دانشنامه جامع اپوکسی عایق الکتریکی 55
فصل ۵۵ ـ چسبندگی رزین اپوکسی عایق برق به فلزات، مقرهها و زیرلایهها؛ اصول اجرا و کنترل کیفیت
در بسیاری از سیستمهای عایق الکتریکی، رزین اپوکسی بهتنهایی به عنوان یک ماده مستقل مورد استفاده قرار نمیگیرد؛ بلکه روی فلز، سرامیک، شیشه، مقره یا سایر زیرلایهها اجرا میشود و باید بهصورت یک لایه پیوسته و پایدار با آنها ارتباط داشته باشد.به همین دلیل، وقتی درباره کیفیت یک رزین اپوکسی عایق برق صحبت میکنیم، تنها مقاومت الکتریکی خود رزین اهمیت ندارد. اگر رزین از سطح زیرین جدا شود، در زیر پوشش حفره ایجاد شود یا اتصال میان رزین و زیرلایه در اثر تنشهای محیطی از بین برود، حتی مادهای با خواص دیالکتریک مناسب نیز نمیتواند در یک سیستم واقعی عملکرد مطلوب خود را حفظ کند.در واقع، چسبندگی بخشی از زنجیره عملکرد عایق الکتریکی است.این موضوع در تجهیزات برقی اهمیت ویژهای دارد؛ زیرا یک پوشش عایق ممکن است همزمان تحت تأثیر میدان الکتریکی، تغییرات دما، رطوبت، ارتعاش، ضربه و تنش مکانیکی قرار داشته باشد.
۱. منظور از چسبندگی رزین اپوکسی چیست؟
چسبندگی یا Adhesion به توانایی یک ماده برای اتصال و باقی ماندن روی سطح ماده دیگر گفته میشود.در سیستم اپوکسی عایق برق، این اتصال ممکن است میان رزین و موادی مانند – فولاد؛ مس؛- آلومینیوم؛- آهن؛- سرامیک؛- چینی الکتریکی؛شیشه؛ کامپوزیت؛- پلاستیکهای مهندسی؛- یا سایر زیرلایههای مورد استفاده در تجهیزات الکتریکی ایجاد شود. اما چسبندگی فقط به این معنی نیست که رزین در نگاه اول روی سطح بچسبد. یک سیستم عایق مناسب باید تا حد امکان بتواند اتصال خود را در طول مدت بهرهبرداری و تحت شرایط محیطی مربوط به کاربرد حفظ کند.
۲. تفاوت چسبندگی با استحکام خود رزین
دو مفهوم را نباید با یکدیگر اشتباه گرفت.ممکن است خود رزین مقاومت مکانیکی مناسبی داشته باشد، اما اتصال آن با فلز ضعیف باشد.در مقابل، ممکن است اتصال رزین به زیرلایه بسیار خوب باشد، اما خود لایه رزینی در اثر تنش مکانیکی یا حرارتی دچار شکست شود.بنابراین هنگام بررسی شکست یک پوشش، باید مشخص شود شکست در کدام ناحیه اتفاق افتاده است:شکست در خود رزین، شکست در سطح اتصال یا شکست در زیرلایه.این تشخیص در کنترل کیفیت اهمیت زیادی دارد.
برای خرید محصول کلیک کنید
۳. چرا چسبندگی در عایق الکتریکی مهم است؟
در یک پوشش عادی، جدا شدن بخشی از رنگ ممکن است ابتدا یک مشکل ظاهری یا خوردگی ایجاد کند.اما در یک پوشش عایق الکتریکی، ایجاد فضای خالی زیر پوشش میتواند پیامدهای دیگری نیز داشته باشد.اگر رزین از سطح جدا شود، ممکن است یک ناحیه خالی در مرز مشترک تشکیل شود. چنین ناحیهای میتواند از نظر میدان الکتریکی با ساختار یکنواخت رزین تفاوت داشته باشد.در تجهیزات دارای ولتاژ بالا، وجود عیب در مرزهای عایقی موضوعی است که باید با دقت بیشتری بررسی شود.بنابراین چسبندگی مناسب تنها برای زیبایی یا جلوگیری از پوستهشدن پوشش نیست؛ بلکه میتواند در حفظ یکپارچگی ساختار عایقی نیز نقش داشته باشد.
