اپوکسی عایق الکتریکی 87
فصل ۸۷ ـ فصل مشترک رزین اپوکسی عایق برق با فلز، سرامیک و مواد عایقی؛ چسبندگی، میدان الکتریکی و عیوب بین‌سطحی
جهت مشاوره رایگان تماس بگیرید 09221696509
مقدمه
در بسیاری از تجهیزات الکتریکی، رزین اپوکسی به‌تنهایی وجود ندارد. این ماده معمولاً در کنار فلز، سرامیک، چینی، پلیمر، کابل، هادی یا سایر مواد عایقی قرار می‌گیرد. در چنین ساختاری، عملکرد عایق فقط به خواص خود رزین وابسته نیست. فصل مشترک بین دو ماده نیز می‌تواند نقش تعیین‌کننده‌ای داشته باشد. یک رزین با استقامت دی‌الکتریک مناسب، اگر به‌درستی به زیرلایه نچسبد، ممکن است در اثر رطوبت، تغییرات دما یا ارتعاش دچار جداشدگی شود. از طرف دیگر، حتی اگر چسبندگی مکانیکی مناسب باشد، وجود یک حفره بسیار کوچک در فصل مشترک می‌تواند از نظر الکتریکی اهمیت پیدا کند.
برای خرید محصول کلیک کنید
۱. فصل مشترک چیست؟
فصل مشترک یا Interface ناحیه‌ای است که دو ماده متفاوت در آن با یکدیگر تماس دارند. برای رزین اپوکسی عایق برق، این ناحیه ممکن است بین:
– اپوکسی و فولاد؛
– اپوکسی و مس؛
– اپوکسی و آلومینیوم؛
– اپوکسی و سرامیک؛
– اپوکسی و چینی؛
– اپوکسی و پلاستیک؛
– یا دو لایه متفاوت رزینی
قرار داشته باشد.
—
۲. چرا فصل مشترک اهمیت دارد؟
خواص دو ماده در فصل مشترک به‌طور کامل مانند خواص توده‌ای آنها نیست. در این ناحیه عواملی مانند:
– چسبندگی؛
– زبری سطح؛
– رطوبت؛
– آلودگی؛
– اختلاف ضریب انبساط حرارتی؛
– تفاوت خواص دی‌الکتریک؛
– و وجود حفره
اهمیت پیدا می‌کنند.
—
۳. چسبندگی فقط یک ویژگی مکانیکی نیست
در عایق‌های الکتریکی، چسبندگی مناسب فقط برای جلوگیری از جداشدن رزین اهمیت ندارد. جداشدگی می‌تواند فضای خالی ایجاد کند و فضای خالی نیز ممکن است از نظر میدان الکتریکی حساس باشد. بنابراین چسبندگی خوب می‌تواند به حفظ یکپارچگی مکانیکی و الکتریکی ساختار کمک کند.
—
۴. فصل مشترک رزین و فلز
فلزات متداول در تجهیزات برق شامل مس، آلومینیوم، فولاد و آلیاژهای مختلف هستند. هر یک از این فلزات دارای ویژگی سطحی متفاوتی هستند و روش آماده‌سازی آنها نیز الزاماً یکسان نیست.
—
۵. سطح مس
مس به دلیل کاربرد گسترده در هادی‌ها و اتصالات، یکی از زیرلایه‌های مهم برای رزین‌های عایق است. تمیزی سطح، وجود اکسیدها، چربی، گردوغبار و مواد باقی‌مانده از فرآیند تولید می‌تواند بر چسبندگی اثر بگذارد.
—
۶. آلومینیوم
آلومینیوم به‌سرعت یک لایه اکسیدی روی سطح خود ایجاد می‌کند. بنابراین در کاربردهایی که رزین باید به آلومینیوم متصل شود، وضعیت لایه سطحی و روش آماده‌سازی باید به‌صورت اختصاصی بررسی شود.
—
۷. فولاد
سطح فولاد ممکن است دارای زنگ‌زدگی، روغن، چربی، گردوغبار یا محصولات اکسیداسیون باشد. اجرای رزین روی چنین سطحی بدون آماده‌سازی مناسب می‌تواند باعث کاهش چسبندگی شود.
