دانشنامه جامع اپوکسی عایق الکتریکی3
3
فصل ۳: رزین اپوکسی الکتریکی؛ ساختار، اجزا و مکانیزم عایق‌کنندگی
مقدمه
برای شناخت صحیح رزین اپوکسی عایق برق تنها دانستن اینکه این ماده یک پوشش پلیمری است کافی نیست. عملکرد الکتریکی نهایی رزین نتیجه تعامل چند عامل مختلف است؛ از ساختار شیمیایی رزین و نوع سخت‌کننده گرفته تا افزودنی‌ها، میزان پخت، ضخامت پوشش، کیفیت سطح و شرایط محیطی.
به همین دلیل، دو محصول که هر دو با عنوان «اپوکسی» فروخته می‌شوند، ممکن است از نظر مقاومت الکتریکی، ولتاژ شکست، انعطاف‌پذیری، مقاومت حرارتی و رفتار در برابر رطوبت تفاوت قابل توجهی داشته باشند.
در این فصل ابتدا اجزای اصلی سیستم‌های اپوکسی بررسی می‌شوند، سپس مکانیزم ایجاد عایق الکتریکی توضیح داده می‌شود و در ادامه ارتباط ساختار ماده با کاربردهایی مانند کوره‌های القایی، تعمیر و ترمیم مقره، سیم‌پیچ، موتور، ژنراتور و تجهیزات الکتریکی بررسی خواهد شد.
—
۱. ساختار کلی رزین اپوکسی چیست؟
رزین اپوکسی یک خانواده از پلیمرهای واکنش‌پذیر است که دارای گروه‌های اپوکساید یا اپوکسی هستند.
این گروه‌ها می‌توانند در واکنش با سخت‌کننده‌های مناسب، شبکه پلیمری ایجاد کنند.
در یک سیستم اپوکسی معمولاً دو مرحله را می‌توان از هم تفکیک کرد:
مرحله اول: رزین پیش از پخت
در این مرحله ماده ممکن است به صورت مایع، ویسکوز یا خمیری باشد.
مرحله دوم: رزین پس از پخت
پس از واکنش شیمیایی و تشکیل شبکه پلیمری، ماده به یک ساختار جامد تبدیل می‌شود.
ویژگی‌های نهایی این شبکه به نوع رزین، نوع سخت‌کننده، نسبت اختلاط، دما و زمان پخت و افزودنی‌های مورد استفاده وابسته است.
—
۲. اجزای اصلی یک سیستم اپوکسی عایق الکتریکی
یک سیستم اپوکسی ممکن است از اجزای مختلفی تشکیل شده باشد.
مهم‌ترین آنها عبارت‌اند از:
1. رزین پایه
2. سخت‌کننده
3. شتاب‌دهنده یا کاتالیست در برخی فرمولاسیون‌ها
4. پرکننده
5. رنگدانه
6. افزودنی‌های ضدحباب
7. افزودنی‌های کنترل جریان
8. مواد افزایش‌دهنده انعطاف‌پذیری
9. افزودنی‌های مقاوم‌کننده در برابر شعله
10. مواد اصلاح‌کننده خواص حرارتی یا مکانیکی
تمام این اجزا در هر محصولی وجود ندارند و نوع و مقدار آنها به طراحی فرمولاسیون بستگی دارد.
—
۳. رزین پایه چه نقشی دارد؟
رزین پایه بخش اصلی ساختار پلیمری است.
نوع رزین بر ویژگی‌هایی مانند:
– ویسکوزیته
– چسبندگی
– مقاومت مکانیکی
– مقاومت شیمیایی
– دمای انتقال شیشه‌ای
– سختی
– جمع‌شدگی
– خواص الکتریکی
اثر می‌گذارد.
در یک اپوکسی عایق الکتریکی، انتخاب رزین پایه باید با هدف دستیابی به خواص دی‌الکتریک و سایر ویژگی‌های موردنیاز انجام شود.
—
۴. سخت‌کننده چه نقشی دارد؟
سخت‌کننده ماده‌ای است که با رزین واکنش داده و باعث ایجاد شبکه پلیمری می‌شود.
