دانشنامه جامع اپوکسی عایق الکتریکی10
10
فصل ۱۰: رزین اپوکسی عایق الکتریکی مقاوم به حرارت؛ ویژگی‌ها، کاربردها و تفاوت با رزین نسوز
مقدمه
در بسیاری از تجهیزات برقی، عایق الکتریکی تنها در معرض ولتاژ نیست؛ بلکه همزمان با افزایش دما، تغییرات حرارتی، رطوبت، ارتعاش و تنش مکانیکی نیز مواجه می‌شود.
به همین دلیل، انتخاب یک رزین اپوکسی برای عایق‌کاری تجهیزات الکتریکی صرفاً بر اساس مقاومت الکتریکی کافی نیست. اگر ماده در دمای کاری تجهیز دچار نرم‌شدن، ترک، تخریب، تغییر شکل یا افت خواص دی‌الکتریک شود، عملکرد عایقی آن نیز ممکن است تحت تأثیر قرار گیرد.
اصطلاحاتی مانند:
– اپوکسی مقاوم به حرارت
– اپوکسی نسوز
– اپوکسی مقاوم به شعله
– اپوکسی خودخاموش‌شونده
– اپوکسی عایق دمای بالا
نیز نباید بدون توضیح فنی به جای یکدیگر استفاده شوند.
—
۱. رزین اپوکسی عایق حرارتی چیست؟
رزین اپوکسی عایق الکتریکی مقاوم به حرارت، رزینی است که علاوه بر ایجاد خاصیت عایقی، برای حفظ عملکرد خود در یک محدوده دمایی مشخص طراحی شده باشد.
مهم‌ترین ویژگی مورد انتظار چنین محصولی این است که افزایش دما باعث افت غیرقابل‌قبول عملکرد آن نشود.
البته هر محصول دارای محدوده دمایی مشخص خود است و نمی‌توان یک عدد ثابت را برای تمام رزین‌های اپوکسی بیان کرد.
—
۲. چرا دما برای عایق الکتریکی مهم است؟
افزایش دما می‌تواند ویژگی‌های مواد پلیمری را تغییر دهد.
برحسب نوع فرمولاسیون، ممکن است موارد زیر رخ دهد:
– کاهش سختی،
– افزایش انبساط حرارتی،
– تغییر چسبندگی،
– افزایش تنش داخلی،
– ایجاد ترک،
– تغییر خواص دی‌الکتریک،
– کاهش استحکام مکانیکی،
– تخریب تدریجی رزین.
در تجهیزات برقی، این تغییرات می‌توانند در طول زمان بر سیستم عایقی اثر بگذارند.
—
۳. تفاوت مقاومت حرارتی و نسوز بودن
این دو اصطلاح بسیار مهم‌اند.
مقاوم به حرارت
یعنی ماده برای کار در یک محدوده دمایی مشخص طراحی شده و می‌تواند عملکرد خود را در آن محدوده حفظ کند.
نسوز یا مقاوم در برابر آتش
مفهوم گسترده‌تری است و به رفتار ماده در برابر شعله، آتش و فرآیند سوختن مربوط می‌شود.
بنابراین:
هر ماده مقاوم به حرارت الزاماً نسوز نیست.
همچنین:
هر ماده مقاوم به شعله الزاماً برای کار مداوم در دمای بسیار بالا مناسب نیست.
—
۴. تفاوت «دمای کار» و «دمای تخریب»
یک اشتباه رایج این است که بالاترین دمایی که ماده برای مدت کوتاه تحمل میکند، به عنوان دمای کاری دائمی معرفی شود.
در طراحی صنعتی باید بین این موارد تفاوت گذاشت:
– دمای کار پیوسته،
– دمای کار کوتاه‌مدت،
– دمای پیک،
– دمای شروع نرم‌شدن،
– دمای تخریب.
بنابراین اگر رزینی برای مدت کوتاه دمای بالایی را تحمل کند، نمی‌توان نتیجه گرفت که برای کار مداوم در همان دما مناسب است.
—
۵. محصول مرجع؛ رزین اپوکسی عایق برق پادنار 8119
در این دانشنامه، محصول مرجع رزین اپوکسی عایق برق پادنار کد 8119 است.