۴. آمادهسازی سطح؛ مهمتر از چیزی که تصور میشود
یکی از رایجترین اشتباهات در اجرای رزین اپوکسی این است که کیفیت چسبندگی را فقط به فرمولاسیون رزین نسبت میدهند.در حالی که سطح زیرلایه سهم بسیار مهمی در نتیجه نهایی دارد.فلزی که روی آن روغن، گریس، گردوغبار، زنگزدگی، نمک یا مواد جداکننده وجود دارد، حتی اگر ظاهراً تمیز به نظر برسد، ممکن است شرایط مناسبی برای ایجاد اتصال پایدار نداشته باشد.به همین دلیل پیش از اجرای رزین باید وضعیت سطح بررسی و متناسب با جنس زیرلایه آماده شود.
۵. چربی؛ مانع نامرئی چسبندگی
چربی و روغن ممکن است لایهای بسیار نازک روی سطح ایجاد کنند؛ لایهای که گاهی با چشم دیده نمیشود.رزین ممکن است روی چنین سطحی پخش شود و در ابتدا نیز ظاهراً چسبندگی مناسبی داشته باشد، اما اتصال واقعی بین رزین و زیرلایه به اندازه کافی شکل نگیرد.در تجهیزات صنعتی، تماس دست، روغن ماشینآلات، مواد روانکننده، بخارات روغنی و آلودگی محیطی همگی میتوانند در این زمینه مؤثر باشند.بنابراین تمیز بودن ظاهری با تمیز بودن مناسب برای اجرای پوشش عایق یکسان نیست.
۶. زبری سطح و نقش آن در چسبندگی
در بسیاری از سیستمهای پوششی، زبری کنترلشده سطح میتواند به افزایش سطح تماس و ایجاد شرایط مناسبتر برای اتصال کمک کند.اما زبری نباید بدون توجه به کاربرد ایجاد شود.سطح بسیار زبر ممکن است مشکلاتی مانند:- باقی ماندن ذرات سست؛- ایجاد نقاط تمرکز تنش؛ افزایش احتمال حبس هوا؛- دشوار شدن پوششدهی گوشهها؛- و ایجاد ضخامت غیریکنواخت را به همراه داشته باشد.هدف، ایجاد یک سطح آماده و پایدار است، نه صرفاً افزایش زبری به هر میزان ممکن.
۷. روش آمادهسازی فلز
نوع فلز و وضعیت اولیه آن تعیین میکند که چه روش آمادهسازی مناسبتر باشد.بسته به پروژه ممکن است روشهایی مانند پاکسازی، چربیزدایی، آمادهسازی مکانیکی، ساییدن یا سایر روشهای صنعتی مورد استفاده قرار گیرد.پس از آمادهسازی نیز نباید سطح دوباره در معرض آلودگی قرار گیرد.برای مثال، اگر یک سطح فلزی پس از تمیزکاری با دست آلوده لمس شود، بخشی از فرآیند آمادهسازی ممکن است بیاثر شود.در پروژههای حساس، باید فرآیند آمادهسازی سطح به عنوان یک مرحله کنترلشده و مستندسازیشده در نظر گرفته شود.
۸. چسبندگی رزین به مس
مس در بسیاری از تجهیزات الکتریکی حضور دارد و ممکن است سطح آن در طول زمان دچار تغییرات شیمیایی شود.بنابراین برای اجرای رزین روی مس، وضعیت سطح باید قبل از پوشش بررسی شود.وجود اکسیدها، چربی یا آلودگی میتواند بر کیفیت اتصال اثر بگذارد.همچنین باید توجه داشت که رزین و مس از نظر رفتار حرارتی یکسان نیستند. هنگام تغییر دما، اختلاف رفتار حرارتی این دو ماده میتواند تنشهایی در ناحیه اتصال ایجاد کند.پس چسبندگی اولیه تنها یک بخش از موضوع است؛ حفظ چسبندگی پس از سیکلهای حرارتی نیز اهمیت دارد.
