دانشنامه جامع اپوکسی عایق الکتریکی24
24
فصل ۲۴: چسبندگی رزین اپوکسی عایق برق به فلز، سرامیک و مقره؛ عوامل مؤثر و روشهای افزایش چسبندگی
مقدمه
چسبندگی یکی از مهمترین ویژگیهای رزین اپوکسی عایق برق است؛ زیرا حتی اگر یک رزین از نظر استقامت دیالکتریک، مقاومت الکتریکی و ولتاژ شکست عملکرد مناسبی داشته باشد، در صورت چسبندگی ضعیف به سطح زیرین، نمیتواند یک لایه عایق پایدار و قابل اعتماد ایجاد کند.
در کاربردهای صنعتی، رزین اپوکسی عایق الکتریکی ممکن است روی سطوح مختلفی مانند فلز، مس، آلومینیوم، فولاد، چدن، سرامیک، چینی الکتریکی، مقرههای سرامیکی، قطعات کامپوزیتی و برخی مواد عایق پلیمری اجرا شود. هر یک از این سطوح ویژگیهای متفاوتی دارند و روش آمادهسازی آنها نیز یکسان نیست.
چسبندگی واقعی یک پوشش عایق تنها به ماهیت شیمیایی رزین وابسته نیست. عواملی مانند:
– تمیزی سطح
– زبری مناسب
– وجود چربی و روغن
– رطوبت
– گردوغبار
– اکسیدهای سطحی
– دمای سطح
– نسبت اختلاط رزین و سختکننده
– زمان پخت
– ضخامت لایه
– تنش حرارتی
– انبساط و انقباض متفاوت زیرلایه و پوشش
همگی میتوانند بر دوام اتصال تأثیر بگذارند.
به همین دلیل، در پروژههایی مانند ترمیم مقره، پوششدهی قطعات برق، عایقکاری موضعی تجهیزات و برخی قسمتهای کوره القایی، آمادهسازی سطح گاهی به اندازه انتخاب خود رزین اهمیت دارد.
—
۱. چسبندگی در رزین اپوکسی عایق برق چیست؟
چسبندگی یا Adhesion به توانایی رزین برای اتصال پایدار به سطح زیرین گفته میشود.
در یک پوشش اپوکسی عایق، دو مفهوم باید از یکدیگر تفکیک شوند:
چسبندگی
اتصال بین رزین و سطح زیرین است.
چسبندگی داخلی یا Cohesion
مقاومت خود لایه رزین در برابر جداشدن، ترکخوردگی یا شکست داخلی است.
ممکن است یک رزین چسبندگی مناسبی به سرامیک داشته باشد، اما اگر ساختار داخلی آن ضعیف باشد، هنگام اعمال تنش مکانیکی یا حرارتی ممکن است خود لایه ترک بخورد.
برعکس، ممکن است رزین از نظر داخلی بسیار مقاوم باشد ولی به علت وجود چربی یا رطوبت روی سطح، از زیرلایه جدا شود.
بنابراین عملکرد مطلوب یک رزین اپوکسی عایق برق حاصل ترکیب این دو عامل است:
چسبندگی مناسب به زیرلایه + استحکام داخلی مناسب لایه رزین
—
۲. چرا چسبندگی برای عایق الکتریکی اهمیت دارد؟
در پوششهای معمولی ممکن است جداشدن جزئی رنگ فقط یک مشکل ظاهری باشد، اما در پوششهای عایق الکتریکی مسئله میتواند بسیار مهمتر باشد.
اگر بین رزین و سطح زیرین حفره ایجاد شود، این فضای خالی میتواند باعث تمرکز میدان الکتریکی شود.
در ولتاژهای بالاتر، چنین نقاطی ممکن است مستعد:
– تخلیه جزئی
– افزایش تنش الکتریکی
– تخریب تدریجی عایق
– ایجاد مسیر سطحی
– کربنیشدن موضعی
– کاهش استقامت الکتریکی
باشند.
بنابراین در تجهیزات الکتریکی، چسبندگی صرفاً برای جلوگیری از کندهشدن ظاهری پوشش نیست؛ بلکه میتواند بخشی از کیفیت کلی سیستم عایقی باشد.