طبق اطلاعات ارائه‌شده برای این محصول:
گواهی: وزارت نیرو – دانشکده شهید عباسپور
شماره تأییدیه: 84-4-11
روش اعمال مورد اشاره: یک لایه به ضخامت یک میلی‌متر روی سطح مقره چرخی.
مشخصات الکتریکی اعلام‌شده:
شرایط آزمون| نتیجه اعلام‌شده
ولتاژ شکست خشک| ۲۱,۰۰۰ ولت
ولتاژ شکست مرطوب| ۱۴,۰۰۰ ولت
استقامت یک دقیقه‌ای خشک| ۳,۵۰۰ ولت
استقامت یک دقیقه‌ای مرطوب| ۲,۵۰۰ ولت
این اطلاعات مربوط به آزمون اعلام‌شده هستند و نباید بدون درنظرگرفتن شرایط آزمون به عنوان محدوده دمایی یا ولتاژ نامی تمام کاربردهای صنعتی تعمیم داده شوند.
برای بررسی مشخصات و شرایط کاربرد محصول، 09221696509.
—
۶. آیا ولتاژ بالا باعث تولید حرارت می‌شود؟
در تجهیزات الکتریکی، تولید حرارت معمولاً به عوامل مختلفی وابسته است.
برای مثال در هادی‌ها، عبور جریان می‌تواند باعث تلفات مقاومتی شود.
همچنین در تجهیزات عایقی، تلفات دی‌الکتریک و سایر پدیده‌ها ممکن است در شرایط خاص اهمیت پیدا کنند.
بنابراین یک سیستم عایقی ولتاژ بالا باید از نظر الکتریکی و حرارتی به صورت همزمان ارزیابی شود.
—
۷. اثر دمای بالا بر استقامت عایقی
افزایش دما ممکن است بر خواص عایق تأثیر بگذارد.
این تأثیر به:
– ساختار رزین،
– نوع سخت‌کننده،
– میزان پخت،
– افزودنی‌ها،
– پرکننده‌ها،
– ضخامت،
– رطوبت،
– نوع زیرلایه
وابسته است.
بنابراین نمی‌توان صرفاً از نام «اپوکسی» نتیجه گرفت که رفتار تمام اپوکسی‌ها در دمای بالا یکسان است.
—
۸. اهمیت پخت کامل رزین
رزین اپوکسی پس از اختلاط اجزا وارد فرآیند پخت می‌شود.
پخت ناقص می‌تواند باعث شود:
– مقاومت مکانیکی کاهش یابد،
– پایداری حرارتی کمتر شود،
– چسبندگی کاهش پیدا کند،
– خواص الکتریکی مطلوب حاصل نشود.
بنابراین زمان و شرایط پخت بخشی از عملکرد نهایی سیستم عایقی است.
—
۹. دمای پخت با دمای کار یکی نیست
این نکته اهمیت زیادی دارد.
ممکن است یک رزین در فرآیند تولید برای رسیدن به خواص نهایی به یک فرآیند پخت مشخص نیاز داشته باشد.
این موضوع به این معنا نیست که تجهیز می‌تواند در همان دما به صورت دائمی کار کند.
بنابراین:
دمای پخت ≠ دمای کارکرد
و:
دمای پیک ≠ دمای کار مداوم
—
۱۰. شوک حرارتی چیست؟
شوک حرارتی زمانی رخ می‌دهد که ماده در مدت کوتاهی با تغییر دمای قابل توجه مواجه شود.
برای مثال:
دمای پایین → افزایش سریع دما → کاهش سریع دما
این چرخه می‌تواند تنش‌هایی در پوشش ایجاد کند.
اگر ضریب انبساط رزین و زیرلایه تفاوت زیادی داشته باشند، احتمال ایجاد تنش در فصل مشترک افزایش می‌یابد.
—
۱۱. اهمیت ضریب انبساط حرارتی
رزین و زیرلایه ممکن است هنگام گرم شدن به یک اندازه منبسط نشوند.
اگر:
– فلز،
– سرامیک،
– رزین
در کنار یکدیگر قرار گرفته باشند، اختلاف انبساط حرارتی می‌تواند تنش ایجاد کند.
در صورت تکرار چرخه‌های حرارتی، این تنش ممکن است به:
– ترک،
– جداشدگی،
– حباب،
– کاهش چسبندگی
منجر شود.