۹. چسبندگی به آلومینیوم
آلومینیوم به دلیل تشکیل لایه اکسیدی سطحی، رفتار متفاوتی نسبت به برخی فلزات دیگر دارد.بنابراین آمادهسازی سطح آلومینیوم باید متناسب با شرایط پروژه و سیستم رزینی انجام شود.در اینجا نیز یک اصل کلی وجود دارد:سطحی که برای رزین آماده نشده است، نباید صرفاً با این تصور که رزین اپوکسی ذاتاً چسبندگی بالایی دارد، مستقیماً پوشش داده شود.نوع آمادهسازی باید بر اساس مشخصات فنی سیستم پوشش و جنس زیرلایه تعیین شود.
۱۰. چسبندگی به فولاد و آهن
در قطعات فولادی، وجود زنگزدگی و محصولات خوردگی یکی از مهمترین عوامل کاهش کیفیت اتصال است.اگر لایه رزین روی مادهای سست و جداشونده مانند زنگزدگی قرار گیرد، ممکن است خود رزین چسبندگی خوبی داشته باشد، اما کل سیستم به دلیل جدا شدن لایه زیرین دچار شکست شود.بنابراین در چنین مواردی باید میان چسبندگی رزین به زنگزدگی و چسبندگی رزین به فلز سالم و آمادهشده تفاوت قائل شد.پوشش عایق باید روی زیرلایهای پایدار اجرا شود.
۱۱. چسبندگی رزین به مقره و سرامیک
در تجهیزات برق، سرامیک و چینی الکتریکی نیز به عنوان زیرلایههای مهم مطرح هستند.این سطوح معمولاً ویژگیهای متفاوتی نسبت به فلز دارند. در نتیجه روش آمادهسازی آنها نیز الزاماً مشابه فلز نیست.وجود گردوغبار، چربی، رطوبت و ذرات سست روی سطح سرامیک میتواند بر کیفیت اتصال اثر بگذارد.همچنین شکل هندسی مقرهها اهمیت زیادی دارد. شیارها، گوشهها، انحناها و تغییرات ناگهانی سطح میتوانند اجرای یکنواخت رزین را دشوار کنند.
۱۲. نقش انرژی سطحی
برای آنکه یک رزین بتواند سطح زیرلایه را بهخوبی خیس کند، ویژگیهای سطحی هر دو ماده اهمیت دارد.اگر رزین روی سطح به صورت قطرهای جمع شود و بهخوبی پخش نشود، تماس واقعی میان دو ماده کاهش پیدا میکند.این مسئله میتواند تحت تأثیر آلودگی، چربی، رطوبت و وضعیت شیمیایی سطح قرار گیرد.به همین دلیل، مشاهده نحوه پخش شدن رزین روی سطح میتواند در فرآیند کنترل کیفیت اولیه اطلاعات مفیدی ارائه کند؛ هرچند این مشاهده بهتنهایی جایگزین آزمون چسبندگی استاندارد نیست.
۱۳. اثر رطوبت بر اتصال رزین و زیرلایه
رطوبت یکی از عوامل مهمی است که میتواند بر مرز مشترک رزین و زیرلایه اثر بگذارد.اگر آب یا بخار آب بتواند به مرز مشترک نفوذ کند، در شرایط خاص ممکن است کیفیت اتصال بهتدریج تغییر کند.این موضوع در محیطهایی که دارای سیکلهای مرطوب و خشک هستند اهمیت بیشتری پیدا میکند.به همین دلیل هنگام طراحی سیستم عایق، تنها مقاومت رطوبتی خود رزین کافی نیست؛ مقاومت کل سیستم شامل رزین، زیرلایه و فصل مشترک باید مورد توجه قرار گیرد.
۱۴. اثر ضخامت بر چسبندگی
ضخامت بیش از حد لزوماً به معنی چسبندگی بهتر نیست.هرچه ضخامت افزایش یابد، مقدار مادهای که باید پخت شود نیز افزایش پیدا میکند و تنشهای ناشی از پخت، انقباض و اختلاف رفتار حرارتی میتوانند اهمیت بیشتری پیدا کنند.در مقابل، ضخامت بسیار کم نیز ممکن است پوشش کامل و یکنواخت را دشوار کند.بنابراین ضخامت باید بر اساس کاربرد و دستورالعمل فنی محصول تعیین شود.در عایق الکتریکی، هدف فقط «ضخیمترین لایه ممکن» نیست؛ بلکه ضخامت مناسب، یکنواخت و بدون عیب اهمیت بیشتری دارد.