—
۸. زبری سطح
زبری کنترل‌شده می‌تواند در ایجاد اتصال مکانیکی مؤثر باشد. اما زبری بیش از حد نیز ممکن است مشکلاتی ایجاد کند؛ برای مثال رزین ممکن است نتواند به‌خوبی داخل فرورفتگی‌ها نفوذ کند و در برخی نقاط حفره باقی بماند. بنابراین هدف، صرفاً «هرچه زبرتر بهتر» نیست.
—
۹. انرژی سطحی
خیس‌شوندگی مناسب سطح برای ایجاد تماس مؤثر بین رزین و زیرلایه اهمیت دارد. اگر رزین روی سطح جمع شود و به‌خوبی پخش نشود، احتمال باقی‌ماندن نواحی بدون تماس یا حفره افزایش پیدا می‌کند.
—
۱۰. آلودگی سطح
چربی، روغن، گردوغبار، نمک، رطوبت و مواد شیمیایی باقی‌مانده می‌توانند کیفیت فصل مشترک را کاهش دهند. حتی یک لایه بسیار نازک از آلودگی ممکن است باعث شود اتصال واقعی رزین به زیرلایه بسیار کمتر از مقدار مورد انتظار باشد.
—
۱۱. رطوبت در فصل مشترک
وجود آب بین رزین و زیرلایه می‌تواند یکی از عوامل مهم کاهش چسبندگی باشد. مشکل زمانی جدی‌تر می‌شود که آب در حفره‌های بسیار کوچک یا نواحی جداشده باقی بماند.
—
۱۲. نقطه شبنم
در زمان اجرای رزین، دمای سطح باید نسبت به شرایط محیطی مناسب باشد. اگر سطح به نقطه شبنم نزدیک باشد، احتمال تشکیل لایه بسیار نازک رطوبت روی آن وجود دارد؛ لایه‌ای که ممکن است با چشم دیده نشود.
—
۱۳. فصل مشترک و سیکل حرارتی
رزین و فلز معمولاً ضریب انبساط حرارتی یکسانی ندارند. با افزایش دما، هر ماده به مقدار متفاوتی منبسط می‌شود. با کاهش دما نیز همین اختلاف می‌تواند باعث ایجاد تنش در فصل مشترک شود.
—
۱۴. ضریب انبساط حرارتی متفاوت
فرض کنید یک قطعه فلزی با لایه‌ای از اپوکسی پوشانده شده است. هنگام گرم شدن، فلز و رزین تمایل دارند تغییر ابعاد متفاوتی داشته باشند. اگر اتصال کاملاً مقید باشد، این اختلاف می‌تواند به تنش‌های داخلی منجر شود.
—
۱۵. تنش پسماند
حتی پس از پایان پخت، ممکن است در ساختار رزین تنش‌هایی باقی بماند. این تنش‌ها می‌توانند ناشی از جمع‌شدگی پخت، اختلاف انبساط حرارتی یا شرایط فرآیند باشند.
—
۱۶. ترک در فصل مشترک
اگر تنش از ظرفیت تحمل سیستم عبور کند، ممکن است ریزترک ایجاد شود. ترک ممکن است در خود رزین یا دقیقاً در فصل مشترک ایجاد شود. تشخیص محل شکست برای اصلاح فرآیند بسیار مهم است.
—
۱۷. شکست چسبنده و شکست درون‌رزینی
در آزمون چسبندگی، باید مشخص شود شکست در کجا رخ داده است. اگر رزین از سطح جدا شود، مسئله می‌تواند مربوط به اتصال باشد. اگر خود رزین از داخل پاره شود و بخشی از آن روی سطح باقی بماند، ممکن است استحکام درون‌رزینی کمتر از استحکام اتصال نباشد و مکانیزم شکست متفاوت باشد.
—
۱۸. فصل مشترک و میدان الکتریکی
وجود دو ماده با خواص دی‌الکتریک متفاوت می‌تواند توزیع میدان را تغییر دهد. در نتیجه طراحی الکتریکی نباید فقط خواص توده‌ای رزین را در نظر بگیرد.
—
۱۹. تفاوت گذردهی الکتریکی
اگر دو ماده دارای گذردهی نسبی متفاوت باشند، توزیع میدان در مجاورت آنها می‌تواند تغییر کند. هندسه فصل مشترک نیز در این مسئله اهمیت دارد.