نوع سخت‌کننده می‌تواند روی ویژگی‌هایی مانند:
– سرعت پخت
– دمای پخت
– سختی
– انعطاف‌پذیری
– چسبندگی
– مقاومت حرارتی
– مقاومت شیمیایی
– خواص الکتریکی
اثر بگذارد.
به همین دلیل، نمی‌توان یک سخت‌کننده را بدون بررسی با هر رزین اپوکسی ترکیب کرد.
—
۵. نسبت رزین و سخت‌کننده
در سیستم‌های دو جزئی، نسبت اختلاط یک پارامتر بسیار مهم است.
برای مثال، اگر سازنده نسبت مشخصی را تعیین کرده باشد، تغییر خودسرانه این نسبت می‌تواند باعث شود:
– بخشی از رزین واکنش نداده باقی بماند،
– سطح چسبناک شود،
– پخت ناقص رخ دهد،
– سختی تغییر کند،
– مقاومت مکانیکی کاهش یابد،
– خواص الکتریکی از مقدار مورد انتظار فاصله بگیرد.
بنابراین در کاربردهای عایق الکتریکی، نسبت اختلاط نباید با حدس یا تجربه عمومی تغییر داده شود.
—
۶. پخت اپوکسی و تشکیل شبکه پلیمری
در فرآیند پخت، مولکول‌های رزین و سخت‌کننده با یکدیگر واکنش می‌دهند.
با پیشرفت واکنش، ساختار ماده از یک سیستم نسبتاً روان به یک شبکه جامد تبدیل می‌شود.
این فرآیند می‌تواند بر موارد زیر اثر بگذارد:
– استحکام
– سختی
– چسبندگی
– مقاومت حرارتی
– مقاومت شیمیایی
– مقاومت الکتریکی
بنابراین «خشک شدن» و «پخت کامل» همیشه یک مفهوم نیستند.
ممکن است سطح محصول خشک به نظر برسد، اما شبکه پلیمری هنوز به خواص نهایی خود نرسیده باشد.
—
۷. چرا پخت ناقص برای عایق الکتریکی مهم است؟
پخت ناقص می‌تواند باعث باقی ماندن بخش‌هایی از ماده واکنش‌نداده یا ایجاد ساختار نامناسب در پوشش شود.
در نتیجه ممکن است برخی خواص نهایی محصول تغییر کند.
برای یک پوشش الکتریکی، کیفیت پخت اهمیت زیادی دارد؛ زیرا پوشش باید در شرایط واقعی کار، ویژگی‌های مورد انتظار را حفظ کند.
به همین دلیل، زمان بازگشت تجهیز به سرویس باید بر اساس دستورالعمل فنی محصول تعیین شود.
برای دریافت راهنمایی درباره شرایط اجرا و پخت اپوکسی عایق برق، 09221696509.
—
۸. مکانیزم عایق‌کنندگی اپوکسی
مواد عایق الکتریکی موادی هستند که عبور آزادانه جریان الکتریکی را محدود می‌کنند.
در یک پلیمر پخت‌شده، ساختار مولکولی باعث می‌شود حامل‌های بار آزاد بسیار محدود باشند.
به همین دلیل، ماده می‌تواند به‌عنوان یک عایق الکتریکی عمل کند.
اما این عملکرد مطلق نیست.
هر ماده عایقی دارای محدوده‌ای از تحمل میدان الکتریکی است.
اگر میدان الکتریکی از حد مشخصی عبور کند، ممکن است شکست دی‌الکتریک رخ دهد.
—
۹. شکست دی‌الکتریک چیست؟
شکست دی‌الکتریک به وضعیتی گفته می‌شود که ماده عایق تحت یک میدان الکتریکی مشخص دیگر قادر به حفظ خاصیت عایقی خود نباشد.
در این شرایط ممکن است مسیر رسانا در داخل یا روی سطح ماده ایجاد شود.
ولتاژ شکست تحت تأثیر عوامل متعددی قرار دارد:
– ضخامت
– دما
– رطوبت
– نوع ماده
– شکل الکترود
– کیفیت سطح
– وجود حفره
– ترک
– آلودگی
– روش آزمون
بنابراین عدد ولتاژ شکست باید همیشه همراه با شرایط آزمون تفسیر شود.
