اپوکسی عایق الکتریکی 79

فصل ۷۹ ـ حباب‌زدایی، تخلخل و نفوذ گاز در رزین اپوکسی عایق برق؛ از اختلاط تا عایق‌کاری بدون حفره

جهت مشاوره رایگان تماس بگیرید 09221696509

مقدمه

در یک سیستم عایق الکتریکی، چیزی که دیده نمی‌شود گاهی از آنچه روی سطح دیده می‌شود مهم‌تر است. یک پوشش اپوکسی ممکن است از بیرون کاملاً یکنواخت، براق و بدون ترک به نظر برسد، اما در داخل آن حباب، تخلخل یا فضای خالی کوچکی وجود داشته باشد. این حفره‌ها فقط یک نقص ظاهری یا اجرایی نیستند. هنگامی که عایق در معرض میدان الکتریکی قرار می‌گیرد، وجود یک ناحیه پر از هوا یا گاز در میان رزین می‌تواند توزیع میدان را تغییر دهد و در شرایط خاص، زمینه را برای تخلیه جزئی فراهم کند.

از سوی دیگر، حذف حباب‌ها صرفاً با «هم‌زدن بیشتر» امکان‌پذیر نیست. نحوه اختلاط، ویسکوزیته، دمای رزین، زمان کارپذیری، هندسه قطعه، روش اعمال و حتی نحوه پر کردن یک فضای بسته همگی در مقدار هوای محبوس‌شده نقش دارند. به همین دلیل، کنترل تخلخل باید از مرحله آماده‌سازی مواد آغاز شود و تا پایان پخت و کنترل کیفیت ادامه پیدا کند.

برای خرید محصول کلیک کنید

۱. حباب در رزین اپوکسی چگونه ایجاد می‌شود؟

حباب ممکن است به دلایل مختلف وارد رزین شود. یکی از رایج‌ترین عوامل، اختلاط سریع و نامناسب رزین و هاردنر است. حرکت شدید همزن می‌تواند هوا را به داخل مخلوط بکشد. اما تمام حباب‌ها الزاماً در زمان اختلاط ایجاد نمی‌شوند. ممکن است هوای موجود روی سطح زیرلایه، داخل منافذ قطعه یا در گوشه‌های هندسی نیز در زمان اعمال رزین محبوس شود.

—

۲. حباب‌های قابل مشاهده و حباب‌های داخلی

حباب‌های سطحی معمولاً با چشم قابل مشاهده‌اند. اما تخلخل داخلی ممکن است بدون هیچ علامت ظاهری باقی بماند. در تجهیزات حساس، نمی‌توان صرفاً بر اساس ظاهر سطح درباره نبود حفره داخلی اطمینان پیدا کرد.

—

۳. تخلخل چیست؟

تخلخل به وجود فضاهای خالی در ساختار ماده گفته می‌شود. این فضاها ممکن است بسیار کوچک باشند و به شکل منفرد یا مجموعه‌ای از حفره‌های متعدد ظاهر شوند. اندازه، شکل، تعداد و محل قرارگیری آنها در عملکرد عایق اهمیت دارد.

—

۴. تفاوت حباب با ترک

حباب معمولاً یک فضای خالی محصور در ماده است، در حالی که ترک ساختاری کشیده و گسسته است. با این حال، یک حباب می‌تواند تحت تنش حرارتی یا مکانیکی به نقطه شروع آسیب تبدیل شود. همچنین ترک ممکن است به مرور به فضای خالی یا مسیر نفوذ رطوبت تبدیل شود.

—

۵. چرا حباب برای عایق الکتریکی مهم است؟

رزین اپوکسی و هوای داخل یک حفره، از نظر خواص الکتریکی یکسان نیستند. در نتیجه وجود حفره باعث می‌شود میدان الکتریکی در اطراف آن کاملاً یکنواخت نباشد. هرچه شرایط هندسی و ولتاژی نامناسب‌تر باشد، اهمیت این ناحیه بیشتر می‌شود.

