اپوکسی عایق الکتریکی 84
فصل ۸۴ ـ اثر ناخالصی‌های یونی و آلودگی الکتروشیمیایی بر رزین اپوکسی عایق برق؛ از کاهش مقاومت عایقی تا پیرشدگی
جهت مشاوره رایگان تماس بگیرید 09221696509
مقدمه
رزین اپوکسی عایق برق در حالت ایده‌آل باید جریان الکتریکی ناخواسته را تا حد امکان محدود کند. با این حال، رفتار واقعی یک سیستم عایقی فقط به ساختار اصلی پلیمر وابسته نیست. مقدار بسیار کم برخی ناخالصی‌ها، یون‌های باقی‌مانده، رطوبت، نمک‌ها یا آلودگی‌های واردشده هنگام تولید و اجرا می‌تواند رفتار الکتریکی ماده را تغییر دهد. این موضوع به‌ویژه زمانی اهمیت پیدا می‌کند که عایق در معرض میدان الکتریکی، رطوبت و دمای بالا قرار داشته باشد. در چنین شرایطی، حرکت یون‌ها و افزایش جریان‌های نشتی می‌تواند به مرور زمان روی عملکرد عایق اثر بگذارد. البته نباید هر مقدار یون یا ناخالصی را به‌عنوان یک عامل قطعی شکست در نظر گرفت. میزان ناخالصی، نوع یون، محل قرارگیری، رطوبت، دما، میدان الکتریکی و ساختار عایق همگی در شدت اثر نقش دارند.
برای خرید محصول کلیک کنید
۱. ناخالصی یونی چیست؟
ناخالصی یونی به ذرات یا ترکیباتی گفته می‌شود که بتوانند در شرایط مناسب به یون‌های مثبت یا منفی تبدیل شوند یا یون‌های متحرک در ساختار ایجاد کنند. منشأ این مواد می‌تواند مواد اولیه، افزودنی‌ها، فیلرها، آب، مواد تمیزکننده، آلودگی محیط یا حتی فرآیند تولید باشد.
—
۲. چرا یون‌ها در عایق اهمیت دارند؟
یک عایق الکتریکی ایده‌آل جریان بسیار کمی را عبور می‌دهد. اما وجود حامل‌های بار متحرک می‌تواند جریان نشتی را افزایش دهد. هرچه شرایط برای حرکت این حامل‌ها مساعدتر شود، مقاومت مؤثر عایق ممکن است کاهش پیدا کند.
—
۳. تفاوت ناخالصی یونی با آلودگی سطحی
آلودگی سطحی معمولاً روی سطح عایق قرار می‌گیرد. اما ناخالصی یونی ممکن است در حجم ماده یا در فصل مشترک‌ها نیز وجود داشته باشد. بنابراین تمیز بودن ظاهری سطح لزوماً به معنای نبود ناخالصی یونی در ساختار نیست.
—
۴. منابع احتمالی یون‌ها
منشأ یون‌ها می‌تواند شامل موارد مختلفی باشد:
– مواد اولیه؛
– فیلرها؛
– رنگدانه‌ها؛
– آب مورد استفاده در فرآیند؛
– مواد شوینده؛
– بقایای فرآیند تولید؛
– آلودگی محیط؛
– و مواد موجود در زیرلایه.
شناخت منشأ آلودگی برای کنترل آن اهمیت دارد.
—
۵. آب و یون‌های محلول
آب خالص رسانندگی الکتریکی بسیار پایینی دارد، اما آب موجود در محیط واقعی معمولاً کاملاً خالص نیست. املاح محلول می‌توانند یون‌های متحرک ایجاد کنند. به همین دلیل رطوبت همراه با مواد محلول می‌تواند اثر بیشتری از رطوبت به‌تنهایی داشته باشد.
—
۶. رطوبت و حرکت یون‌ها
رطوبت می‌تواند تحرک برخی گونه‌های یونی را افزایش دهد. به همین دلیل در بسیاری از مواد پلیمری، شرایط مرطوب از نظر الکتریکی دشوارتر از شرایط خشک است. البته میزان این اثر به ساختار ماده و نوع آلودگی بستگی دارد.
—
۷. جریان نشتی
جریان نشتی جریان کوچکی است که از مسیرهای ناخواسته عبور می‌کند. افزایش جریان نشتی می‌تواند نشانه تغییر وضعیت عایق باشد، هرچند برای تشخیص علت آن باید شرایط آزمون و سایر عوامل نیز بررسی شوند.