—
۱۰. محصول مرجع دانشنامه؛ اپوکسی عایق برق پادنار کد 8119
محصول مرجع این دانشنامه، طبق اطلاعات ارائه‌شده، رزین اپوکسی عایق برق پادنار با کد 8119 است.
مشخصات اعلام‌شده:
گواهی: وزارت نیرو – دانشکده شهید عباسپور
شماره تأییدیه: 84-4-11
روش اعمال مورد اشاره: یک لایه یک میلی‌متری روی سطح مقره چرخی.
مشخصات الکتریکی اعلام‌شده:
مشخصه| مقدار
ولتاژ شکست الکتریکی، خشک| ۲۱,۰۰۰ ولت
ولتاژ شکست الکتریکی، مرطوب| ۱۴,۰۰۰ ولت
استقامت الکتریکی یک دقیقه، خشک| ۳,۵۰۰ ولت
استقامت الکتریکی یک دقیقه، مرطوب| ۲,۵۰۰ ولت
این مقادیر باید در ارتباط با شرایط آزمون و نمونه مورد آزمایش تفسیر شوند.
همچنین این اعداد به‌تنهایی به معنی تعیین ولتاژ نامی یک تجهیز کامل نیستند.
برای دریافت اطلاعات فنی محصول مرجع، 09221696509.
—
۱۱. نقش حفره و حباب در پوشش عایق
یکی از مشکلات مهم در پوشش‌های رزینی، وجود حفره یا حباب است.
یک حباب کوچک در داخل لایه عایق می‌تواند محیطی متفاوت از پلیمر جامد ایجاد کند.
در شرایط میدان الکتریکی بالا، چنین نواحی می‌توانند در تمرکز میدان نقش داشته باشند.
به همین دلیل در کاربردهای حساس، کنترل موارد زیر اهمیت دارد:
– اختلاط صحیح
– کنترل حباب
– روش اعمال
– ضخامت یکنواخت
– شرایط پخت
– آماده‌سازی سطح
—
۱۲. نقش ضخامت در عملکرد عایق
ضخامت یکی از پارامترهای مهم در ارزیابی پوشش‌های عایق است.
افزایش ضخامت به‌صورت کنترل‌شده می‌تواند مسیر عایقی بیشتری ایجاد کند، اما این موضوع به معنی آن نیست که هرچه ضخامت بیشتر باشد، عملکرد همیشه بهتر خواهد بود.
ضخامت بیش از حد می‌تواند مشکلاتی مانند:
– ترک
– جمع‌شدگی
– حبس حلال یا حباب
– تنش داخلی
– پخت نامناسب
ایجاد کند.
در محصول مرجع کد 8119، روش اعمال اعلام‌شده شامل یک لایه یک میلی‌متری روی سطح مقره چرخی است؛ اما ضخامت کاربردهای دیگر باید طبق مشخصات همان کاربرد تعیین شود.
—
۱۳. نقش رطوبت در خواص اپوکسی
رطوبت می‌تواند بر عملکرد مواد عایق اثر بگذارد.
این موضوع به‌ویژه در محیط‌هایی مانند:
– فضای باز
– تجهیزات مرطوب
– موتورخانه
– محیط صنعتی
– تجهیزات در معرض شست‌وشو
اهمیت دارد.
در محصول مرجع نیز اختلاف میان ولتاژ شکست خشک و مرطوب اعلام شده است:
۲۱,۰۰۰ ولت در حالت خشک
در مقابل:
۱۴,۰۰۰ ولت در حالت مرطوب
این اختلاف اهمیت بررسی شرایط واقعی محیط را نشان می‌دهد.
—
۱۴. نقش افزودنی‌ها
افزودنی‌ها می‌توانند برای اصلاح خواص یک سیستم اپوکسی مورد استفاده قرار گیرند.
برای مثال ممکن است برای تغییر:
– انعطاف‌پذیری
– ویسکوزیته
– رنگ
– زمان پخت
– مقاومت حرارتی
– مقاومت شعله
– کنترل حباب
– رفتار سطحی
از مواد مختلف استفاده شود.