—
۳. چسبندگی رزین اپوکسی به فلز
فلزات از متداولترین زیرلایهها برای اجرای رزینهای اپوکسی صنعتی هستند.
سطوحی مانند:
– فولاد
– آهن
– مس
– آلومینیوم
– فولاد زنگنزن
– چدن
هرکدام رفتار متفاوتی دارند.
برای مثال، سطح مس ممکن است دارای اکسیدهای سطحی باشد و آلومینیوم نیز بهسرعت یک لایه اکسیدی ایجاد میکند.
بنابراین صرفاً تماس رزین با فلز به معنای ایجاد یک اتصال مناسب نیست.
—
۴. نقش چربی و روغن در کاهش چسبندگی
یکی از مهمترین عوامل شکست پوشش اپوکسی، آلودگی سطح است.
وجود مقدار کمی از:
– روغن
– گریس
– واکس
– مواد ضدزنگ
– اثر انگشت
– مواد جداکننده
– آلودگی صنعتی
میتواند تماس واقعی رزین با سطح را کاهش دهد.
در چنین شرایطی ممکن است ظاهر پوشش در زمان اجرا مناسب باشد، اما پس از مدتی، با اعمال فشار، رطوبت یا تغییر دما، لایه از سطح جدا شود.
بنابراین قبل از اجرای رزین اپوکسی عایق الکتریکی، تمیزکاری سطح باید متناسب با جنس زیرلایه انجام شود.
—
۵. زبری سطح و افزایش چسبندگی
یکی از روشهای متداول برای افزایش چسبندگی اپوکسی، ایجاد زبری کنترلشده روی سطح است.
زبری مناسب باعث افزایش سطح تماس و ایجاد نقاط درگیری مکانیکی میان رزین و زیرلایه میشود.
اما یک نکته مهم وجود دارد:
زبری بیشتر الزاماً به معنی چسبندگی بیشتر نیست.
اگر سطح بیش از حد خشن باشد، ممکن است:
– رزین نتواند تمام فرورفتگیها را پر کند.
– حباب در نقاط عمیق باقی بماند.
– ضخامت واقعی پوشش یکنواخت نباشد.
– تمرکز تنش افزایش پیدا کند.
بنابراین هدف، ایجاد سطح تمیز و دارای زبری مناسب است، نه صرفاً خشنکردن سطح.
—
۶. آمادهسازی فلز قبل از اجرای اپوکسی
بسته به نوع قطعه و شرایط صنعتی، آمادهسازی سطح میتواند شامل چند مرحله باشد:
1. حذف آلودگیهای چرب
2. پاکسازی گردوغبار
3. حذف زنگ و اکسیدهای نامطلوب
4. ایجاد زبری کنترلشده
5. حذف ذرات آزاد
6. خشککردن کامل
7. اجرای رزین در شرایط مناسب
در تجهیزات الکتریکی، باید توجه داشت که عملیات مکانیکی یا شیمیایی نباید به قطعه آسیب بزند یا هندسه عایقی آن را تغییر دهد.
—
۷. چسبندگی اپوکسی به سرامیک
سرامیک و چینی از مواد مهم در تجهیزات عایق الکتریکی هستند.
مقرههای سرامیکی، بوشینگها و برخی قطعات عایق ممکن است سطحی بسیار سخت و نسبتاً صاف داشته باشند.
در این شرایط، چسبندگی رزین به عوامل متعددی وابسته است.
مهمترین عوامل عبارتاند از:
– پاکیزگی سطح
– زبری مناسب
– خشکبودن سطح
– سلامت سرامیک
– نبود ترکهای ساختاری
– نوع رزین
– شرایط پخت
– اختلاف ضریب انبساط حرارتی
—
۸. اهمیت رطوبت در چسبندگی به سرامیک
رطوبت یکی از عوامل مهم در اجرای اپوکسی روی سطوح معدنی و سرامیکی است.
اگر سطح مرطوب باشد، ممکن است رزین نتواند تماس مناسبی با سطح ایجاد کند.
همچنین وجود رطوبت در حفرهها یا ترکهای سطحی میتواند در زمان پخت مشکل ایجاد کند.
در کاربردهای عایق الکتریکی، اهمیت این موضوع بیشتر است، زیرا رطوبت میتواند علاوه بر کاهش چسبندگی، رفتار الکتریکی سطح را نیز تغییر دهد.