—
۱۲. کاربرد در کوره‌های القایی
کوره القایی یکی از مهم‌ترین کاربردهایی است که در انتخاب مواد عایقی باید شرایط حرارتی و الکتریکی همزمان مورد توجه قرار گیرد.
در این تجهیزات ممکن است رزین یا سیستم عایقی با:
– دمای بالا،
– چرخه حرارتی،
– میدان الکتریکی،
– میدان مغناطیسی،
– ارتعاش،
– رطوبت،
– مواد صنعتی
مواجه شود.
بنابراین استفاده از یک رزین صرفاً به دلیل «عایق برق بودن» یا «مقاوم به حرارت بودن» کافی نیست.
باید شرایط واقعی محل استفاده بررسی شود.
برای مشاوره درباره کاربرد رزین عایق در کوره‌های القایی، 09221696509.
—
۱۳. رزین عایق در اطراف کوره القایی
در یک کوره القایی ممکن است قسمت‌های مختلف شرایط متفاوتی داشته باشند.
ممکن است یک ناحیه:
– دمای بسیار بالا داشته باشد،
در حالی که بخش دیگری:
– دمای متوسط،
– میدان الکتریکی،
– رطوبت یا آلودگی
را تجربه کند.
بنابراین انتخاب رزین باید براساس محل دقیق اعمال انجام شود.
رزینی که برای یک قسمت مناسب است الزاماً برای قسمت دیگری مناسب نیست.
—
۱۴. آیا هر اپوکسی برای کوره القایی مناسب است؟
خیر.
اپوکسی عمومی ممکن است برای چسبندگی یا پوشش صنعتی مناسب باشد، اما کاربرد آن در یک تجهیز الکتریکی-حرارتی حساس نیازمند بررسی جداگانه است.
موارد مهم شامل:
– محدوده دمایی،
– استقامت دی‌الکتریک،
– چسبندگی،
– مقاومت در برابر چرخه حرارتی،
– مقاومت در برابر رطوبت،
– ضخامت پوشش،
– روش پخت
است.
—
۱۵. کاربرد در تعمیر و ترمیم مقره
مقره‌ها نیز ممکن است در طول عمر کاری خود در معرض:
– تغییرات دما،
– باران،
– یخ‌زدگی،
– تابش خورشید،
– آلودگی،
– تنش مکانیکی
قرار گیرند.
اگر برای ترمیم یک مقره از رزین استفاده شود، ماده ترمیمی باید علاوه بر خواص عایقی، از نظر سازگاری حرارتی و مکانیکی نیز بررسی شود.
برای بررسی کاربرد رزین در ترمیم و بازسازی مقره، 09221696509.
—
۱۶. چرا مقاومت حرارتی در ترمیم مقره اهمیت دارد؟
اگر رزین ترمیمی در برابر تغییرات دمایی پایدار نباشد، ممکن است در طول زمان:
– ترک بخورد،
– از سطح جدا شود،
– دچار تغییر شکل شود.
هر یک از این موارد می‌تواند بر کیفیت عایق تأثیر بگذارد.
بنابراین ترمیم مقره تنها پر کردن یک ترک با رزین نیست؛ بلکه باید سازگاری ماده ترمیمی با ساختار مقره و شرایط کاری آن بررسی شود.
—
۱۷. مقاومت حرارتی و رطوبتی همزمان
در بسیاری از تجهیزات بیرونی، مشکل فقط دما نیست.
ممکن است تجهیز همزمان در معرض:
حرارت + رطوبت + آلودگی + چرخه حرارتی
باشد.
این شرایط پیچیده‌تر از آزمون جداگانه هر عامل است.
به همین دلیل در پروژه‌های صنعتی، در صورت حساس بودن کاربرد، آزمون‌های ترکیبی یا شبیه‌سازی شرایط واقعی اهمیت پیدا می‌کنند.
—
۱۸. رزین مقاوم به حرارت برای موتور
موتورهای الکتریکی ممکن است به دلیل:
– جریان،
– بار،
– تهویه نامناسب،
– شرایط محیطی
گرم شوند.
در سیستم عایقی موتور، افزایش دما می‌تواند بر عمر عایق اثر بگذارد.