اما افزودن هر ماده‌ای به یک رزین عایق می‌تواند روی خواص الکتریکی آن اثر بگذارد.
بنابراین افزودنی‌های نامشخص یا ترکیبات متفرقه نباید بدون آزمون به سیستم عایق اضافه شوند.
—
۱۵. پرکننده‌ها و اثر آنها بر رزین عایق
برخی سیستم‌های اپوکسی از پرکننده‌های معدنی یا سایر مواد اصلاح‌کننده استفاده می‌کنند.
هدف می‌تواند:
– کاهش هزینه
– افزایش استحکام
– تغییر ضریب انبساط حرارتی
– افزایش مقاومت حرارتی
– تغییر ویسکوزیته
– کنترل جمع‌شدگی
باشد.
اما نوع، اندازه و مقدار پرکننده می‌تواند روی خواص دی‌الکتریک نیز اثرگذار باشد.
به همین دلیل در یک اپوکسی عایق الکتریکی، استفاده از پرکننده باید بخشی از طراحی فرمولاسیون باشد.
—
۱۶. اپوکسی عایق در کوره‌های القایی
ساختار ماده در کاربردهای کوره القایی اهمیت ویژه‌ای دارد.
در این کاربرد، پوشش ممکن است هم‌زمان در معرض تنش‌های:
– الکتریکی
– حرارتی
– مکانیکی
– رطوبتی
قرار گیرد.
بنابراین علاوه بر مقاومت الکتریکی، باید سازگاری حرارتی و مکانیکی سیستم نیز بررسی شود.
رزین مناسب کوره القایی باید بر اساس محل دقیق اعمال، دمای کار و ساختار تجهیز انتخاب شود.
در صورت نیاز به بررسی فنی برای کوره‌های القایی، 09221696509.
—
۱۷. ساختار رزین و تعمیر مقره
در تعمیر و ترمیم مقره، چسبندگی و سازگاری رزین با سطح اهمیت زیادی دارد.
اگر پوشش به خوبی به سطح متصل نشود، ممکن است:
– رطوبت به زیر پوشش نفوذ کند،
– لایه جدا شود،
– ترک ایجاد شود،
– مسیرهای عایقی دچار ضعف شوند.
بنابراین آماده‌سازی سطح در کنار انتخاب رزین اهمیت اساسی دارد.
—
۱۸. ساختار رزین و سیم‌پیچ موتور
در سیم‌پیچ موتور، رزین باید با سایر مواد عایق موجود سازگار باشد.
وجود یک رزین با سختی بسیار زیاد در محلی که انبساط حرارتی یا ارتعاش وجود دارد ممکن است با نیاز سیستم سازگار نباشد.
از سوی دیگر، رزین بیش از حد نرم ممکن است برای برخی کاربردهای مکانیکی مناسب نباشد.
بنابراین مفهوم «سخت» یا «نرم» باید در ارتباط با کاربرد تفسیر شود.
—
۱۹. اپوکسی، پلی‌یورتان و پلی‌استر
ساختار شیمیایی این سه خانواده یکسان نیست.
اپوکسی
معمولاً به دلیل چسبندگی، استحکام و قابلیت طراحی فرمولاسیون در بسیاری از کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
پلی‌یورتان
می‌تواند ویژگی‌هایی مانند انعطاف‌پذیری و مقاومت محیطی متفاوتی داشته باشد و در برخی پوشش‌های الکتریکی استفاده شود.
پلی‌استر
در سیستم‌های مختلف عایق الکتریکی، به‌ویژه در برخی کاربردهای سیم‌پیچ و تجهیزات الکتریکی، کاربرد دارد.
هیچ‌یک را نمی‌توان صرفاً بر اساس نام شیمیایی «بهترین» دانست؛ بلکه باید خواص آنها را با نیاز کاربرد مقایسه کرد.
—
۲۰. اپوکسی و شارلاک
شارلاک از نظر ماهیت با اپوکسی متفاوت است.
شارلاک یک رزین طبیعی است و سابقه استفاده در برخی کاربردهای عایق و پوشش الکتریکی دارد.
