اپوکسی عایق الکتریکی 91

فصل ۹۱ ـ طراحی ضخامت و تعداد لایه‌های رزین اپوکسی عایق برق؛ از پوشش نازک تا عایق‌کاری ضخیم

جهت مشاوره رایگان تماس بگیرید 09221696509

مقدمه

ضخامت رزین اپوکسی یکی از عوامل مهم در طراحی عایق‌های الکتریکی است. با این حال، ضخامت به‌تنهایی عملکرد نهایی عایق را تعیین نمی‌کند. یکنواختی پوشش، کیفیت پخت و نبود حباب نیز اهمیت زیادی دارند. افزایش بیش از حد ضخامت همیشه باعث افزایش متناسب ولتاژ شکست نمی‌شود. در لایه‌های ضخیم، گرمای واکنش، جمع‌شدگی و تنش داخلی اهمیت بیشتری پیدا می‌کنند. بنابراین، طراحی ضخامت باید با توجه به شرایط الکتریکی، مکانیکی، حرارتی و روش اجرای رزین انجام شود.

برای خرید محصول کلیک کنید

۱.ضخامت اسمی و واقعی در طراحی رزین اپوکسی عایق برق

ضخامتی که در نقشه یا مشخصات فنی تعیین می‌شود، ضخامت اسمی است. اما ضخامت واقعی ممکن است در نقاط مختلف قطعه متفاوت باشد. این تفاوت می‌تواند ناشی از:

– روش اجرا؛

– شکل قطعه؛

– روانروی رزین؛

– شره؛

– زبری سطح؛

– و خطای اجرایی

باشد.

—

۲. چرا یکنواختی ضخامت مهم است؟

اگر یک پوشش در بیشتر نقاط ضخیم باشد ولی در یک نقطه بسیار نازک شود، همان نقطه ممکن است به بخش حساس سیستم تبدیل شود. در عایق‌کاری الکتریکی، کنترل نقاط ضعیف معمولاً مهم‌تر از میانگین ضخامت است.

—

۳. ضخامت و میدان الکتریکی

در یک مدل ساده و میدان تقریباً یکنواخت، می‌توان رابطه تقریبی:

E ≈ V / d

را در نظر گرفت. در این رابطه E میدان الکتریکی، V ولتاژ و d فاصله یا ضخامت مؤثر عایق است. اما این رابطه یک مدل ساده است و نباید بدون در نظر گرفتن هندسه و شرایط واقعی، مبنای نهایی طراحی قرار گیرد.

—

۴. چرا دو برابرکردن ضخامت، دو برابرشدن ولتاژ شکست نیست؟

ولتاژ شکست فقط تابع ضخامت نیست. حباب، ترک، تمرکز میدان، رطوبت، دما، فصل مشترک و کیفیت پخت می‌توانند نتیجه را تغییر دهند. بنابراین نمی‌توان یک نتیجه آزمایشگاهی را به‌صورت خطی به ضخامت‌های دیگر تعمیم داد.

—

۵. ضخامت کم

اگر ضخامت کمتر از مقدار مورد نیاز باشد، ممکن است در برابر تنش الکتریکی، مکانیکی یا محیطی حاشیه اطمینان کافی وجود نداشته باشد. همچنین خطای اجرایی در یک لایه بسیار نازک می‌تواند درصد قابل توجهی از ضخامت را تغییر دهد.

—

۶. ضخامت زیاد

ضخامت زیاد نیز چالش‌های خاص خود را دارد. در ساختارهای ضخیم‌تر ممکن است:

– حرارت واکنش افزایش یابد؛

– پخت در عمق متفاوت شود؛

– خروج حباب دشوارتر شود؛

– تنش داخلی افزایش پیدا کند؛

– و اختلاف انبساط با زیرلایه بیشتر اثرگذار شود.

—

۷. پوشش نازک

پوشش‌های نازک معمولاً برای حفاظت سطحی، افزایش مقاومت محیطی یا ایجاد یک لایه عایق مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این حالت کنترل ضخامت و یکنواختی اهمیت زیادی دارد.