—
۸. مقاومت عایقی
مقاومت عایقی یکی از شاخص‌های مهم ارزیابی عایق است. اگر ناخالصی‌های یونی و رطوبت باعث افزایش حامل‌های بار شوند، مقاومت عایقی ممکن است کاهش پیدا کند. اما یک اندازه‌گیری مقاومت عایقی به‌تنهایی منشأ مشکل را مشخص نمی‌کند.
—
۹. مقاومت حجمی
مقاومت حجمی نشان می‌دهد ماده در برابر عبور جریان از داخل حجم خود تا چه حد مقاومت می‌کند. این ویژگی برای رزین‌های عایق اهمیت زیادی دارد. وجود یون‌های متحرک می‌تواند بر این پارامتر اثر بگذارد.
—
۱۰. مقاومت سطحی
در کنار مقاومت حجمی، مقاومت سطحی نیز اهمیت دارد. اگر نمک یا سایر مواد یونی روی سطح رزین قرار گیرند و رطوبت وجود داشته باشد، مسیر جریان سطحی می‌تواند ایجاد شود. در چنین شرایطی حتی ماده‌ای با مقاومت حجمی بالا ممکن است روی سطح خود رفتار متفاوتی نشان دهد.
—
۱۱. نقش فصل مشترک
فصل مشترک میان رزین و فلز یا سرامیک می‌تواند ناحیه‌ای حساس باشد. رطوبت، حفره، بقایای مواد و جداشدگی می‌توانند در این ناحیه تجمع پیدا کنند. به همین دلیل کنترل کیفیت فصل مشترک اهمیت زیادی دارد.
—
۱۲. تجمع یون‌ها در میدان الکتریکی
در یک میدان الکتریکی، گونه‌های باردار متحرک ممکن است تحت تأثیر نیرو قرار گیرند. در مواد پلیمری، این حرکت معمولاً بسیار محدودتر از یک رسانای معمولی است، اما در شرایط مناسب می‌تواند قابل توجه شود. دما و رطوبت از عوامل مؤثر بر تحرک هستند.
—
۱۳. قطبش یونی
حرکت یا جابه‌جایی بارهای محدود در یک ماده می‌تواند در رفتار دی‌الکتریک آن اثر بگذارد. در فرکانس‌ها و شرایط خاص، این رفتار ممکن است در اندازه‌گیری‌های دی‌الکتریک نیز مشاهده شود. بنابراین خواص دی‌الکتریک و مقاومت عایقی می‌توانند با وضعیت یونی ماده ارتباط داشته باشند.
—
۱۴. اثر فرکانس
پاسخ یک عایق به میدان الکتریکی می‌تواند به فرکانس وابسته باشد. برخی فرآیندهای قطبشی زمان بیشتری برای شکل‌گیری دارند. در نتیجه ممکن است یک ماده در فرکانس پایین و بالا رفتار کاملاً یکسانی نداشته باشد.
—
۱۵. اثر دما
افزایش دما می‌تواند حرکت مولکولی و تحرک برخی حامل‌های بار را افزایش دهد. در نتیجه در برخی مواد، مقاومت الکتریکی با افزایش دما کاهش پیدا می‌کند. این مسئله باید هنگام مقایسه نتایج آزمون‌های مختلف مورد توجه قرار گیرد.
—
۱۶. ناخالصی یونی و تانژانت دلتا
وجود گونه‌های قابل حرکت می‌تواند در بعضی شرایط بر تلفات دی‌الکتریک اثر بگذارد. بنابراین اگر هدف ارزیابی دقیق ماده باشد، بررسی مقاومت عایقی در کنار پارامترهای دی‌الکتریک می‌تواند تصویر کامل‌تری ایجاد کند.
—
۱۷. ناخالصی و تخلیه جزئی
ناخالصی یونی مستقیماً معادل تخلیه جزئی نیست. اما اگر ناخالصی با رطوبت، حفره یا فصل مشترک نامناسب همراه شود، می‌تواند به تغییر شرایط الکتریکی موضعی کمک کند. بنابراین باید این عوامل را به‌صورت جداگانه و سپس در کنار یکدیگر بررسی کرد.
—
۱۸. ناخالصی در حباب
اگر داخل یک حفره مقدار رطوبت یا مواد فرار وجود داشته باشد، رفتار الکتریکی آن حفره می‌تواند با یک حفره خشک متفاوت باشد. وجود چنین نقصی در یک عایق ولتاژ بالا اهمیت ویژه‌ای دارد. به همین دلیل حباب‌زدایی و کنترل فرآیند پخت اهمیت دارد.
—
۱۹. نمک‌ها
نمک‌ها از شناخته‌شده‌ترین منابع یون هستند. اگر نمک روی سطح عایق قرار گیرد و رطوبت نیز وجود داشته باشد، محلولی با رسانندگی بالاتر تشکیل می‌شود. این مسئله می‌تواند جریان نشتی سطحی را افزایش دهد.