۱۵. اثر سیکل حرارتی بر اتصال
فرض کنیم رزین روی یک قطعه فلزی اجرا شده است.در زمان گرم شدن، فلز و رزین هر دو تغییر ابعاد میدهند؛ اما میزان این تغییر الزاماً یکسان نیست.سپس هنگام سرد شدن، هر دو ماده به سمت ابعاد قبلی خود بازمیگردند.اگر این فرآیند بارها تکرار شود، در طول زمان تنشهای تکرارشوندهای در مرز مشترک ایجاد میشود.در صورتی که طراحی یا آمادهسازی سطح مناسب نباشد، این تنشها میتوانند زمینه ایجاد ترک، جداشدگی یا کاهش چسبندگی را فراهم کنند.بنابراین آزمون سیکل حرارتی میتواند برای ارزیابی دوام سیستمهای عایقی اهمیت داشته باشد.
برای خرید محصول کلیک کنید
۱۶. چسبندگی و انبساط حرارتی
یکی از عوامل مهم در این زمینه، تفاوت ضریب انبساط حرارتی مواد است.فلزات، سرامیکها و رزینهای پلیمری رفتار حرارتی متفاوتی دارند.اگر رزین روی یک زیرلایه فلزی اجرا شود، تغییر دما میتواند موجب حرکت نسبی بسیار محدودی میان دو ماده شود. مقدار این حرکت در یک چرخه ممکن است کوچک باشد، اما تکرار هزاران چرخه میتواند اهمیت پیدا کند.این موضوع یکی از دلایلی است که چرا ارزیابی دوام عایق باید در صورت نیاز فراتر از آزمون اولیه چسبندگی باشد.
۱۷. شکست چسبندگی چگونه تشخیص داده میشود؟
شکست پوشش ممکن است به شکلهای مختلف دیده شود:- پوسته شدن؛- بلند شدن لبهها؛- ایجاد حباب؛- جداشدگی موضعی؛- ترک اطراف اتصال؛- ورقه شدن؛- ایجاد فضای خالی زیر پوشش. اما ظاهر پوشش همیشه تمام واقعیت را نشان نمیدهد.گاهی یک جداشدگی کوچک زیر سطح ایجاد میشود و مدتی طول میکشد تا به شکل ظاهری قابل مشاهده تبدیل شود.به همین دلیل در تجهیزات حساس، روش بازرسی باید متناسب با اهمیت تجهیز انتخاب شود.
۱۸. آزمون چسبندگی
برای ارزیابی چسبندگی پوشش، روشهای استاندارد مختلفی وجود دارد.یکی از روشهای شناختهشده، آزمون کشش عمودی یا Pull-Off است که در آن نیروی لازم برای جدا کردن یک بخش مشخص از پوشش اندازهگیری میشود.روش دیگر، آزمون برش یا روشهای برش شبکهای است که بسته به نوع پوشش و زیرلایه کاربرد دارند.اما عدد حاصل از آزمون چسبندگی باید همراه با روش آزمون، نوع زیرلایه، ضخامت، شرایط پخت و نحوه شکست گزارش شود.گفتن اینکه «چسبندگی رزین X برابر فلان مقدار است» بدون مشخص کردن روش آزمون، میتواند اطلاعات ناقصی ایجاد کند.
۱۹. محل شکست مهمتر از یک عدد ساده است
فرض کنیم در آزمون چسبندگی، پوشش جدا شده است. باید بررسی شود که شکست در کدام ناحیه رخ داده است: شکست چسبنده: در مرز بین رزین و زیرلایه اتفاق میافتد. شکست درونرزینی: خود لایه رزین از داخل دچار شکست میشود. شکست در زیرلایه: ممکن است ماده زیرین پیش از اتصال رزین دچار شکست شود.این تفاوت برای مهندس بسیار مهم است، زیرا هر نوع شکست راهکار اصلاحی متفاوتی دارد.