—

۸. پوشش ضخیم

در پوشش‌های ضخیم باید علاوه بر عملکرد الکتریکی، فرآیند پخت نیز بررسی شود. رزین باید بتواند در تمام ضخامت به شرایط پخت مورد نظر برسد.

—

۹. انتخاب تعداد لایه‌های رزین اپوکسی عایق برق

گاهی بهتر است ضخامت مورد نظر در چند مرحله ایجاد شود. در برخی پروژه‌ها این روش می‌تواند کنترل فرآیند و کاهش مشکلات مربوط به لایه ضخیم را آسان‌تر کند. اما تعداد لایه‌ها باید بر اساس فرمولاسیون و دستورالعمل محصول تعیین شود.

—

۱۰. مزیت احتمالی اجرای چندلایه

اجرای چندلایه می‌تواند امکان کنترل بهتر:

– ضخامت؛

– حباب؛

– پخت؛

– و عیوب موضعی

را فراهم کند. اما در صورتی که بین لایه‌ها چسبندگی مناسب ایجاد نشود، خود فصل مشترک لایه‌ها به یک نقطه ضعف تبدیل می‌شود.

—

۱۱. چسبندگی بین لایه‌ها

لایه دوم باید بتواند با لایه اول اتصال مناسبی ایجاد کند. زمان اجرای لایه بعدی، وضعیت سطح لایه قبلی و شرایط پخت می‌توانند بر این اتصال اثر بگذارند.

—

۱۲. اجرای لایه بعدی روی سطح کاملاً پخته

اگر لایه قبلی کاملاً پخته و سطح آن صاف و غیرقابل اتصال باشد، ممکن است آماده‌سازی مجدد سطح لازم شود. روش آماده‌سازی باید با سیستم رزینی سازگار باشد.

—

۱۳. اجرای لایه بعدی در پنجره زمانی مناسب

برخی سیستم‌ها ممکن است در یک بازه زمانی مشخص امکان ایجاد اتصال بین‌لایه‌ای مناسب داشته باشند. این بازه باید از دستورالعمل فنی محصول مشخص شود و نباید یک زمان عمومی برای همه رزین‌ها در نظر گرفت.

—

۱۴. زبری بین لایه‌ها

در برخی فرآیندها زبری کنترل‌شده سطح می‌تواند به ایجاد اتصال مکانیکی کمک کند. اما زبری نامناسب ممکن است حباب یا نقاط بدون تماس ایجاد کند.

—

۱۵. آلودگی بین لایه‌ها

گردوغبار، روغن یا رطوبت بین دو لایه می‌تواند کیفیت اتصال را کاهش دهد.  بنابراین سطح باید پیش از اعمال لایه جدید بررسی و آماده شود.

—

۱۶. حباب در پوشش ضخیم

هرچه ضخامت افزایش پیدا کند، کنترل حباب دشوارتر می‌شود. حباب داخلی می‌تواند هم از نظر مکانیکی و هم از نظر الکتریکی اهمیت داشته باشد.

—

۱۷. حباب و تمرکز میدان

حباب دارای خواص الکتریکی متفاوت از رزین است. وجود آن می‌تواند توزیع میدان را در اطراف خود تغییر دهد و در شرایط مناسب، به ناحیه‌ای حساس برای تخلیه جزئی تبدیل شود.

—

۱۸. تخلخل

تخلخل فقط به حباب‌های بزرگ قابل مشاهده محدود نمی‌شود. مجموعه‌ای از حفره‌های بسیار کوچک نیز می‌تواند چگالی واقعی عایق را کاهش دهد.

—

۱۹. روش اعمال

روش اعمال باید با ضخامت مورد نظر سازگار باشد. روش‌هایی که برای لایه نازک مناسب‌اند ممکن است برای ایجاد یک حجم ضخیم مناسب نباشند.