—

۶. حباب و تخلیه جزئی

در برخی شرایط، میدان الکتریکی داخل یا اطراف یک حفره می‌تواند به ایجاد تخلیه جزئی منجر شود. این تخلیه الزاماً به معنای شکست فوری عایق نیست. مشکل اصلی زمانی ایجاد می‌شود که تخلیه به شکل تکرارشونده ادامه پیدا کند و به مرور ساختار اطراف حفره را تخریب کند.

—

۷. حفره‌های نزدیک سطح

حفره‌ای که به سطح نزدیک باشد ممکن است از نظر رطوبت و آلودگی نیز اهمیت بیشتری پیدا کند. در محیط مرطوب، امکان ورود آب یا بخار آب به مسیرهای موجود افزایش می‌یابد. بنابراین محل حفره به اندازه اندازه آن اهمیت دارد.

—

۸. حفره در فصل مشترک

یکی از نقاط حساس، فصل مشترک رزین با فلز، سرامیک یا مقره است. اگر رزین به‌خوبی سطح را خیس نکند یا هوا از گوشه‌ها خارج نشود، ممکن است یک فضای خالی در این ناحیه باقی بماند. این نوع نقص ممکن است از بیرون به‌راحتی قابل مشاهده نباشد.

—

۹. خیس‌شوندگی سطح

برای ایجاد یک اتصال مناسب، رزین باید سطح زیرلایه را به‌خوبی خیس کند. چربی، گردوغبار، رطوبت و آلودگی می‌توانند خیس‌شوندگی را کاهش دهند. در چنین شرایطی احتمال باقی‌ماندن فضای خالی در فصل مشترک بیشتر می‌شود.

—

۱۰. ویسکوزیته و خروج حباب

هرچه ماده روان‌تر باشد، حرکت و خروج حباب معمولاً آسان‌تر است؛ البته این موضوع به شرایط فرآیند و هندسه قطعه نیز بستگی دارد. افزایش بیش از حد ویسکوزیته می‌تواند حرکت حباب را دشوار کند. از طرف دیگر، کاهش ویسکوزیته با روش نامناسب نیز ممکن است مشکلات جدیدی در پخت یا خواص نهایی ایجاد کند.

—

۱۱. نقش دما

افزایش دمای رزین می‌تواند ویسکوزیته را کاهش دهد. در نتیجه در برخی فرآیندها امکان خروج هوا بهتر می‌شود. اما گرم کردن رزین باید مطابق دستورالعمل فنی محصول انجام شود؛ زیرا افزایش دما می‌تواند زمان کارپذیری را نیز کاهش دهد یا سرعت واکنش پخت را تغییر دهد.

—

۱۲. زمان کارپذیری

حباب برای خروج از رزین به زمان نیاز دارد. اگر رزین پیش از خروج هوا وارد مرحله ژل شدن شود، حرکت حباب محدود خواهد شد. بنابراین زمان کارپذیری یکی از عوامل مهم در طراحی فرآیند حباب‌زدایی است.

—

۱۳. اختلاط شدید

هم‌زدن سریع همیشه به معنای اختلاط بهتر نیست. اگر سرعت همزن بیش از حد باشد، ممکن است هوای بیشتری وارد رزین شود. بهتر است روش اختلاط به گونه‌ای انتخاب شود که ضمن دستیابی به یکنواختی، ورود هوای اضافی حداقل شود.

—

۱۴. اختلاط دستی

در پروژه‌های کوچک ممکن است اختلاط دستی انجام شود. در این روش، فشار دادن و حرکت دادن شدید رزین می‌تواند حباب ایجاد کند. نوع همزن، سرعت حرکت و شکل ظرف نیز بر نتیجه اثر دارند.

—

۱۵. اختلاط مکانیکی

برای حجم‌های بالاتر، همزن مکانیکی می‌تواند یکنواختی بهتری ایجاد کند. اما تنظیم سرعت و هندسه پروانه مهم است. همزن نامناسب ممکن است به جای کاهش مشکل، مقدار هوای واردشده به رزین را افزایش دهد.