اپوکسی یک خانواده رزینی سنتزی با قابلیت ایجاد شبکه پلیمری است.
تفاوت این دو می‌تواند در:
– روش خشک‌شدن
– سختی
– انعطاف‌پذیری
– چسبندگی
– مقاومت حرارتی
– مقاومت شیمیایی
– قابلیت تعمیر
– روش اجرا
مشاهده شود.
در فصل‌های بعدی، مقایسه اپوکسی و شارلاک به‌صورت تخصصی‌تر بررسی خواهد شد.
—
۲۱. چرا شناخت ساختار رزین برای تعمیرات صنعتی اهمیت دارد؟
در تعمیرات صنعتی، همیشه هدف فقط «عایق کردن» نیست.
گاهی لازم است ماده:
– به سطح قدیمی بچسبد،
– ترک را پر کند،
– در برابر حرارت مقاومت کند،
– در برابر رطوبت پایدار باشد،
– در برابر ارتعاش جدا نشود،
– در زمان مناسب پخت شود.
بنابراین انتخاب ماده باید بر اساس مجموعه نیازها انجام شود.
برای مثال، تعمیر سطح یک مقره با پوشش یک موتور یا پوشش یک برد الکترونیکی شرایط یکسانی ندارد.
—
۲۲. ارتباط ساختار شیمیایی با دمای کار
هر سیستم پلیمری دارای محدوده دمایی خاصی است.
با افزایش دما ممکن است:
– سختی کاهش یابد،
– مدول تغییر کند،
– انبساط افزایش یابد،
– خواص الکتریکی تغییر کند،
– تخریب حرارتی آغاز شود.
به همین دلیل، دمای کار یکی از مهم‌ترین اطلاعاتی است که پیش از انتخاب رزین عایق باید مشخص شود.
این موضوع در کوره‌های القایی اهمیت بسیار بیشتری پیدا میکند.
—
۲۳. ساختار رزین و مقاومت شیمیایی
محیط‌های صنعتی ممکن است شامل:
– روغن
– حلال
– مواد شیمیایی
– آب
– بخار
– مواد شوینده
باشند.
مقاومت شیمیایی رزین به ساختار آن و شرایط ماده شیمیایی وابسته است.
بنابراین عبارت «مقاوم شیمیایی» بدون مشخص کردن ماده شیمیایی، دما و مدت تماس اطلاعات کاملی ارائه نمی‌دهد.
—
۲۴. اهمیت کنترل کیفیت هنگام اختلاط
در محصولات دو جزئی، کنترل موارد زیر بسیار مهم است:
– نسبت دو جزء
– وزن‌کشی دقیق
– زمان اختلاط
– یکنواختی
– دمای محیط
– زمان کارپذیری
– حذف حباب
– زمان پخت
خطا در هر یک از این مراحل می‌تواند خواص نهایی را تغییر دهد.
در پروژه‌های صنعتی بهتر است عملیات اختلاط بر اساس دستورالعمل مکتوب انجام شود.
—
۲۵. آیا می‌توان فرمول اپوکسی عایق را در محل تغییر داد؟
به‌طور کلی، تغییر خودسرانه فرمولاسیون توصیه نمی‌شود.
اضافه کردن:
– حلال
– رقیق‌کننده
– رنگ
– پرکننده
– سخت‌کننده اضافی
– مواد انعطاف‌دهنده
ممکن است خواص الکتریکی، مکانیکی و حرارتی محصول را تغییر دهد.
در کاربردهای حساس مانند کوره القایی یا ترمیم مقره، چنین تغییراتی باید تنها بر اساس دستورالعمل فنی یا آزمون معتبر انجام شود.
—
۲۶. کنترل کیفیت لایه نهایی
پس از اجرای رزین باید مواردی مانند:
– یکنواختی سطح
– ضخامت
– چسبندگی
– وجود حباب
– ترک
– نقاط بدون پوشش
– پخت
– آلودگی سطح
بررسی شوند.
در کاربردهای الکتریکی حساس، کنترل کیفیت نباید فقط به ظاهر پوشش محدود شود.