—

۲۰. پوشش با قلم یا غلتک

در برخی کاربردهای سطحی، ابزار دستی می‌تواند مناسب باشد. اما دستیابی به ضخامت بسیار دقیق و یکنواخت در تمام نقاط ممکن است دشوار باشد.

—

۲۱. اسپری

اسپری می‌تواند برای ایجاد لایه‌های نسبتاً یکنواخت مناسب باشد، اما تنظیمات تجهیزات و شرایط محیطی اهمیت زیادی دارند. ورود هوا، پاشش نامناسب و تفاوت ضخامت در گوشه‌ها باید کنترل شوند.

—

۲۲. ریخته‌گری

در قطعاتی که نیاز به ضخامت زیاد یا پرکردن کامل یک فضای مشخص دارند، ریخته‌گری می‌تواند روش مناسبی باشد. در این حالت کنترل حباب و گرمای واکنش اهمیت بیشتری پیدا می‌کند.

—

۲۳. Potting

در Potting، رزین فضای اطراف اجزای الکتریکی را پر می‌کند. هدف فقط ایجاد یک لایه سطحی نیست، بلکه تشکیل یک ساختار حجیم و یکپارچه است.

—

۲۴. گرمای واکنش در ضخامت زیاد

واکنش پخت اپوکسی می‌تواند گرما تولید کند. در حجم زیاد، دفع این گرما ممکن است دشوارتر شود و دمای داخلی ماده افزایش یابد.

—

۲۵. Exotherm

گرمای حاصل از واکنش پخت را معمولاً با اصطلاح Exotherm توصیف می‌کنند. شدت آن به فرمولاسیون، مقدار ماده، دما، هندسه و شرایط انتقال حرارت وابسته است.

برای خرید محصول کلیک کنید

۲۶. پخت در عمق

پخت یک ساختار ضخیم ممکن است با یک پوشش نازک تفاوت داشته باشد. بنابراین دستورالعمل پخت باید برای ضخامت واقعی کاربرد مناسب باشد.

—

۲۷. جمع‌شدگی

رزین در هنگام پخت ممکن است تغییر حجم داشته باشد. اگر جمع‌شدگی با محدودیت مکانیکی زیرلایه همراه شود، تنش داخلی ایجاد می‌شود.

—

۲۸. تنش داخلی

تنش داخلی می‌تواند در طول زمان باعث ایجاد ریزترک یا کاهش چسبندگی شود. این مسئله در قطعات ضخیم و ساختارهای چندماده‌ای اهمیت بیشتری پیدا می‌کند.

—

۲۹. اختلاف انبساط حرارتی

رزین و فلز معمولاً ضریب انبساط یکسانی ندارند. تغییرات دما می‌تواند این اختلاف را به تنش تبدیل کند.

—

۳۰. ضخامت و تنش حرارتی

در یک ساختار ضخیم، گرادیان دمایی ممکن است بیشتر باشد. در نتیجه بخش‌های مختلف رزین در یک لحظه دقیقاً شرایط حرارتی یکسانی ندارند.

—

۳۱. ضخامت و انتقال حرارت

رزین ضخیم‌تر می‌تواند مسیر طولانی‌تری برای انتقال حرارت ایجاد کند. اگر رزین از نظر حرارتی عایق باشد، ممکن است دفع گرمای داخلی دشوارتر شود. بنابراین طراحی الکتریکی و حرارتی باید هماهنگ باشند.

—

۳۲. ضخامت و دمای تجهیز

اگر رزین اطراف یک هادی گرم اجرا شده باشد، افزایش ضخامت آن الزاماً باعث بهبود کلی سیستم نمی‌شود. ممکن است حتی در برخی طراحی‌ها دفع حرارت را دشوارتر کند.

—

۳۳. ضخامت و استقامت مکانیکی

افزایش ضخامت ممکن است در برابر برخی آسیب‌های مکانیکی مفید باشد، اما رفتار مکانیکی فقط تابع ضخامت نیست. نوع رزین، چقرمگی، چسبندگی و اختلاف انبساط نیز اهمیت دارند.