—
۲۰. آلودگی صنعتی
آلودگی صنعتی می‌تواند ترکیبی از گردوغبار، ذرات شیمیایی، روغن و مواد یونی باشد. رفتار چنین آلودگی‌ای به نوع ماده و شرایط محیط بستگی دارد. بنابراین ارزیابی عایق فضای باز باید شرایط واقعی محل نصب را در نظر بگیرد.
—
۲۱. مواد تمیزکننده
بقایای برخی مواد شوینده یا پاک‌کننده ممکن است روی سطح باقی بمانند. اگر این مواد دارای گونه‌های یونی باشند، در شرایط مرطوب می‌توانند روی مقاومت سطحی اثر بگذارند. به همین دلیل پس از تمیزکاری، کیفیت و روش خشک‌کردن نیز اهمیت دارد.
—
۲۲. آب شست‌وشو
استفاده از آب دارای املاح برای شست‌وشوی تجهیزات ممکن است باعث باقی ماندن نمک روی سطح شود. پس از خشک شدن آب، مواد محلول می‌توانند به شکل رسوب باقی بمانند. در شرایط بهره‌برداری مرطوب، این رسوبات ممکن است دوباره فعال شوند.
—
۲۳. کیفیت فیلر
فیلرهای معدنی یا سایر افزودنی‌ها نیز باید از نظر خلوص و سازگاری بررسی شوند. یک فیلر با ترکیب شیمیایی متفاوت می‌تواند رفتار الکتریکی کامپوزیت را تغییر دهد. به همین دلیل صرفاً نام فیلر برای ارزیابی کافی نیست.
—
۲۴. ناخالصی‌های فلزی
وجود ذرات فلزی یا بقایای رسانا در رزین می‌تواند بسیار نامطلوب باشد. این ذرات ممکن است میدان را نیز در اطراف خود تغییر دهند. در یک عایق ولتاژ بالا، کنترل آلودگی فلزی از مراحل تولید تا اجرا اهمیت دارد.
—
۲۵. گردوغبار کارگاهی
محیط اجرای رزین باید تا حد امکان کنترل‌شده باشد. گردوغبار می‌تواند هنگام اعمال رزین وارد سطح شود. اگر این ذرات دارای مواد یونی یا رسانا باشند، اثر آنها ممکن است بیشتر شود.
برای خرید محصول کلیک کنید
۲۶. آلودگی دست و ابزار
دست، دستکش، ظروف اختلاط و ابزارهای آلوده می‌توانند مواد ناخواسته را وارد سیستم کنند. این موضوع در پوشش‌های حساس الکتریکی اهمیت دارد. تمیزی ابزار بخشی از کنترل کیفیت محسوب می‌شود.
—
۲۷. نسبت اختلاط و ناخالصی
نسبت نادرست رزین و هاردنر علاوه بر ایجاد پخت ناقص، می‌تواند ساختار شیمیایی نهایی را تغییر دهد. مواد واکنش‌نداده یا اجزای اضافی ممکن است بر خواص الکتریکی و رطوبتی اثر بگذارند. بنابراین کنترل نسبت اختلاط اهمیت مستقیم دارد.
—
۲۸. پخت ناقص
رزین کاملاً پخت‌نشده ممکن است خواص متفاوتی از رزین کاملاً پخت‌شده داشته باشد. جذب رطوبت، چسبندگی، خواص مکانیکی و الکتریکی می‌توانند تحت تأثیر قرار گیرند. از این رو کیفیت پخت بخشی از کنترل آلودگی و کیفیت عایق محسوب می‌شود.
—
۲۹. مواد فرار
برخی مواد باقی‌مانده یا محصولات واکنش ممکن است در ساختار باقی بمانند. اگر این مواد فرار باشند، در شرایط دمایی خاص احتمال ایجاد حفره یا تغییر ساختار وجود دارد. بنابراین فرآیند پخت باید متناسب با فرمولاسیون واقعی باشد.
—
۳۰. اثر ناخالصی بر آب‌گریزی
برخی آلودگی‌های سطحی می‌توانند رفتار ترشوندگی سطح را تغییر دهند. اگر سطح آسان‌تر خیس شود، احتمال ایجاد مسیرهای رسانای سطحی نیز افزایش پیدا می‌کند. در تجهیزات فضای باز، این موضوع اهمیت ویژه‌ای دارد.