—
۲۰. حفره در فصل مشترک
یکی از حساس‌ترین عیوب، حفره بین رزین و زیرلایه است. حفره ممکن است به دلیل:
– خیس‌نشدن مناسب؛
– هوای محبوس؛
– آلودگی؛
– جمع‌شدگی؛
– یا جداشدگی بعدی
ایجاد شود.
—
۲۱. حفره و تخلیه جزئی
اگر حفره شرایط لازم را داشته باشد، می‌تواند محل وقوع تخلیه جزئی باشد. تکرار تخلیه‌های موضعی ممکن است به مرور ساختار عایق را تحت تأثیر قرار دهد.
—
۲۲. حفره نزدیک الکترود
حفره‌ای که در نزدیکی هادی یا الکترود قرار دارد، می‌تواند اهمیت بیشتری پیدا کند. زیرا میدان الکتریکی در آن ناحیه ممکن است نسبت به بخش‌های دورتر شدیدتر باشد.
—
۲۳. گوشه‌های فلزی
گوشه‌های تیز فلز می‌توانند میدان الکتریکی را متمرکز کنند. اگر رزین نیز در همان نقطه دارای ضخامت نامنظم یا حفره باشد، شرایط پیچیده‌تر می‌شود.
—
۲۴. شعاع انحنا
افزایش مناسب شعاع گوشه‌ها می‌تواند به کاهش تمرکز میدان کمک کند. این موضوع یکی از مواردی است که باید پیش از اجرای رزین در طراحی قطعه مورد توجه قرار گیرد.
—
۲۵. اتصالات و ترمینال‌ها
محل اتصال هادی‌ها معمولاً از نقاط حساس سیستم عایقی است. در این نواحی هم هندسه فلز پیچیده‌تر است و هم امکان تمرکز تنش مکانیکی و الکتریکی وجود دارد.
برای خرید محصول کلیک کنید
۲۶. پیچ و مهره در فصل مشترک
پیچ‌ها می‌توانند فشار مکانیکی ایجاد کنند. اگر رزین اطراف آنها به‌درستی اجرا نشده باشد، فضای خالی یا ترک ممکن است در طول زمان ایجاد شود.
—
۲۷. سرامیک و چینی
رزین‌های اپوکسی در برخی ساختارهای عایقی در مجاورت سرامیک یا چینی قرار می‌گیرند. سطح این مواد ممکن است صاف، زبر، لعاب‌دار یا دارای آلودگی باشد و روش آماده‌سازی باید بر اساس جنس واقعی زیرلایه انتخاب شود.
—
۲۸. لعاب سرامیکی
در سرامیک‌های لعاب‌دار، اتصال رزین با سطح لعاب با اتصال مستقیم به سرامیک بدون لعاب یکسان نیست. بنابراین نباید دستور آماده‌سازی یک زیرلایه را بدون آزمون به تمام انواع سرامیک تعمیم داد.
—
۲۹. پلیمرها و پلاستیک‌ها
اتصال اپوکسی به پلاستیک می‌تواند از نظر شیمیایی و مکانیکی متفاوت از اتصال به فلز باشد. انرژی سطح، انعطاف‌پذیری، زبری و حساسیت ماده به حلال‌ها از عواملی هستند که باید بررسی شوند.
—
۳۰. کابل و مواد عایقی مجاور
در برخی کاربردها رزین در کنار عایق کابل یا مواد پلیمری دیگر قرار می‌گیرد. در این وضعیت، سازگاری شیمیایی و حرارتی دو ماده اهمیت زیادی دارد.
—
۳۱. لایه قدیمی رزین
گاهی قرار است رزین جدید روی لایه قدیمی اعمال شود. در چنین شرایطی، تمیزی، میزان چسبندگی لایه قبلی، میزان پخت و وضعیت سطح باید مشخص شود.
—
۳۲. پخت لایه قبلی
اگر لایه قدیمی کاملاً پخته شده باشد، رفتار اتصال لایه جدید با حالتی که لایه قبلی هنوز در مرحله مناسب برای اتصال بین‌لایه‌ای است متفاوت خواهد بود. بنابراین زمان‌بندی اجرای لایه‌ها اهمیت دارد.