—

۱۶. شکل ظرف اختلاط

ظرف بسیار عمیق یا باریک ممکن است شرایط نامناسبی برای اختلاط ایجاد کند. گوشه‌های ظرف نیز می‌توانند محل باقی‌ماندن رزین مخلوط‌نشده یا هوا باشند. به همین دلیل ظرف اختلاط باید متناسب با حجم و روش کار انتخاب شود.

—

۱۷. حباب‌زدایی تحت خلأ

یکی از روش‌های شناخته‌شده برای کاهش هوای محبوس در رزین، استفاده از خلأ است. در این روش فشار محیط اطراف رزین کاهش می‌یابد و حباب‌های موجود تمایل بیشتری به انبساط و خروج پیدا می‌کنند. اما فرآیند خلأ نیازمند کنترل دقیق است.

—

۱۸. خطر کف‌کردن در خلأ

وقتی فشار کاهش می‌یابد، حباب‌های کوچک ممکن است بزرگ شوند. در نتیجه حجم ظاهری رزین ناگهان افزایش پیدا کند و حتی از ظرف خارج شود. به همین دلیل ظرف باید فضای کافی داشته باشد و فرآیند خلأ به صورت کنترل‌شده انجام شود.

—

۱۹. خلأ و ویسکوزیته

رزین‌های بسیار غلیظ ممکن است رفتار متفاوتی هنگام حباب‌زدایی تحت خلأ داشته باشند. همچنین با شروع پخت، ویسکوزیته افزایش پیدا می‌کند و خروج حباب دشوارتر می‌شود. بنابراین زمان انجام خلأ باید با ویژگی واقعی سیستم رزین و هاردنر هماهنگ باشد.

—

۲۰. اعمال فشار

در برخی فرآیندهای صنعتی از فشار برای کمک به حذف یا کاهش حفره‌ها استفاده می‌شود. فشار می‌تواند به فشرده‌تر شدن حباب‌ها کمک کند. اما فشار به تنهایی جایگزین آماده‌سازی صحیح، اختلاط مناسب و طراحی فرآیند نیست.

—

۲۱. ریخته‌گری رزین

در قطعاتی که رزین داخل قالب یا محفظه ریخته می‌شود، مسیر جریان ماده اهمیت زیادی دارد. اگر مسیر جریان هوا بسته شود، ممکن است هوا در انتهای مسیر باقی بماند. طراحی مناسب ورودی و خروجی می‌تواند احتمال محبوس‌شدن هوا را کاهش دهد.

—

۲۲. گوشه‌های داخلی

گوشه‌های تیز و فرورفتگی‌ها محل‌های متداول تجمع هوا هستند. رزین ممکن است تمام فضای گوشه را پر کند، اما هوا در همان نقطه محبوس بماند. برای قطعات پیچیده، طراحی هندسی مناسب نقش مهمی دارد.

—

۲۳. سوراخ‌های کور

سوراخ کور یا حفره‌ای که مسیر خروج هوا ندارد، می‌تواند مشکل‌ساز باشد. رزین از یک سمت وارد می‌شود اما هوای داخل مسیر راه مناسبی برای خروج ندارد. در نتیجه ممکن است حباب در انتهای سوراخ باقی بماند.

—

۲۴. اثر ضخامت

در لایه‌های ضخیم، مسیر حرکت حباب تا سطح طولانی‌تر است. از طرف دیگر، گرمای ایجادشده هنگام پخت نیز می‌تواند در مقاطع ضخیم اهمیت پیدا کند. بنابراین اجرای یکباره لایه بسیار ضخیم همیشه بهترین راهکار نیست.

—

۲۵. لایه‌گذاری مرحله‌ای

در بعضی کاربردها می‌توان رزین را در چند مرحله اعمال کرد. این کار ممکن است کنترل ضخامت و خروج هوا را آسان‌تر کند. البته فاصله زمانی میان لایه‌ها و شرایط چسبندگی بین آنها باید مطابق سیستم مورد استفاده کنترل شود.