بنابراین رزین یا لاک مورد استفاده در سیم‌پیچ باید با کلاس حرارتی و طراحی سیستم عایقی سازگار باشد.
—
۱۹. رزین عایق سیم‌پیچ
در سیم‌پیچ، رزین می‌تواند علاوه بر نقش عایقی، به:
– تثبیت سیم‌ها،
– کاهش حرکت مکانیکی،
– محافظت در برابر آلودگی،
– افزایش انسجام ساختار
کمک کند.
اما برای انتخاب رزین مناسب باید شرایط حرارتی و الکتریکی سیم‌پیچ مشخص باشد.
—
۲۰. رزین برای ترانسفورماتور
در ترانسفورماتورها، دما یکی از پارامترهای مهم عملکرد سیستم عایقی است.
انتخاب ماده عایق باید با توجه به:
– نوع ترانسفورماتور،
– ساختار عایقی،
– دمای کاری،
– روغن یا محیط عایقی،
– ولتاژ،
– شرایط نصب
انجام شود.
نباید صرفاً از عبارت «اپوکسی مقاوم حرارت» برای تأیید suitability یک محصول استفاده کرد.
—
۲۱. تفاوت مقاومت حرارتی و مقاومت در برابر شعله
یک رزین ممکن است در دمای بالا خواص خود را تا حد مشخصی حفظ کند، ولی در تماس با شعله رفتار متفاوتی داشته باشد.
در آزمون‌های مربوط به شعله، پارامترهایی مانند:
– قابلیت اشتعال،
– سرعت گسترش شعله،
– خاموش شدن پس از حذف منبع شعله
ممکن است اهمیت داشته باشند.
بنابراین «مقاوم به حرارت» را نباید معادل «مقاوم به شعله» دانست.
—
۲۲. مفهوم خودخاموش‌شوندگی
در برخی فرمولاسیون‌ها، مواد به گونه‌ای طراحی می‌شوند که پس از حذف منبع اشتعال، ادامه سوختن آنها محدود یا متوقف شود.
اما خودخاموش‌شوندگی با مقاومت در برابر دمای بالا یکی نیست.
یک ماده ممکن است:
خودخاموش‌شونده باشد ولی برای دمای کاری بسیار بالا مناسب نباشد.
—
۲۳. نقش افزودنی‌های مقاوم به شعله
در برخی رزین‌ها از مواد افزودنی برای اصلاح رفتار در برابر شعله استفاده می‌شود.
اما افزودن چنین موادی ممکن است خواص دیگری را نیز تغییر دهد، مانند:
– ویسکوزیته،
– چسبندگی،
– خواص مکانیکی،
– پخت،
– خواص دی‌الکتریک.
بنابراین فرمولاسیون عایق الکتریکی باید به صورت متوازن طراحی شود.
—
۲۴. رنگ و ظاهر رزین
رنگ رزین به تنهایی نشان‌دهنده مقاومت حرارتی یا عایقی آن نیست.
برای مثال:
مشکی بودن ≠ نسوز بودن
و:
شفاف بودن ≠ مقاومت حرارتی پایین
رنگ بیشتر می‌تواند به فرمولاسیون و کاربرد ظاهری مربوط باشد.
—
۲۵. اپوکسی شفاف مقاوم به حرارت
در بعضی کاربردها شفافیت اهمیت دارد؛ برای مثال زمانی که باید وضعیت زیرلایه قابل مشاهده باشد.
اما شفاف بودن یک رزین به معنی مقاومت حرارتی مشخصی نیست.
محدوده دمایی باید از اطلاعات فنی همان محصول مشخص شود.
—
۲۶. اپوکسی سخت در دمای بالا
اپوکسی‌های سخت ممکن است برای بعضی کاربردها مناسب باشند، اما سختی به تنهایی معیار مقاومت حرارتی نیست.
ماده سخت ممکن است در اثر چرخه حرارتی دچار ترک شود.
بنابراین برای کاربردهای دمایی، باید مجموعه خواص بررسی شود.
—
۲۷. آیا رزین نرم برای دمای بالا بهتر است؟
نه لزوماً.
انعطاف‌پذیری ممکن است در کاهش بعضی تنش‌های مکانیکی مفید باشد، اما مقاومت حرارتی به ساختار شیمیایی و فرمولاسیون وابسته است.
