشکلات بعدی بسیار مفید باشد.

—

۴۱. آزمون سختی

سختی می‌تواند یک شاخص عملی برای مقایسه روند پخت باشد. اگر نمونه‌ای هنوز بسیار نرم‌تر از وضعیت مورد انتظار باشد، ممکن است نیاز به بررسی شرایط پخت داشته باشد. اما سختی به تنهایی اثبات‌کننده کامل شدن شبکه شیمیایی نیست.

—

۴۲. آزمون Tg

اندازه‌گیری Tg با روش‌های آزمایشگاهی مناسب می‌تواند اطلاعات بیشتری درباره وضعیت شبکه پلیمری ارائه کند. این آزمون به‌خصوص برای بررسی اختلاف میان نمونه‌های پخت‌شده در شرایط مختلف مفید است.

—

۴۳. آزمون طیف‌سنجی

در آزمایشگاه می‌توان از روش‌های طیف‌سنجی مناسب برای بررسی تغییرات گروه‌های شیمیایی و میزان پیشرفت واکنش استفاده کرد. این روش‌ها برای کنترل علمی فرآیند پخت کاربرد دارند.

—

۴۴. آزمون‌های الکتریکی پس از پخت

اگر هدف استفاده از رزین به عنوان عایق الکتریکی است، در صورت نیاز باید پس از رسیدن نمونه به وضعیت پخت مناسب، آزمون‌های الکتریکی انجام شوند. برای مثال بسته به کاربرد می‌توان مقاومت عایقی، استقامت دی‌الکتریک یا تخلیه جزئی را بررسی کرد.

—

۴۵. مقایسه نمونه‌های پخت‌شده

یکی از روش‌های مناسب برای کنترل فرآیند، تهیه نمونه شاهد است. اگر یک نمونه با شرایط کنترل‌شده پخت شود و نمونه اجرایی با آن مقایسه گردد، امکان تشخیص برخی انحرافات افزایش می‌یابد.

—

۴۶. پخت و عمر عایق

پخت صحیح به تنهایی تضمین‌کننده عمر مشخص نیست. عمر واقعی عایق تحت تأثیر دما، رطوبت، میدان الکتریکی، سیکل حرارتی، آلودگی، تنش مکانیکی و سایر عوامل قرار دارد. اما پخت مناسب یکی از پیش‌شرط‌های مهم دستیابی به خواص طراحی‌شده است.

—

۴۷. نکته مهم درباره رزین پادنار 8119

برای رزین اپوکسی عایق برق پادنار 8119، نسبت دقیق اختلاط، زمان کارپذیری، زمان ژل، زمان رسیدن به پخت نهایی و شرایط احتمالی پس‌پخت باید از دستورالعمل فنی رسمی همان محصول استخراج شود. در اطلاعات موجود برای این دانشنامه، این اعداد به صورت مستند در اختیار نیستند. بنابراین نباید برای این محصول نسبت اختلاط یا زمان پخت مشخصی بدون مستندات اعلام شود.

—

۴۸. رابطه پخت با نتایج آزمایشگاهی 8119

نتایج اعلام‌شده برای نمونه یک میلی‌متری پادنار 8119، شامل ولتاژ شکست ۲۱٬۰۰۰ ولت در شرایط خشک و ۱۴٬۰۰۰ ولت در شرایط مرطوب، مربوط به نمونه‌ای با شرایط آزمون مشخص هستند. برای اینکه بتوان از این نتایج برای مقایسه شرایط پخت استفاده کرد، باید نمونه‌ها از نظر نسبت اختلاط، زمان پخت، دما، ضخامت، آماده‌سازی و شرایط آزمون کنترل شوند.

—

۴۹. مهم‌ترین خطاهای اجرایی

از خطاهای رایج در پخت رزین اپوکسی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

– اندازه‌گیری نادرست اجزا؛
– استفاده از نسبت اختلاط نامناسب؛
– اختلاط ناکافی؛
– وارد کردن هوای زیاد؛
– اجرای رزین روی سطح مرطوب؛
– بی‌توجهی به دمای محیط؛
– اجرای لایه بیش از حد ضخیم؛
– رعایت نکردن زمان کارپذیری؛
– و بهره‌برداری زودتر از زمان توصیه‌شده.

—

۵۰. جمع‌بندی

پخت رزین اپوکسی عایق برق یکی از مهم‌ترین مراحل تبدیل یک مخلوط اولیه به یک سیستم عایقی پایدار است. کیفیت نهایی تنها به انتخاب ماده وابسته نیست؛ نسبت صحیح اجزا، اختلاط یکنواخت، دمای محیط، رطوبت، ضخامت، زمان پخت و در صورت نیاز شرایط پس‌پخت همگی در نتیجه نهایی نقش دارند. خشک شدن سطح، سفت شدن و پخت کامل سه مفهوم یکسان نیستند. یک پوشش ممکن است ظاهراً سخت شده باشد اما هنوز به تمام خواص نهایی خود نرسیده باشد.

از طرف دیگر، افزایش خودسرانه هاردنر یا بالا بردن دمای پخت نیز راهکار عمومی برای بهبود عملکرد نیست. سیستم اپوکسی باید دقیقاً مطابق فرمولاسیون و دستورالعمل فنی خودش اجرا شود.در کاربردهای الکتریکی، کنترل کیفیت پخت اهمیت بیشتری پیدا می‌کند؛ زیرا نقص‌های ناشی از اجرای نامناسب می‌توانند علاوه بر خواص مکانیکی و چسبندگی، به شکل غیرمستقیم بر رفتار رطوبتی و الکتریکی عایق نیز اثر بگذارند. در مورد پادنار 8119 نیز نتایج ولتاژ شکست اعلام‌شده باید در کنار شرایط دقیق آماده‌سازی و پخت نمونه تفسیر شوند. برای تعیین نسبت اختلاط، زمان پخت یا شرایط پس‌پخت این محصول، استفاده از مستندات رسمی فنی آن ضروری است.

برای خرید محصول کلیک کنید