به همین دلیل، در ترمیم مقره باید وضعیت رطوبت محیط و سطح مقره قبل از اجرای رزین بررسی شود.
—
۹. چسبندگی اپوکسی به مقره
مقره از نظر الکتریکی و مکانیکی یکی از حساسترین زیرلایهها برای اجرای پوششهای عایق است.
در یک مقره ممکن است سطح شامل:
– چینی
– سرامیک
– لعاب
– فلز
– سیمان یا مواد اتصالدهنده
– بخشهای مختلف با ضریب انبساط متفاوت
باشد.
در نتیجه روش اجرای اپوکسی باید بر اساس ساختار واقعی قطعه انتخاب شود.
—
۱۰. ترمیم مقره با رزین اپوکسی
در برخی موارد، رزین اپوکسی میتواند برای ترمیم یا بازسازی موضعی برخی قسمتهای آسیبدیده مورد استفاده قرار گیرد.
اما باید بین آسیب سطحی و آسیب ساختاری تفاوت قائل شد.
برای مثال، اگر آسیب صرفاً یک نقص سطحی باشد، امکان بررسی ترمیم موضعی وجود دارد.
اما اگر مقره دارای:
– ترک عمیق
– شکست مکانیکی
– ترک عبوری
– آسیب گسترده
– تغییر شکل
– کاهش جدی استحکام مکانیکی
باشد، پوشاندن سطح با رزین بهتنهایی به معنای بازگشت مقره به شرایط اولیه نیست.
در چنین شرایطی، ارزیابی فنی و در صورت نیاز تعویض قطعه باید در نظر گرفته شود.
—
۱۱. نقش چسبندگی در ترمیم مقره
در ترمیم مقره، رزین باید بتواند به سطح موجود متصل شود و یک لایه یکنواخت ایجاد کند.
وجود جداشدگی در زیر پوشش میتواند یک فضای خالی ایجاد کند.
این فضای خالی در شرایط ولتاژ بالا ممکن است از نظر الکتریکی اهمیت پیدا کند.
بنابراین در ترمیم مقره، مراحل زیر اهمیت زیادی دارند:
بازرسی → تمیزکاری → خشککردن → آمادهسازی → اجرای رزین → پخت → بازرسی → آزمون
نباید صرفاً به ظاهر صاف و براق سطح نهایی اکتفا کرد.
—
۱۲. ارتباط چسبندگی با تخلیه جزئی
تخلیه جزئی یا Partial Discharge میتواند در حضور نواحی دارای میدان الکتریکی بالا و عیوب موضعی در سیستم عایقی رخ دهد.
یکی از عوامل بالقوه، وجود حفره یا فضای خالی میان پوشش و زیرلایه است.
البته وقوع تخلیه جزئی تابع مجموعهای از عوامل است و صرف وجود یک حفره بهتنهایی به معنی وقوع قطعی آن نیست.
اما در طراحی و اجرای عایقهای الکتریکی، کاهش حفرهها و ناپیوستگیها یکی از اصول مهم کیفیت است.
به همین دلیل، چسبندگی مناسب رزین اپوکسی عایق برق باید همراه با کنترل ضخامت، حباب، پخت و شرایط سطح بررسی شود.
—
۱۳. چسبندگی و ضخامت لایه اپوکسی
افزایش ضخامت لایه همیشه باعث افزایش عملکرد عایقی نمیشود.
اگر لایه بیش از حد ضخیم باشد، ممکن است:
– تنش پسماند افزایش پیدا کند.
– زمان پخت افزایش یابد.
– گرمای واکنش بیشتر شود.
– احتمال ایجاد حباب افزایش یابد.
– اختلاف انبساط حرارتی بیشتر خود را نشان دهد.
– ترک داخلی ایجاد شود.
از طرف دیگر، لایه بسیار نازک نیز ممکن است پوشش کامل و یکنواخت ایجاد نکند.
بنابراین ضخامت باید بر اساس کاربرد، مشخصات محصول، هندسه قطعه، سطح ولتاژ و آزمون مورد نظر تعیین شود.
—
۱۴. تأثیر نسبت رزین و سختکننده
رزین اپوکسی برای رسیدن به خواص نهایی خود باید طبق نسبت اختلاط تعیینشده توسط سازنده با سختکننده ترکیب شود.