—
۳۱. آلودگی و مسیر خزشی
آلودگی یونی می‌تواند مسیر خزشی را تحت تأثیر قرار دهد. به‌خصوص وقتی سطح مرطوب باشد، آلودگی می‌تواند رسانندگی سطح را افزایش دهد. در نتیجه طراحی فاصله خزشی باید همراه با در نظر گرفتن محیط واقعی انجام شود.
—
۳۲. جریان نشتی و گرما
افزایش جریان نشتی می‌تواند باعث تولید گرمای موضعی شود. اگر این گرما در یک نقطه تجمع پیدا کند، شرایط عایق ممکن است بدتر شود. در نتیجه یک چرخه نامطلوب بین جریان نشتی و افزایش دما می‌تواند شکل بگیرد.
—
۳۳. گرما و تحرک یونی
افزایش دما در برخی مواد می‌تواند تحرک یون‌ها را افزایش دهد. در نتیجه شرایط حرارتی ممکن است اثر ناخالصی را تشدید کند. این یکی از دلایلی است که آزمون عایق در دماهای مختلف می‌تواند اطلاعات بیشتری ارائه کند.
—
۳۴. رطوبت، یون و میدان؛ یک ترکیب حساس
سه عامل رطوبت، یون و میدان الکتریکی می‌توانند در کنار یکدیگر اهمیت بیشتری پیدا کنند. رطوبت می‌تواند حرکت یون‌ها را تسهیل کند و میدان نیروی محرک ایجاد کند. به همین دلیل شرایط محیطی در ارزیابی واقعی عایق اهمیت زیادی دارد.
—
۳۵. آزمون مقاومت عایقی
اندازه‌گیری مقاومت عایقی یکی از آزمون‌های اولیه برای بررسی وضعیت الکتریکی سیستم است. این آزمون باید با ولتاژ، زمان و دمای مشخص انجام شود. مقایسه نتایج آزمون‌های مختلف زمانی ارزشمندتر است که شرایط آنها یکسان باشد.
—
۳۶. آزمون مقاومت سطحی
برای بررسی آلودگی‌های سطحی می‌توان مقاومت سطحی را نیز اندازه‌گیری کرد. این آزمون به‌ویژه برای قطعاتی که در فضای باز یا محیط آلوده کار می‌کنند اهمیت دارد.
—
۳۷. آزمون رطوبتی
در صورت اهمیت کاربرد، می‌توان نمونه را در شرایط رطوبتی مشخص قرار داد و سپس خواص الکتریکی را اندازه‌گیری کرد. مقایسه وضعیت قبل و بعد از رطوبت‌دهی می‌تواند اطلاعاتی درباره حساسیت سیستم ارائه کند.
—
۳۸. آزمون غوطه‌وری
در برخی ارزیابی‌های تخصصی، نمونه ممکن است در آب یا محیط مشخصی قرار گیرد. پس از مدت معین، تغییر وزن، ابعاد، مقاومت عایقی یا سایر خواص بررسی می‌شود. شرایط آزمون باید دقیقاً مشخص باشد.
—
۳۹. آزمون استخراج یونی
در صورت نیاز به بررسی آلودگی یونی، روش‌های آزمایشگاهی اختصاصی می‌توانند برای شناسایی یا اندازه‌گیری گونه‌های یونی استفاده شوند. نوع آزمون به ماده و هدف بررسی بستگی دارد.
—
۴۰. آنالیز شیمیایی
برای شناسایی منشأ آلودگی، گاهی لازم است ترکیب شیمیایی ماده یا رسوب بررسی شود. این کار می‌تواند مشخص کند که مشکل از مواد اولیه، محیط یا فرآیند اجرا ناشی شده است.
—
۴۱. مقایسه نمونه سالم و معیوب
یکی از روش‌های مفید در بررسی خرابی، مقایسه نمونه سالم با نمونه‌ای است که در سرویس دچار مشکل شده است. اگر تفاوت قابل توجهی در مقاومت عایقی یا ترکیب سطحی وجود داشته باشد، می‌توان منشأ احتمالی را بهتر بررسی کرد.
۴۲. آزمون قبل و بعد از پیرشدگی
اگر یک نمونه قبل و بعد از پیرشدگی آزمایش شود، تغییر خواص آن قابل مقایسه خواهد بود. این روش می‌تواند برای بررسی اثر هم‌زمان دما، رطوبت و میدان الکتریکی مفید باشد.
—
۴۳. کنترل مواد اولیه
یکی از بهترین راه‌های کاهش آلودگی یونی، کنترل مواد اولیه است. شماره بچ، مشخصات فنی، شرایط انبارداری و کیفیت فیلرها و افزودنی‌ها باید قابل ردیابی باشد.