—
۳۳. مواد آب‌بندی و چسب‌ها
در برخی تجهیزات از چسب یا درزگیر در کنار رزین استفاده می‌شود. مواد مجاور ممکن است از نظر شیمیایی با اپوکسی سازگار نباشند یا در اثر دما مواد فرار آزاد کنند.
—
۳۴. مهاجرت مواد
برخی مواد موجود در یک لایه ممکن است در طول زمان به لایه مجاور مهاجرت کنند. این مسئله می‌تواند خواص سطحی، چسبندگی یا رفتار الکتریکی را تغییر دهد.
—
۳۵. اثر حلال‌ها
استفاده از حلال یا رقیق‌کننده نامناسب می‌تواند خواص رزین را تغییر دهد. به‌خصوص در عایق‌های الکتریکی، تغییر در پخت، ایجاد حفره یا باقی‌ماندن ماده فرار می‌تواند اهمیت زیادی داشته باشد.
—
۳۶. فیلرها و فصل مشترک
در رزین‌های پرشده، علاوه بر فصل مشترک رزین و زیرلایه، فصل مشترک بین ذرات فیلر و ماتریس رزینی نیز وجود دارد. کیفیت پراکنش و اتصال این اجزا می‌تواند بر خواص نهایی اثر بگذارد.
—
۳۷. تجمع ذرات
اگر فیلر یا نانوذرات به‌خوبی پراکنده نشوند، تجمع ذرات می‌تواند ایجاد شود. این تجمع ممکن است بر رفتار مکانیکی، حرارتی و دی‌الکتریک کامپوزیت اثر بگذارد.
—
۳۸. عیب‌های بین‌سطحی پنهان
تمام عیوب با چشم دیده نمی‌شوند. ممکن است یک پوشش از نظر ظاهری کاملاً سالم باشد، اما در زیر سطح آن جداشدگی یا حفره وجود داشته باشد. به همین دلیل در کاربردهای حساس، آزمون‌های تکمیلی اهمیت پیدا می‌کنند.
—
۳۹. روش‌های بررسی فصل مشترک
بسته به نوع قطعه می‌توان از روش‌هایی مانند:
– بازرسی ظاهری؛
– آزمون چسبندگی؛
– مقطع‌برداری؛
– میکروسکوپی؛
– آزمون‌های الکتریکی؛
– آزمون تخلیه جزئی؛
– و روش‌های غیرمخرب مناسب
استفاده کرد. انتخاب روش باید بر اساس ساختار واقعی قطعه و هدف آزمون انجام شود.
—
۴۰. آزمون حرارتی پس از اجرا
یکی از روش‌های مفید برای بررسی دوام فصل مشترک، قرار دادن نمونه در سیکل‌های حرارتی و سپس بررسی چسبندگی و خواص الکتریکی است. اگر پس از سیکل حرارتی جداشدگی ایجاد شود، باید علت آن مشخص شود.
—
۴۱. آزمون رطوبتی
قرار دادن نمونه در شرایط رطوبتی کنترل‌شده می‌تواند برای بررسی اثر آب و رطوبت بر فصل مشترک مفید باشد. مقایسه نمونه قبل و بعد از آزمون اطلاعات ارزشمندی فراهم می‌کند.
—
۴۲. آزمون ترکیبی
برای کاربردهای حساس می‌توان آزمون‌های ترکیبی طراحی کرد. برای مثال:
سیکل حرارتی + رطوبت + تنش الکتریکی
یا: ارتعاش + سیکل حرارتی + آزمون الکتریکی
این نوع آزمون‌ها به شرایط واقعی نزدیک‌تر هستند، هرچند طراحی و تفسیر آنها باید تخصصی باشد.
—
۴۳. آماده‌سازی سطح قبل از اجرای رزین
یک فرآیند مناسب معمولاً شامل شناسایی زیرلایه، پاک‌سازی، آماده‌سازی سطح و کنترل شرایط محیطی است. اما روش دقیق آماده‌سازی باید متناسب با جنس واقعی سطح انتخاب شود.