کمبود یا افزایش بیش از حد یکی از اجزا میتواند باعث تغییر در:
– زمان پخت
– سختی
– چسبندگی
– انعطافپذیری
– مقاومت حرارتی
– مقاومت شیمیایی
– خواص الکتریکی
شود.
بنابراین در پروژههای عایق الکتریکی، نسبت اختلاط نباید به صورت تجربی و بدون مبنای فنی تغییر داده شود.
—
۱۵. تأثیر دمای سطح بر چسبندگی
اجرای رزین روی سطح بسیار سرد یا بسیار گرم میتواند نتیجه را تغییر دهد.
سطح بسیار سرد ممکن است باعث افزایش ویسکوزیته رزین و کاهش قابلیت پخش آن شود.
سطح بسیار گرم نیز میتواند زمان کارپذیری را کاهش دهد و واکنش پخت را سریعتر کند.
در نتیجه، اجرای رزین باید در محدوده دمایی توصیهشده برای محصول انجام شود.
—
۱۶. چسبندگی در محیطهای صنعتی
در محیطهایی مانند کارخانههای فولاد، نیروگاهها، کارگاههای تولید تجهیزات برق و کورههای صنعتی، سطح ممکن است با مواد مختلفی آلوده شود.
برای مثال:
– روغن
– گرد فلز
– دوده
– بخارات شیمیایی
– گردوغبار
– رطوبت
– مواد فرآیندی
میتوانند کیفیت سطح را کاهش دهند.
به همین دلیل، اجرای اپوکسی در محیط صنعتی نیازمند کنترل سطح قبل از پوششدهی است.
—
۱۷. کاربرد اپوکسی در کوره القایی
کوره القایی شرایط خاصی برای مواد عایق ایجاد میکند.
در این تجهیزات ممکن است عوامل زیر همزمان وجود داشته باشند:
– دمای بالا
– سیکلهای مکرر گرم و سرد شدن
– ارتعاش
– میدان الکترومغناطیسی
– رطوبت
– تنش مکانیکی
– آلودگی صنعتی
بنابراین اگر از رزین اپوکسی در یک بخش از کوره القایی استفاده شود، تنها دانستن مقاومت الکتریکی رزین کافی نیست.
باید مشخص شود:
دمای واقعی محل اجرا چقدر است؟
رزین در این دما به صورت پیوسته یا متناوب قرار میگیرد؟
آیا رزین مستقیماً در معرض حرارت شدید است یا در یک قسمت جانبی و خنکتر قرار دارد؟
آیا تنش مکانیکی و لرزش وجود دارد؟
این موارد برای انتخاب ماده مناسب اهمیت دارند.
بنابراین استفاده از رزین اپوکسی عایق برق پادنار 8119 در کاربردهای مرتبط با کوره القایی باید متناسب با شرایط واقعی محل و مشخصات فنی محصول بررسی شود و نباید صرفاً بر اساس یک نتیجه آزمون ولتاژ، مقاومت حرارتی آن در هر نقطه از کوره فرض شود.
—
۱۸. تفاوت چسبندگی اپوکسی به فلز و سرامیک
اگرچه اپوکسی میتواند به هر دو گروه متصل شود، اما شرایط سطح متفاوت است.
ویژگی| فلز| سرامیک
آلودگی روغنی| بسیار مهم| مهم
اکسید سطحی| ممکن است قابل توجه باشد| متفاوت
زبری| معمولاً قابل کنترل| محدودتر
رطوبت| مهم| بسیار مهم
ترک سطحی| باید بررسی شود| اهمیت بالا
انبساط حرارتی| وابسته به فلز| معمولاً متفاوت
آمادهسازی| مکانیکی/شیمیایی| مکانیکی با کنترل دقیق
در نتیجه نمیتوان یک دستورالعمل آمادهسازی را بدون تغییر برای تمام زیرلایهها استفاده کرد.
—
۱۹. اختلاف انبساط حرارتی
یکی از مسائل مهم در اتصال اپوکسی به فلز یا سرامیک، تفاوت ضریب انبساط حرارتی است.