—

۳۴. گوشه‌ها در لایه ضخیم

ضخامت اسمی در قسمت صاف قطعه ممکن است با ضخامت واقعی اطراف گوشه‌ها تفاوت داشته باشد. بنابراین گوشه‌ها، شیارها و محل اتصال‌ها باید جداگانه کنترل شوند.

—

۳۵. ضخامت در اطراف الکترود

در نزدیکی الکترود یا هادی، یکنواختی پوشش اهمیت بیشتری پیدا می‌کند. یک ناحیه نازک در کنار تمرکز میدان می‌تواند حساس‌تر از بخش‌های دیگر باشد.

—

۳۶. فاصله خزشی و افزایش ضخامت

افزایش ضخامت رزین الزاماً جایگزین فاصله خزشی مناسب نیست. فاصله خزشی و ضخامت عایق دو پارامتر متفاوت هستند و باید هرکدام بر اساس طراحی مورد نیاز تعیین شوند.

—

۳۷. فاصله هوایی و ضخامت رزین

همچنین افزایش ضخامت یک قطعه رزینی الزاماً مشکل فاصله هوایی نامناسب را حل نمی‌کند. هوای اطراف قطعه نیز بخشی از سیستم عایقی است.

—

۳۸. ضخامت و رطوبت

در یک لایه ضخیم، مسیر نفوذ رطوبت طولانی‌تر است، اما این موضوع به معنی ضدآب‌شدن کامل ساختار نیست. نفوذ رطوبت از سطح، فصل مشترک‌ها و ترک‌ها می‌تواند همچنان رخ دهد.

—

۳۹. ضخامت و پیرشدگی

ضخامت بالاتر ممکن است رفتار پیرشدگی متفاوتی نسبت به لایه نازک داشته باشد. به همین دلیل داده‌های آزمون باید با ضخامت و ساختار واقعی کاربرد ارتباط داشته باشند.

—

۴۰. اندازه‌گیری ضخامت

روش اندازه‌گیری باید متناسب با جنس و شکل قطعه انتخاب شود.

در پوشش‌های مناسب، ابزارهای اندازه‌گیری ضخامت می‌توانند برای کنترل نقاط مختلف استفاده شوند.

—

۴۱. اندازه‌گیری چند نقطه‌ای

اندازه‌گیری یک نقطه برای اثبات یکنواختی کل پوشش کافی نیست. بهتر است نقاط مختلف، به‌خصوص نواحی حساس، بررسی شوند.

—

۴۲. نقاط بحرانی

در کنترل کیفیت باید نقاطی مانند:

– گوشه‌ها؛

– اطراف اتصالات؛

– لبه‌ها؛

– محل پیچ‌ها؛

– شیارها؛

– و قسمت‌های با هندسه پیچیده

در نظر گرفته شوند.

—

۴۳. ضخامت تر و خشک

در سیستم‌های حلال‌پایه، ضخامت تر الزاماً برابر ضخامت نهایی پس از خشک‌شدن نیست. تبخیر مواد فرار می‌تواند ضخامت خشک را کاهش دهد. در سیستم‌های بدون حلال نیز باید تغییرات ناشی از فرآیند پخت و جمع‌شدگی در نظر گرفته شود.

—

۴۴. ضخامت واقعی پس از پخت

برای کاربردهای حساس، معیار نهایی باید ضخامت ساختار پخته‌شده باشد، نه صرفاً مقدار ماده‌ای که قبل از پخت اعمال شده است.

—

۴۵. نمونه شاهد ضخامت

می‌توان یک نمونه شاهد با همان روش اجرا تهیه کرد و ضخامت، پخت و خواص آن را بررسی کرد. این روش در کنترل فرآیند می‌تواند بسیار مفید باشد.

—

۴۶. انتخاب ضخامت بر اساس آزمون

بهترین روش برای تعیین ضخامت مورد نیاز، ترکیب محاسبات مهندسی با آزمون معتبر است. آزمون باید روی ساختاری انجام شود که تا حد امکان به نمونه واقعی نزدیک باشد.