—
۲۷. آزمون‌های مرتبط با محصول مرجع
مشخصات اعلام‌شده برای محصول مرجع شامل آزمون‌های الکتریکی در شرایط خشک و مرطوب است.
اطلاعات اعلام‌شده:
شکست الکتریکی خشک: ۲۱,۰۰۰ ولت
شکست الکتریکی مرطوب: ۱۴,۰۰۰ ولت
استقامت یک دقیقه‌ای خشک: ۳,۵۰۰ ولت
استقامت یک دقیقه‌ای مرطوب: ۲,۵۰۰ ولت
در استفاده از این اعداد باید به روش آزمون و نمونه مورد آزمایش توجه شود.
برای دریافت اطلاعات تکمیلی درباره آزمون‌ها و کاربرد محصول، 09221696509.
—
۲۸. پرسش‌های متداول
آیا ساختار شیمیایی اپوکسی بر عایق بودن آن اثر دارد؟
بله. نوع رزین، سخت‌کننده و افزودنی‌ها می‌توانند روی خواص نهایی اثر بگذارند.
آیا هر سخت‌کننده‌ای برای هر رزین مناسب است؟
خیر. نسبت و نوع سخت‌کننده باید طبق فرمولاسیون سازنده باشد.
آیا پخت ناقص روی عایق الکتریکی اثر دارد؟
می‌تواند بر خواص نهایی ماده اثر بگذارد؛ بنابراین رعایت زمان و شرایط پخت اهمیت دارد.
آیا حباب داخل رزین اهمیت دارد؟
در پوشش‌های عایق حساس، وجود حفره و حباب می‌تواند اهمیت داشته باشد و باید تا حد امکان کنترل شود.
آیا ضخامت بیشتر همیشه بهتر است؟
خیر. ضخامت باید متناسب با کاربرد و مشخصات فنی محصول انتخاب شود.
آیا محصول 8119 برای همه کاربردهای الکتریکی مناسب است؟
مناسب بودن محصول باید برای هر کاربرد جداگانه بررسی شود. وجود یک نتیجه آزمون برای یک نمونه، به‌تنهایی تمام کاربردهای دیگر را تأیید نمی‌کند.
—
جمع‌بندی فصل
ساختار و اجزای رزین اپوکسی نقش مهمی در عملکرد عایق الکتریکی آن دارند. رزین پایه، سخت‌کننده، افزودنی‌ها، پرکننده‌ها، نسبت اختلاط و شرایط پخت همگی می‌توانند خواص نهایی پوشش را تغییر دهند.
همچنین عملکرد واقعی عایق به عوامل اجرایی مانند ضخامت، آماده‌سازی سطح، حباب، ترک، رطوبت و دما وابسته است.
محصول مرجع این دانشنامه، رزین اپوکسی عایق برق پادنار کد 8119 است که طبق اطلاعات ارائه‌شده دارای تأییدیه شماره 84-4-11 از وزارت نیرو – دانشکده شهید عباسپور است. روش اعمال اعلام‌شده برای آن یک لایه یک میلی‌متری روی سطح مقره چرخی بوده و مشخصات الکتریکی اعلام‌شده شامل شکست ۲۱,۰۰۰ ولت خشک و ۱۴,۰۰۰ ولت مرطوب و استقامت یک دقیقه‌ای ۳,۵۰۰ ولت خشک و ۲,۵۰۰ ولت مرطوب است.
شناخت ساختار رزین به‌خصوص در کاربردهای حساس مانند کوره‌های القایی، تعمیر و ترمیم مقره، سیم‌پیچ موتور و تجهیزات الکتریکی اهمیت زیادی دارد.
برای مشاوره رایگان درباره انتخاب و اجرای رزین اپوکسی عایق برق، 09221696509.
برای بررسی کاربرد محصول در کوره‌های القایی، 09221696509.
برای بررسی امکان استفاده از رزین در تعمیر و ترمیم مقره، 09221696509.
برای دریافت اطلاعات فنی محصول مرجع کد 8119، 09221696509.
و برای مشاوره پیش از اجرای پروژه‌های عایق‌کاری الکتریکی، 09221696509.
۰ دیدگاه