—

۲۶. رطوبت موجود در مواد

رطوبت نیز می‌تواند در فرآیند عایق‌کاری مشکل ایجاد کند و رطوبت روی زیرلایه یا در برخی مواد همراه می‌تواند به ایجاد نقص در فصل مشترک کمک کند. به همین دلیل خشک بودن مناسب سطح و شرایط محیطی اهمیت دارد.

—

۲۷. نقطه شبنم

در محیط‌هایی با رطوبت بالا، حتی اگر سطح ظاهراً خشک باشد، احتمال تشکیل میعان وجود دارد. اگر دمای سطح به نقطه شبنم نزدیک شود، قطرات بسیار ریز آب روی سطح شکل می‌گیرند. اعمال رزین روی چنین سطحی می‌تواند چسبندگی و کیفیت عایق را کاهش دهد.

۲۸. نفوذ گاز در رزین

پلیمرها کاملاً غیرقابل نفوذ نسبت به همه گازها نیستند. گازها می‌توانند در حد مشخصی در ساختار پلیمر حل یا از آن عبور کنند. مقدار این نفوذپذیری به نوع پلیمر، دما، ضخامت، فشار و نوع گاز وابسته است.

—

۲۹. نفوذپذیری با وجود حباب متفاوت است

نباید نفوذ گاز در یک پلیمر را با وجود حباب داخلی یکی دانست. نفوذپذیری یک ویژگی انتقال جرم در ماده است. اما حباب یک فضای خالی مشخص در ساختار عایق است. این دو موضوع می‌توانند به یکدیگر مرتبط باشند، اما از نظر فنی یکسان نیستند.

برای خرید محصول کلیک کنید

۳۰. گاز محلول در رزین

ممکن است مقداری هوا یا گاز در رزین حل شده باشد. با تغییر دما یا فشار، بخشی از این گاز می‌تواند از حالت محلول خارج شود. در فرآیندهای دقیق، این رفتار باید در طراحی عملیات حباب‌زدایی مورد توجه قرار گیرد.

—

۳۱. دما و گاز محلول

افزایش دما می‌تواند حلالیت گازها را تغییر دهد. همزمان ویسکوزیته رزین نیز تغییر می‌کند. به همین دلیل کنترل دما در فرآیند حباب‌زدایی فقط برای روانروی نیست و می‌تواند بر رفتار گاز نیز اثر داشته باشد.

—

۳۲. فشار محیط

تغییر فشار محیط اطراف رزین می‌تواند اندازه و رفتار حباب‌ها را تغییر دهد. در فرآیندهای خلأ، این موضوع کاملاً محسوس است. بنابراین اعمال خلأ باید به صورت کنترل‌شده و متناسب با سیستم انجام شود.

—

۳۳. پخت و حباب

پس از شروع ژل شدن، حرکت رزین به‌شدت محدودتر می‌شود. اگر حباب تا آن زمان خارج نشده باشد، احتمال محبوس‌شدن آن افزایش می‌یابد. به همین علت زمان‌بندی اختلاط، حباب‌زدایی و اعمال رزین اهمیت زیادی دارد.

—

۳۴. گرمای واکنش

واکنش پخت اپوکسی می‌تواند گرما تولید کند. افزایش دما ممکن است باعث تغییر ویسکوزیته و همچنین تغییر رفتار حباب‌های موجود شود. در مقاطع ضخیم، این مسئله اهمیت بیشتری پیدا می‌کند.

—

۳۵. انبساط گاز

با افزایش دما، گاز داخل حباب می‌تواند منبسط شود. اگر رزین در حال ژل‌شدن باشد، این انبساط ممکن است شکل یا اندازه نقص داخلی را تغییر دهد. کنترل فرآیند حرارتی یکی از راه‌های کاهش این ریسک است.

—

۳۶. تخلخل و استقامت دی‌الکتریک

نمی‌توان گفت هر مقدار مشخصی از تخلخل الزاماً به یک کاهش مشخص در ولتاژ شکست منجر می‌شود. مقدار اثر به اندازه، شکل، موقعیت، تعداد حفره‌ها، هندسه الکترود و شرایط آزمون وابسته است. بنابراین برای تعیین اثر واقعی تخلخل، آزمون مناسب ضروری است.