—

۴۷. رزین اپوکسی پادنار 8119

برای رزین اپوکسی عایق برق پادنار 8119، داده‌های ارائه‌شده مربوط به نمونه یک میلی‌متری است. در شرایط خشک، ولتاژ شکست ۲۱ هزار ولت و ولتاژ تحمل یک‌دقیقه‌ای ۳۵۰۰ ولت گزارش شده است. در شرایط مرطوب نیز ولتاژ شکست ۱۴ هزار ولت و ولتاژ تحمل یک‌دقیقه‌ای ۲۵۰۰ ولت اعلام شده است. این نتایج برای همان نمونه و شرایط آزمون ارزش دارند و نباید به‌صورت خطی برای تعیین ضخامت‌های دیگر یا به‌عنوان رابطه قطعی میان ضخامت و ولتاژ کاری استفاده شوند.

—

۴۸. تعیین ضخامت برای کاربرد واقعی

برای تعیین ضخامت مورد نیاز 8119 یا هر رزین عایق دیگر، باید حداقل موارد زیر مشخص باشند: ولتاژ کاری، اضافه‌ولتاژ، نوع AC یا DC، هندسه قطعه، فاصله هوایی، فاصله خزشی، دمای کاری، شرایط رطوبت و آلودگی، زیرلایه، روش اجرا و معیار آزمون. بدون این اطلاعات، ارائه یک ضخامت عمومی برای تمام کاربردها از نظر مهندسی قابل اتکا نیست.

—

۴۹. اشتباهات متداول

چند خطای رایج در طراحی ضخامت عبارت‌اند از:

1. تقسیم مستقیم ولتاژ شکست بر ضخامت و تعمیم نتیجه؛

2. فرض اینکه ضخامت بیشتر همیشه بهتر است؛

3. بی‌توجهی به حباب و تخلخل؛

4. کنترل‌نکردن ضخامت در نقاط بحرانی؛

5. اجرای لایه‌های متعدد بدون توجه به چسبندگی بین آنها؛

6. نادیده‌گرفتن گرمای واکنش؛

7. استفاده از ضخامت یکسان برای کاربردهای کاملاً متفاوت.

—

۵۰. جمع‌بندی

طراحی ضخامت رزین اپوکسی عایق برق یک مسئله صرفاً هندسی نیست. ضخامت باید در کنار میدان الکتریکی، هندسه قطعه، فاصله هوایی، فاصله خزشی، دما، رطوبت، روش اجرا، پخت، حباب، چسبندگی و تنش‌های مکانیکی بررسی شود. افزایش ضخامت می‌تواند در برخی شرایط مفید باشد، اما نمی‌توان فرض کرد که با دو برابرکردن ضخامت، ولتاژ شکست نیز دقیقاً دو برابر می‌شود. همچنین ضخامت زیاد ممکن است مشکلاتی مانند گرمای واکنش، تنش داخلی، پخت نامناسب و حباب را افزایش دهد. اجرای چندلایه نیز یک راه‌حل عمومی و بدون شرط نیست. اگر اتصال بین لایه‌ها مناسب نباشد، مرز بین آنها می‌تواند به یک نقطه ضعف تبدیل شود.

در مورد پادنار 8119، داده موجود برای نمونه یک میلی‌متری در شرایط خشک و مرطوب، مبنای مناسبی برای توصیف همان آزمون است؛ اما تعیین ضخامت مناسب برای یک تجهیز واقعی باید بر اساس شرایط واقعی طراحی و در صورت نیاز با آزمون نمونه واقعی انجام شود. در نهایت، ضخامت بهینه، بیشترین ضخامت ممکن نیست؛ ضخامت مهندسی‌شده‌ای است که با توجه به تنش الکتریکی، حرارتی، مکانیکی و محیطی، همراه با فرآیند اجرایی قابل کنترل، عملکرد مورد انتظار را فراهم کند.

برای خرید محصول کلیک کنید