بنابراین:
نرم‌تر بودن ≠ مقاوم‌تر بودن در برابر حرارت
و:
سخت‌تر بودن ≠ مقاوم‌تر بودن در برابر حرارت
—
۲۸. کنترل ضخامت در کاربردهای حرارتی
ضخامت پوشش باید متناسب با کاربرد انتخاب شود.
پوشش بیش از حد ضخیم ممکن است مشکلاتی مانند:
– حبس حباب،
– تنش داخلی،
– پخت نامناسب،
– اختلاف انبساط
ایجاد کند.
در عین حال، پوشش بسیار نازک نیز ممکن است پوشش کامل و یکنواخت ایجاد نکند.
—
۲۹. حباب؛ دشمن عایق حرارتی و الکتریکی
وجود حباب در پوشش می‌تواند یک نقطه ضعف ایجاد کند.
در شرایط:
ولتاژ بالا + دمای بالا
اهمیت عیوب داخلی ممکن است بیشتر شود.
به همین دلیل در اجرای رزین عایق باید تا حد امکان از ایجاد حباب جلوگیری شود.
—
۳۰. کنترل کیفیت پوشش مقاوم به حرارت
برای یک پروژه صنعتی، کنترل کیفیت می‌تواند شامل موارد زیر باشد:
– بررسی ظاهر،
– اندازه‌گیری ضخامت،
– بررسی چسبندگی،
– بررسی کامل شدن پخت،
– بررسی ترک،
– بررسی حباب،
– آزمون‌های الکتریکی،
– آزمون‌های حرارتی متناسب با پروژه.
در کاربردهای حساس، آزمون باید مطابق استاندارد یا مشخصات فنی پروژه تعریف شود.
—
۳۱. آزمون حرارتی چگونه تفسیر می‌شود؟
نتیجه یک آزمون حرارتی باید همراه با شرایط آن گزارش شود.
برای مثال مشخص شود:
– دمای آزمون چه بوده،
– مدت زمان آزمون چقدر بوده،
– نمونه چه ضخامتی داشته،
– شرایط پخت چگونه بوده،
– چه تغییری پس از آزمون مشاهده شده است.
بدون این اطلاعات، عبارت‌هایی مانند «مقاوم تا دمای بالا» ممکن است مبهم باشند.
—
۳۲. اثر رطوبت و حرارت به صورت همزمان
در محیط واقعی، ممکن است ماده ابتدا مرطوب شود و سپس گرم شود.
این حالت می‌تواند با آزمون خشک در دمای بالا متفاوت باشد.
بنابراین برای تجهیزات بیرونی و صنعتی، شرایط واقعی محیط باید تا حد امکان در ارزیابی لحاظ شود.
—
۳۳. اپوکسی، پلی‌یورتان و شارلاک در دمای بالا
سه خانواده مهم در عایق‌کاری الکتریکی عبارت‌اند از:
ماده| ویژگی کلی قابل بررسی
اپوکسی| چسبندگی و ایجاد پوشش سخت در بسیاری از فرمولاسیون‌ها
پلی‌یورتان| امکان دستیابی به انعطاف‌پذیری و خواص محیطی متفاوت، بسته به فرمولاسیون
شارلاک/لاک عایق| مناسب برای برخی کاربردهای پوشش و آغشته‌سازی، بسته به نوع محصول
این جدول جایگزین مشخصات فنی نیست.
انتخاب باید براساس کاربرد واقعی و آزمون‌های مربوط به همان محصول انجام شود.
—
۳۴. مقاومت حرارتی در برابر دمای لحظه‌ای
یک تجهیز ممکن است در زمان کوتاه به دمایی بالاتر از دمای عادی برسد.
این وضعیت با کار مداوم در همان دما متفاوت است.
بنابراین هنگام خرید رزین باید مشخص شود که منظور از «مقاوم به حرارت» چیست:
دمای مداوم یا دمای کوتاه‌مدت؟
—
۳۵. چک‌لیست انتخاب رزین مقاوم به حرارت
پیش از خرید یا اجرای رزین عایق، این موارد را مشخص کنید:
□ دمای کاری مداوم
□ دمای حداکثر
□ مدت تماس با دمای بالا
□ چرخه‌های حرارتی
□ رطوبت
□ نوع زیرلایه
□ ضخامت موردنظر
□ ولتاژ کاری تجهیز
□ نیاز به مقاومت در برابر شعله
□ نیاز به انعطاف‌پذیری
□ روش پخت
□ شرایط تعمیر و نگهداری
برای انتخاب محصول متناسب با کاربرد، 09221696509.