۲۰. نقش اختلاط در چسبندگی رزین اپوکسی
در سیستمهای چندجزئی، نسبت صحیح اجزای رزین و هاردنر اهمیت زیادی دارد.کم یا زیاد شدن یکی از اجزا میتواند ساختار نهایی رزین را تغییر دهد.همچنین اختلاط ناکافی میتواند باعث شود بخشهایی از پوشش ترکیب یکنواختی نداشته باشند.به همین دلیل در اجرای سیستمهای اپوکسی باید دستورالعمل فنی سازنده درباره نسبت اختلاط، زمان کارپذیری، روش اختلاط و زمان پخت رعایت شود.
۲۱. حباب و اثر آن بر چسبندگی
حباب فقط یک مشکل ظاهری نیست.اگر هوا میان رزین و زیرلایه محبوس شود، سطح واقعی تماس کاهش پیدا میکند. همچنین یک حفره در مرز مشترک ایجاد میشود که میتواند در برابر تنشهای مکانیکی و الکتریکی اهمیت داشته باشد.برای کاهش احتمال ایجاد حباب، روش اختلاط، سرعت همزدن، شرایط اجرا و در صورت نیاز روشهای مناسب هواگیری باید مورد توجه قرار گیرند.
۲۲. اجرای رزین روی سطح مرطوب
یکی از خطاهای اجرایی، پوشش دادن سطحی است که دارای رطوبت نامناسب است.حتی اگر رزین در ابتدا ظاهر خوبی پیدا کند، رطوبت محبوسشده میتواند در ادامه فرآیند مشکلاتی ایجاد کند.در نتیجه پیش از اجرا باید مشخص شود که سطح برای نوع رزین و شرایط پروژه در وضعیت مناسب قرار دارد.در کاربردهای حساس، اندازهگیری رطوبت زیرلایه میتواند از یک بررسی ظاهری قابل اعتمادتر باشد.
۲۳. چسبندگی در لبهها و گوشهها
گوشهها و لبهها از نقاطی هستند که معمولاً اجرای یکنواخت پوشش در آنها دشوارتر است.در یک گوشه تیز ممکن است ضخامت رزین در نقاط مختلف متفاوت شود یا حباب باقی بماند.از سوی دیگر، در سیستمهای ولتاژ بالا، شکل هندسی گوشه و لبه میتواند بر توزیع میدان الکتریکی نیز اثر بگذارد.بنابراین در طراحی و اجرای عایق، توجه به جزئیات هندسی میتواند هم از نظر مکانیکی و هم از نظر الکتریکی اهمیت داشته باشد.
۲۴. چسبندگی خوب چگونه به دوام عایق کمک میکند؟
یک پوشش عایق زمانی عملکرد مناسبی دارد که بتواند سطح موردنظر را به شکل پیوسته و پایدار پوشش دهد.چسبندگی مناسب کمک میکند:- پوشش از زیرلایه جدا نشود؛- رطوبت کمتر به زیر پوشش نفوذ کند؛- نواحی بدون پوشش ایجاد نشود؛- یکپارچگی مکانیکی لایه حفظ شود؛ و ساختار عایقی در برابر عوامل محیطی پایدارتر باقی بماند. البته هیچیک از این موارد به معنی تضمین عملکرد دائمی نیست؛ دوام واقعی به مجموعه شرایط سیستم وابسته است.
۲۵. ارتباط چسبندگی با رزین اپوکسی عایق برق پادنار 8119
در مورد رزین اپوکسی عایق برق پادنار 8119 نیز هنگام ارزیابی یک پروژه واقعی باید میان ویژگی خود ماده و عملکرد سیستم اجراشده تفاوت قائل شد.اگر محصول روی فلز، مقره یا زیرلایه دیگری اجرا شود، نتیجه نهایی به آمادهسازی سطح، روش اعمال، ضخامت، پخت، شرایط محیطی و شکل قطعه نیز وابسته خواهد بود.بنابراین حتی اگر یک رزین دارای نتایج مناسب در آزمونهای الکتریکی باشد، نمیتوان بدون آزمون یا مستندات مربوط به چسبندگی، نتیجه تمام کاربردهای اجرایی را به صورت عمومی تضمین کرد.برای پروژههای حساس، بهتر است نمونه واقعی با همان زیرلایه و روش اجرای موردنظر آزمایش شود.