—
۴۴. تمیزی ابزار
ابزار آلوده می‌تواند آلودگی را به سطح انتقال دهد. این مسئله به‌خصوص در عایق‌های الکتریکی حساس است؛ زیرا ذرات رسانا یا مواد یونی می‌توانند اثر نامطلوبی بر عملکرد عایقی داشته باشند.
—
۴۵. کنترل ضخامت
ضخامت رزین باید یکنواخت باشد. ضخامت بسیار کم ممکن است حفاظت مورد انتظار را فراهم نکند و ضخامت بسیار زیاد نیز می‌تواند مسائل مربوط به پخت، گرمای واکنش و تنش داخلی را افزایش دهد. بنابراین ضخامت باید بر اساس طراحی و دستورالعمل فنی تعیین شود.
—
۴۶. گوشه‌ها و نواحی دشوار
در گوشه‌ها، سوراخ‌ها، شیارها و اطراف پیچ‌ها باید توجه بیشتری به خیس‌شوندگی و حذف حباب شود. این نقاط معمولاً از نظر فرآیند اجرا نیز دشوارتر هستند.
—
۴۷. کنترل حباب
رزین باید به‌گونه‌ای اجرا شود که احتمال باقی‌ماندن هوای محبوس کاهش یابد. روش‌های حباب‌زدایی، خلأ یا فشار، در صورت مناسب بودن برای سیستم رزینی، می‌توانند مورد استفاده قرار گیرند؛ اما پارامتر دقیق آنها باید از دستورالعمل همان محصول یا آزمون معتبر تعیین شود.
—
۴۸. کنترل کیفیت فصل مشترک
کنترل کیفیت بهتر است فقط در پایان کار انجام نشود. می‌توان مراحل مختلف را کنترل کرد: زیرلایه → آماده‌سازی → اختلاط → اعمال → پخت → بازرسی → آزمون نهایی
این رویکرد احتمال انتقال یک خطای اولیه به مرحله نهایی را کاهش می‌دهد.
—
۴۹. رزین اپوکسی پادنار 8119
در مورد رزین اپوکسی عایق برق پادنار 8119، اطلاعات آزمون ارائه‌شده شامل نتایج ولتاژ شکست و ولتاژ تحمل نمونه یک میلی‌متری در شرایط خشک و مرطوب است. این اطلاعات برای توصیف همان شرایط آزمون قابل استفاده است، اما برای ادعای چسبندگی مشخص به فلز، سرامیک یا زیرلایه‌های مختلف، باید داده آزمایشگاهی یا مستند فنی مربوط به همان زیرلایه وجود داشته باشد. همچنین نتایج یک آزمون الکتریکی را نباید مستقیماً به عمر کاری، مقاومت در برابر سیکل حرارتی یا دوام فصل مشترک تعمیم داد.
—
۵۰. جمع‌بندی
فصل مشترک رزین اپوکسی با فلز، سرامیک، چینی، پلاستیک یا سایر مواد، یکی از حساس‌ترین بخش‌های یک سیستم عایقی است. ممکن است خود رزین از نظر الکتریکی عملکرد مناسبی داشته باشد، اما وجود یک لایه آلودگی، رطوبت، حفره یا جداشدگی در مرز دو ماده، عملکرد کل ساختار را تحت تأثیر قرار دهد. از طرف دیگر، اختلاف ضریب انبساط حرارتی، تنش مکانیکی، ارتعاش و میدان الکتریکی می‌توانند به‌صورت هم‌زمان بر این ناحیه اثر بگذارند.
بنابراین در اجرای رزین اپوکسی عایق برق باید به جای تمرکز صرف بر خود ماده، کل سیستم شامل رزین، زیرلایه، فصل مشترک، هندسه، شرایط محیطی و تنش‌های الکتریکی و مکانیکی مورد توجه قرار گیرد. در کاربردهای حساس، آزمون روی نمونه‌ای که دقیقاً از همان جنس زیرلایه، هندسه، ضخامت و فرآیند اجرایی برخوردار باشد، ارزش بیشتری از یک عدد عمومی مربوط به رزین دارد. هدف نهایی، ایجاد یک ساختار یکپارچه، بدون حفره و با چسبندگی مناسب است؛ ساختاری که بتواند شرایط واقعی سرویس را با حاشیه اطمینان مناسب تحمل کند.
۰ دیدگاه