—

۳۷. تخلخل و مقاومت عایقی

حفره‌ها ممکن است در شرایط خاص بر جریان نشتی یا رفتار عایقی اثر بگذارند. اما رابطه میان درصد تخلخل و مقاومت عایقی نیز یک رابطه ساده و عمومی نیست. محل قرارگیری حفره و وجود رطوبت یا آلودگی می‌تواند اهمیت زیادی داشته باشد.

—

۳۸. تخلخل و پیرشدگی

حفره‌ای که در ابتدای عمر مشکل جدی ایجاد نمی‌کند، ممکن است در اثر سیکل حرارتی، رطوبت یا تخلیه جزئی به نقطه آسیب تبدیل شود. بنابراین کیفیت اولیه عایق باید با نگاه به دوام بلندمدت ارزیابی شود.

—

۳۹. روش‌های تشخیص تخلخل

روش تشخیص باید با نوع قطعه و اندازه نقص متناسب باشد. در موارد مختلف می‌توان از روش‌هایی مانند:

– بازرسی ظاهری؛

– مقطع‌برداری از نمونه؛

– تصویربرداری مناسب؛

– روش‌های آکوستیکی؛

– آزمون‌های الکتریکی؛

– و آزمون‌های تخصصی غیرمخرب

استفاده کرد. هیچ روش واحدی برای تمام قطعات و تمام اندازه‌های حفره مناسب نیست.

—

۴۰. بازرسی ظاهری

بازرسی ظاهری نخستین مرحله کنترل کیفیت است. وجود سوراخ، حباب سطحی، ترک، فرورفتگی یا تغییر غیرعادی سطح باید ثبت شود. اما سالم بودن ظاهر به معنی نبود نقص داخلی نیست.

—

۴۱. آزمون تخلیه جزئی

در تجهیزات مناسب، آزمون تخلیه جزئی می‌تواند اطلاعات ارزشمندی درباره وجود برخی ناپیوستگی‌های الکتریکی فراهم کند. این آزمون به‌ویژه زمانی اهمیت پیدا می‌کند که احتمال وجود حفره داخلی مطرح باشد. تفسیر نتیجه نیز باید با توجه به نویز، هندسه و شرایط آزمون انجام شود.

—

۴۲. آزمون ولتاژ تحمل

آزمون ولتاژ تحمل می‌تواند توانایی نمونه یا تجهیز را در برابر یک سطح مشخص ولتاژ طی زمان معین بررسی کند. این آزمون با آزمون ولتاژ شکست یکسان نیست. نتیجه هرکدام باید دقیقاً با شرایط آزمون خودش گزارش شود.

—

۴۳. نمونه شاهد

یکی از روش‌های مفید کنترل فرآیند، تهیه نمونه شاهد با همان مواد و شرایط اجرای واقعی است. نمونه شاهد می‌تواند برای بررسی پخت، ظاهر، چسبندگی و در صورت نیاز آزمون‌های الکتریکی یا مکانیکی استفاده شود.

—

۴۴. ثبت شرایط اجرا

در پروژه‌های حساس، ثبت اطلاعاتی مانند:

شماره بچ مواد؛

– دمای محیط؛

– رطوبت؛

– نسبت اختلاط؛

– زمان اختلاط؛

– زمان اعمال؛

– ضخامت؛

– و شرایط پخت

می‌تواند برای ردیابی کیفیت بسیار مفید باشد.

—

۴۵. اشتباه رایج؛ هم‌زدن بیشتر

یکی از برداشت‌های نادرست این است که برای یکنواخت‌شدن بیشتر باید رزین را بسیار شدید و طولانی هم زد. در حالی که هم‌زدن شدید می‌تواند هوای بیشتری وارد مخلوط کند. هدف، رسیدن به اختلاط یکنواخت با کمترین میزان هوای محبوس است.