فرض کنیم یک قطعه فلزی و لایه اپوکسی با افزایش دما منبسط شوند. اگر میزان انبساط آنها یکسان نباشد، در فصل مشترک تنش ایجاد میشود.
در سیکلهای متعدد گرمایش و سرمایش، این تنش میتواند به تدریج باعث:
– ترک
– جداشدگی
– کاهش چسبندگی
– ایجاد فضای خالی
شود.
این مسئله در کاربردهای صنعتی گرم، از جمله برخی قسمتهای مرتبط با کورههای القایی، اهمیت بیشتری پیدا میکند.
—
۲۰. چرا آزمون چسبندگی واقعی اهمیت دارد؟
بهترین روش برای اطمینان از عملکرد یک سیستم پوشش، انجام آزمون روی همان زیرلایه و در شرایط نزدیک به کاربرد واقعی است.
برای مثال اگر هدف، ترمیم یک مقره سرامیکی باشد، آزمون روی یک قطعه سرامیکی مشابه میتواند اطلاعات بسیار مفیدتری نسبت به آزمایش روی یک صفحه فلزی عمومی ارائه دهد.
همچنین باید مشخص شود که هدف آزمون چیست:
– چسبندگی مکانیکی
– مقاومت الکتریکی
– ولتاژ شکست
– مقاومت رطوبتی
– مقاومت حرارتی
– دوام در سیکل حرارتی
– مقاومت در برابر تخلیه جزئی
هرکدام آزمون مخصوص خود را دارند.
—
۲۱. رزین اپوکسی عایق برق پادنار کد 8119
بر اساس اطلاعات فنی ارائهشده برای محصول رزین اپوکسی عایق برق پادنار کد 8119، این محصول برای کاربردهای عایق الکتریکی معرفی شده و مرجع اعلامشده برای آن وزارت نیرو – دانشکده شهید عباسپور با شماره تأیید اعلامشده 84-4-11 است.
طبق اطلاعات مرجع ارائهشده، در آزمونی که روی سطح «مقره چرخی» با ضخامت یک میلیمتر انجام شده، مقادیر زیر گزارش شده است:
شرایط آزمون| ولتاژ شکست اعلامشده| ولتاژ تحمل یکدقیقهای اعلامشده
خشک| ۲۱٬۰۰۰ ولت| ۳٬۵۰۰ ولت
مرطوب| ۱۴٬۰۰۰ ولت| ۲٬۵۰۰ ولت
این اعداد باید به عنوان نتایج آزمون اعلامشده برای شرایط مشخص همان آزمون در نظر گرفته شوند و نباید بدون بررسی بیشتر به تمام ضخامتها، همه زیرلایهها، تمام شرایط محیطی یا کل یک تجهیز الکتریکی تعمیم داده شوند.
بهخصوص در کاربردهای ولتاژ متوسط و بالا، طراحی عایقی باید علاوه بر جنس پوشش، عواملی مانند فاصله خزشی، فاصله هوایی، هندسه قطعه، میدان الکتریکی، شرایط رطوبتی، دما و وضعیت واقعی تجهیزات را نیز در نظر بگیرد.
—
۲۲. آیا چسبندگی بالا به معنی عایق الکتریکی بهتر است؟
خیر.
چسبندگی و خواص الکتریکی دو ویژگی متفاوت هستند، هرچند میتوانند بر عملکرد نهایی یک سیستم عایقی اثر متقابل داشته باشند.
ممکن است مادهای چسبندگی بسیار خوبی داشته باشد ولی استقامت دیالکتریک مناسبی نداشته باشد.
همچنین مادهای ممکن است از نظر الکتریکی عملکرد مناسبی داشته باشد ولی به دلیل آمادهسازی نامناسب سطح، از زیرلایه جدا شود.
بنابراین برای انتخاب رزین عایق باید مجموعهای از ویژگیها بررسی شود:
چسبندگی + استقامت دیالکتریک + مقاومت رطوبتی + مقاومت حرارتی + پایداری مکانیکی + سازگاری با زیرلایه
—
۲۳. چکلیست آمادهسازی سطح برای اجرای اپوکسی عایق
پیش از اجرای رزین اپوکسی عایق برق میتوان این چکلیست را بررسی کرد:
مرحله اول: بررسی زیرلایه
– جنس سطح مشخص شود.
– ترکهای عمیق شناسایی شوند.