—
۴۴. کنترل آب و محیط
اگر در فرآیند تولید یا آماده‌سازی سطح از آب استفاده می‌شود، کیفیت آن باید متناسب با حساسیت کاربرد انتخاب شود. همچنین محیط اجرا باید تا حد امکان از گردوغبار و آلودگی‌های شیمیایی دور باشد.
—
۴۵. کنترل ابزار
ظروف اختلاط، همزن، کاردک و سایر ابزارها باید تمیز و مناسب باشند. استفاده از ابزار آلوده می‌تواند بدون آنکه ظاهراً مشخص باشد، کیفیت سطح یا ماده را تغییر دهد.
—
۴۶. بسته‌بندی و نگهداری
ورود رطوبت و آلودگی به مواد اولیه ممکن است از مرحله انبارداری شروع شود. بسته‌بندی سالم و نگهداری در شرایط مناسب می‌تواند احتمال این مشکل را کاهش دهد.
—
۴۷. ناخالصی و رزین اپوکسی پادنار 8119
در مورد رزین اپوکسی عایق برق پادنار 8119 نیز همان اصل عمومی برقرار است: کیفیت نهایی عایق فقط به نام رزین وابسته نیست و شرایط مواد اولیه، اختلاط، اجرا، پخت و محیط می‌توانند بر عملکرد نهایی اثر بگذارند. داده‌های ارائه‌شده برای این محصول، شامل نتایج آزمون نمونه یک میلی‌متری در شرایط خشک و مرطوب، باید در چارچوب همان شرایط آزمون تفسیر شوند. بدون گزارش آزمایشگاهی مشخص درباره مقدار یون‌ها، مقاومت ویژه یا سایر آزمون‌های شیمیایی، نباید عدد خاصی برای خلوص یونی 8119 اعلام کرد.
—
۴۸. آیا مقاومت عایقی بالا به معنای خلوص یونی کامل است؟
خیر. یک آزمون مقاومت عایقی نتیجه رفتار نمونه را در شرایط آزمون نشان می‌دهد. برای تعیین دقیق منشأ شیمیایی یک رفتار الکتریکی، ممکن است به آزمون‌های مکمل نیاز باشد.
—
۴۹. چگونه آلودگی یونی را کاهش دهیم؟
یک برنامه مناسب کنترل کیفیت می‌تواند شامل این مراحل باشد:
۱. کنترل مواد اولیه
۲. کنترل فیلرها و افزودنی‌ها
۳. جلوگیری از تماس با مواد آلوده
۴. کنترل رطوبت
۵. تمیز نگه داشتن ابزار
۶. کنترل فرآیند اختلاط
۷. اجرای صحیح پخت
۸. بازرسی سطح
۹. آزمون مقاومت عایقی
۱۰. بررسی نمونه مرجع در پروژه‌های حساس
—
۵۰. جمع‌بندی
ناخالصی‌های یونی موضوعی ظریف اما مهم در عملکرد عایق‌های اپوکسی هستند. مقدار کمی از یک ماده یونی الزاماً به معنی خراب بودن رزین نیست؛ اثر واقعی آن به نوع ماده، مقدار، محل قرارگیری، رطوبت، دما، میدان الکتریکی و ساختار عایق بستگی دارد. رطوبت و آلودگی یونی می‌توانند در بعضی شرایط موجب افزایش جریان نشتی و کاهش مقاومت عایقی شوند. اگر این وضعیت همراه با دمای بالا، میدان الکتریکی شدید، حباب یا فصل مشترک ضعیف باشد، احتمال ایجاد آسیب‌های تدریجی نیز بیشتر می‌شود.
از این رو کنترل کیفیت عایق اپوکسی باید از آزمایش محصول نهایی فراتر رود و مواد اولیه، فیلرها، آب، ابزار، آماده‌سازی سطح، اختلاط، پخت، رطوبت و شرایط بهره‌برداری را نیز در بر بگیرد. در مورد رزین اپوکسی عایق برق پادنار 8119 نیز می‌توان از داده‌های آزمون ارائه‌شده برای ارزیابی همان شرایط مشخص استفاده کرد، اما برای ادعای خلوص یونی، مقاومت ویژه یا رفتار الکتروشیمیایی اختصاصی، باید گزارش‌های آزمایشگاهی مربوط به همان محصول در اختیار باشد. در نهایت، یک عایق مطمئن فقط ماده‌ای با مقاومت الکتریکی بالا نیست؛ بلکه محصول یک زنجیره کامل کنترل مواد، فرآیند تولید، اجرای صحیح و حفاظت در برابر رطوبت و آلودگی است.
۰ دیدگاه