—

۴۶. اشتباه رایج؛ گرم‌کردن بیش از حد

گرم کردن رزین برای کاهش ویسکوزیته ممکن است در برخی فرآیندها مفید باشد، اما افزایش بیش از حد دما می‌تواند زمان کارپذیری و سرعت پخت را تغییر دهد. بنابراین دما باید بر اساس دستورالعمل واقعی محصول کنترل شود.

—

۴۷. اشتباه رایج؛ ضخامت زیاد در یک مرحله

اعمال مقدار زیادی رزین در یک مرحله ممکن است کنترل حباب و گرمای پخت را دشوار کند. در کاربردهای حساس، روش اجرای مرحله‌ای می‌تواند گزینه مناسبی باشد؛ البته تنها در صورتی که با سیستم رزینی مورد استفاده سازگار باشد.

—

۴۸. رزین اپوکسی عایق برق پادنار 8119

در مورد رزین اپوکسی عایق برق پادنار 8119، داده‌های عددی موجود در این دانشنامه مربوط به آزمون‌های الکتریکی مشخص روی نمونه یک میلی‌متری است. این داده‌ها به تنهایی میزان تخلخل مجاز، تعداد حباب قابل قبول، روش خلأ، فشار مناسب یا شرایط اختصاصی حباب‌زدایی این محصول را تعیین نمی‌کنند. بنابراین برای اجرای صنعتی 8119 باید نسبت اختلاط، ویسکوزیته، زمان کارپذیری، شرایط پخت و هرگونه دستورالعمل حباب‌زدایی از مستندات فنی رسمی همان محصول یا آزمون عملی تأیید شود.

—

۴۹. یک فرآیند منطقی برای کاهش حباب

برای یک فرآیند کنترل‌شده می‌توان این ترتیب کلی را در نظر گرفت:

بررسی مواد → آماده‌سازی سطح → کنترل دما و رطوبت → اختلاط صحیح → کاهش هوای محبوس → اعمال مناسب → کنترل مسیر خروج هوا → پخت کنترل‌شده → بازرسی → آزمون نهایی

این ترتیب یک چارچوب عمومی است و پارامترهای دقیق آن باید بر اساس نوع رزین و کاربرد تعیین شوند.

—

۵۰. جمع‌بندی

حباب و تخلخل از مهم‌ترین نقص‌هایی هستند که می‌توانند کیفیت یک عایق رزینی را تحت تأثیر قرار دهند. این نقص‌ها ممکن است در زمان اختلاط ایجاد شوند یا در هنگام اعمال، پر کردن حفره‌ها و محفظه‌ها و حتی در اثر خروج نامناسب گاز در زمان پخت شکل بگیرند.‌ از دیدگاه الکتریکی، وجود یک فضای گازی درون یا کنار رزین می‌تواند توزیع میدان را تغییر دهد و در شرایط مناسب زمینه تخلیه جزئی را فراهم کند. از دیدگاه مکانیکی نیز همین حفره می‌تواند محل تمرکز تنش باشد. کنترل حباب بنابراین یک عملیات جانبی نیست؛ بلکه بخشی از فرآیند اصلی تولید یا اجرای عایق الکتریکی محسوب می‌شود.

استفاده از خلأ، کنترل ویسکوزیته، اختلاط صحیح، طراحی مناسب مسیر جریان، جلوگیری از رطوبت، کنترل زمان کارپذیری و بررسی نمونه شاهد از جمله ابزارهایی هستند که می‌توانند به کاهش تخلخل کمک کنند. با این حال، هیچ روش واحدی را نمی‌توان برای همه رزین‌ها و همه تجهیزات تجویز کرد. شرایط دقیق باید بر اساس فرمولاسیون، هندسه قطعه، ضخامت، روش اعمال، نوع زیرلایه و الزامات الکتریکی تعیین شود. در مورد رزین اپوکسی عایق برق پادنار 8119 نیز باید میان داده‌های آزمون الکتریکی موجود و پارامترهای فرآیند حباب‌زدایی یا میزان تخلخل مجاز تفکیک قائل شد. برای بیان عدد یا دستورالعمل اختصاصی در این زمینه، مستندات فنی یا آزمون اختصاصی مورد نیاز است.

برای خرید محصول کلیک کنید