– شکست ساختاری بررسی شود.
– قسمتهای پوستهشده حذف شوند.
مرحله دوم: پاکسازی
– روغن و گریس حذف شود.
– گردوغبار حذف شود.
– ذرات سست برداشته شوند.
مرحله سوم: آمادهسازی
– زبری مناسب ایجاد شود.
– سطح کاملاً خشک شود.
– آلودگی ثانویه ایجاد نشود.
مرحله چهارم: اجرای رزین
– نسبت اختلاط طبق دستورالعمل محصول باشد.
– رزین یکنواخت مخلوط شود.
– ضخامت کنترل شود.
– از ایجاد حباب جلوگیری شود.
مرحله پنجم: پخت
– زمان پخت رعایت شود.
– قطعه پیش از رسیدن به شرایط لازم تحت تنش شدید قرار نگیرد.
مرحله ششم: کنترل نهایی
– سطح از نظر ترک و جداشدگی بررسی شود.
– ضخامت در صورت نیاز اندازهگیری شود.
– آزمون الکتریکی مناسب انجام شود.
—
۲۴. اشتباهات رایج در افزایش چسبندگی اپوکسی
چند اشتباه رایج عبارتاند از:
۱. اجرای رزین روی سطح چرب
حتی رزین با چسبندگی بالا نیز نمیتواند روی لایه روغن عملکرد مطلوبی داشته باشد.
۲. اجرای رزین روی سطح مرطوب
رطوبت میتواند اتصال و خواص نهایی را تحت تأثیر قرار دهد.
۳. افزایش بیش از حد زبری
زبری نامناسب ممکن است خود به ایجاد حفره و عیب منجر شود.
۴. ضخیمکردن بیش از حد پوشش
ضخامت زیاد الزاماً معادل عایق بهتر نیست.
۵. تغییر خودسرانه نسبت اجزا
نسبت رزین و سختکننده باید مطابق سیستم مورد استفاده باشد.
۶. نادیدهگرفتن ترک ساختاری مقره
رزین نباید به عنوان جایگزین ارزیابی مهندسی یک قطعه شکسته تلقی شود.
۷. بیتوجهی به دمای کار
مقاومت الکتریکی یک ماده در شرایط آزمایشگاهی به تنهایی مشخصکننده مناسببودن آن برای یک محیط بسیار گرم نیست.
—
۲۵. جمعبندی
چسبندگی یکی از پایههای عملکرد صحیح رزین اپوکسی عایق برق است. برای دستیابی به یک پوشش عایق پایدار، انتخاب رزین مناسب باید همراه با آمادهسازی صحیح سطح، کنترل رطوبت، رعایت نسبت اختلاط، کنترل ضخامت و اجرای صحیح فرایند پخت باشد.
در سطوح فلزی، حذف روغن، چربی، زنگ و اکسیدهای نامطلوب اهمیت زیادی دارد. در سطوح سرامیکی و مقره نیز تمیزی، خشکی، سلامت ساختاری و سازگاری رزین با سطح اهمیت ویژهای پیدا میکند.
در ترمیم مقره باید بین آسیب سطحی و آسیب ساختاری تفاوت گذاشت و هرگز صرفاً با پوشاندن یک ترک عمیق، سلامت مکانیکی و الکتریکی مقره را مفروض ندانست.
در کوره القایی نیز علاوه بر چسبندگی و مقاومت الکتریکی، دمای واقعی، سیکلهای حرارتی، ارتعاش و شرایط کاری محل اجرای رزین باید بررسی شود.
در مورد رزین اپوکسی عایق برق پادنار کد 8119 نیز اطلاعات آزمون اعلامشده شامل آزمون روی مقرۀ چرخی با ضخامت یک میلیمتر و مقادیر ولتاژ شکست خشک و مرطوب است. این نتایج باید در همان چارچوب آزمون تفسیر شوند و برای هر کاربرد جدید، شرایط واقعی قطعه و سیستم عایقی بررسی شود.
برای دریافت مشاوره فنی درباره رزین اپوکسی عایق برق پادنار کد 8119، کاربردهای عایقکاری، ترمیم مقره و بررسی کاربرد در تجهیزات صنعتی، شماره 09221696509 قابل استفاده است.
۰ دیدگاه