—
۳۶. اشتباهات رایج در خرید
اشتباه اول: توجه فقط به عبارت «نسوز»
عبارت نسوز بدون مشخصات آزمون کافی نیست.
اشتباه دوم: تصور اینکه دمای بالا همیشه قابل تحمل است
باید محدوده دمایی مشخص باشد.
اشتباه سوم: یکی دانستن مقاومت حرارتی و شعله
این دو ویژگی متفاوت هستند.
اشتباه چهارم: بی‌توجهی به شوک حرارتی
چرخه‌های سریع دما می‌توانند برای پوشش مشکل ایجاد کنند.
اشتباه پنجم: بی‌توجهی به پخت
رزین پخته‌نشده ممکن است عملکرد مورد انتظار را نداشته باشد.
—
۳۷. پرسش‌های متداول
آیا اپوکسی عایق برق می‌تواند در دمای بالا استفاده شود؟
بسته به نوع فرمولاسیون و محدوده دمایی اعلام‌شده برای همان محصول، ممکن است مناسب باشد.
آیا اپوکسی مقاوم حرارت همان اپوکسی نسوز است؟
خیر. مقاومت حرارتی، مقاومت در برابر شعله و خودخاموش‌شوندگی مفاهیم متفاوتی هستند.
آیا رزین عایق برق برای کوره القایی مناسب است؟
این موضوع به محل دقیق استفاده، دما، چرخه حرارتی و نیاز الکتریکی بستگی دارد.
آیا رزین برای ترمیم مقره باید مقاوم به حرارت باشد؟
در صورتی که مقره در معرض تغییرات حرارتی قرار دارد، سازگاری حرارتی ماده ترمیمی باید بررسی شود.
آیا سخت‌ترین اپوکسی بهترین گزینه برای دمای بالا است؟
خیر. سختی به تنهایی معیار مقاومت حرارتی نیست.
آیا افزایش ضخامت باعث افزایش مقاومت حرارتی می‌شود؟
الزاماً خیر؛ ضخامت نامناسب حتی می‌تواند مشکلاتی مانند حباب و تنش داخلی ایجاد کند.
—
جمع‌بندی
رزین اپوکسی عایق الکتریکی مقاوم به حرارت باید از دو منظر بررسی شود:
عملکرد الکتریکی
و
پایداری حرارتی
در کاربردهایی مانند موتور، سیم‌پیچ، ترانسفورماتور، تجهیزات صنعتی، کوره‌های القایی و ترمیم مقره، این دو ویژگی باید در کنار شرایط واقعی محیط بررسی شوند.
همچنین اصطلاحات مقاوم به حرارت، مقاوم به شعله، نسوز و خودخاموش‌شونده نباید بدون توجه به روش آزمون و مشخصات محصول یکسان فرض شوند.
در محصول مرجع این دانشنامه، یعنی رزین اپوکسی عایق برق پادنار کد 8119، طبق اطلاعات ارائه‌شده، آزمون‌های الکتریکی روی لایه یک میلی‌متری اعمال‌شده روی سطح مقره چرخی انجام شده و مقادیر اعلام‌شده برای ولتاژ شکست خشک و مرطوب به ترتیب ۲۱ و ۱۴ کیلوولت است. این اعداد نتیجه آزمون مشخص هستند و به خودی خود به معنای تعیین دمای کاری، ولتاژ نامی یا مناسب بودن محصول برای تمام تجهیزات نیستند.
در کاربردهای دمای بالا، به‌ویژه کوره‌های القایی، باید محل دقیق اعمال رزین و دمای واقعی آن قسمت مشخص شود. در ترمیم مقره نیز باید سازگاری رزین با جنس مقره، شرایط محیطی و تنش‌های حرارتی بررسی شود.
برای دریافت مشاوره فنی درباره انتخاب و کاربرد رزین عایق الکتریکی، 09221696509.
۰ دیدگاه