۲۶. چرا آزمایش روی نمونه واقعی ارزش بیشتری دارد؟
آزمایش رزین در آزمایشگاه میتواند خواص پایه ماده را مشخص کند.اما یک سیستم واقعی ممکن است تفاوتهای زیادی داشته باشد:- جنس زیرلایه متفاوت باشد؛- ضخامت متفاوت باشد؛- شکل هندسی پیچیدهتر باشد؛- سطح دارای زبری متفاوت باشد؛- روش اجرای متفاوت باشد؛- دما و رطوبت متفاوت باشد؛ و میدان الکتریکی در نقاط مختلف یکنواخت نباشد.به همین دلیل در کاربردهای حساس، نمونهسازی و آزمون روی ساختار واقعی یا نزدیک به شرایط واقعی میتواند اطلاعات ارزشمندتری ارائه کند.
۲۷. چکلیست اجرایی چسبندگی
برای کاهش خطاهای اجرایی میتوان یک چکلیست ساده داشت: قبل از اجرا- جنس زیرلایه مشخص شود.- سطح از نظر چربی و آلودگی بررسی شود.- زنگ و لایههای سست حذف شوند.- رطوبت سطح کنترل شود.- شرایط دما و رطوبت محیط ثبت شود.هنگام اجرا- نسبت اختلاط طبق دستور فنی رعایت شود.- اختلاط یکنواخت انجام شود.- ورود هوای اضافی کنترل شود.- تمام نقاط سطح پوشش داده شوند.- ضخامت کنترل شود. پس از اجرا- زمان و شرایط پخت رعایت شود.- سطح از نظر حباب، ترک و جداشدگی بررسی شود.- در صورت حساس بودن پروژه، آزمون چسبندگی انجام شود. – در صورت نیاز آزمونهای الکتریکی روی نمونه اجراشده انجام شود.
۲۸. چسبندگی؛ حلقه اتصال میان خواص مکانیکی و الکتریکی
در یک سیستم عایق الکتریکی، خواص مکانیکی و الکتریکی کاملاً از یکدیگر جدا نیستند.یک ترک مکانیکی ممکن است در ادامه به یک عیب الکتریکی تبدیل شود. یک جداشدگی کوچک ممکن است مسیر نفوذ رطوبت را ایجاد کند. رطوبت نیز میتواند شرایط الکتریکی منطقه را تغییر دهد.بنابراین ارزیابی حرفهای رزین اپوکسی عایق برق باید این زنجیره را در نظر بگیرد:
زیرلایه مناسب → آمادهسازی صحیح → چسبندگی مناسب → پوشش یکنواخت → پخت صحیح → پایداری مکانیکی → حفظ یکپارچگی عایق
هر حلقه که ضعیف باشد، ممکن است عملکرد کل سیستم تحت تأثیر قرار گیرد.
۲۹. جمعبندی
چسبندگی رزین اپوکسی عایق برق به فلز، مقره، سرامیک یا سایر زیرلایهها یکی از پایههای مهم عملکرد یک سیستم عایق است. مقاومت دیالکتریک بالا، بهتنهایی تضمینکننده عملکرد یک پوشش اجراشده نیست؛ زیرا عایق واقعی از مجموعهای شامل رزین، زیرلایه، فصل مشترک، ضخامت، هندسه و شرایط محیطی تشکیل میشود.آمادهسازی سطح، حذف آلودگی، کنترل رطوبت، اختلاط صحیح، جلوگیری از حباب، رعایت ضخامت و پخت مناسب همگی در ایجاد اتصال پایدار نقش دارند.از طرف دیگر، چسبندگی اولیه باید از دوام چسبندگی در طول زمان تفکیک شود. رطوبت، سیکلهای حرارتی، ارتعاش و تنش مکانیکی میتوانند در شرایط خاص باعث تغییر تدریجی اتصال شوند. به همین دلیل برای کاربردهای حساس، آزمون روی نمونه واقعی و بررسی رفتار سیستم پس از شرایط محیطی میتواند بسیار ارزشمند باشد.در مورد رزینهای اپوکسی عایق برق از جمله پادنار 8119 نیز همین اصل برقرار است: نتیجه نهایی فقط به نام یا نوع رزین وابسته نیست؛ بلکه کیفیت آمادهسازی، اجرای صحیح و شرایط واقعی بهرهبرداری بخش جداییناپذیر عملکرد عایق هستند.
برای خرید محصول کلیک کنید
۰ دیدگاه