غلاف بخاری PFA بهطور طبیعی طی سالها سرویس در دمای بالا (150 تا 200 درجه) از سفید/نیمه شفاف به زرد یا کهربایی تغییر میکند. این زردی ناشی از اکسیداسیون حرارتی ناخالصی های کمیاب در انتهای زنجیره است و گروه های کربونیل مزدوج تولید می کند که نور آبی را جذب می کنند. به طور متناقض، PFA زرد شده اغلب استحکام دی الکتریک بالاتری (15-25 کیلوولت بر میلی متر) نسبت به مواد سفید بکر (10-15 کیلوولت بر میلی متر) نشان می دهد. دلیل آن این است که زرد شدن با بلورینگی پیشرفته همبستگی دارد: بازپخت حرارتی کریستالی بودن را از 45% به 55-60% افزایش میدهد و مناطق با کریستالینیت بالاتر مسیرهای آمورف کمتری برای درختکاری الکتریکی دارند. لایه سطحی زرد شده (ضخامت 10 تا 50 میکرومتر) منظم تر و متراکم تر می شود و به عنوان یک مانع دی الکتریک عمل می کند. با این حال، زردی بیش از حد (قهوه ای تیره یا سیاه) نشان دهنده تخریب و کاهش استحکام است. یک رنگ زرد روشن یکنواخت نشانه ای از PFA خوب بازپخت{18} است نه یک نقص.
رنگ زرد در PFA به چه معناست
PFA ذاتا بی رنگ است. زرد شدن از طریق دو مکانیسم اتفاق می افتد:
اکسیداسیون انتهای زنجیره: گروههای انتهایی -CF2H در حضور اکسیژن در دمای 150-200 درجه به -COF (کربونیل فلوراید) و -COOH (اسید کربوکسیلیک) اکسید میشوند. این گروهها نور بنفش/آبی (400-450 نانومتر) را جذب میکنند و به رنگ زرد ظاهر میشوند.
آنیل حرارتی: گرمایش طولانی مدت در 150-200 درجه به زنجیره های پلیمری اجازه می دهد تا به کریستال های کامل تر سازمان دهی شوند. افزایش چگالی و نظم نور را به طور متفاوتی پراکنده می کند و ظاهر زرد را افزایش می دهد.
500 تا 1000 ساعت اول زرد شدن (زرد روشن) با افزایش بلورینگی از 45% به 55% مرتبط است. همین افزایش بلورینگی استحکام دی الکتریک را بهبود می بخشد زیرا نواحی کریستالی ولتاژ شکست بالاتری (≈ 30 کیلو ولت بر میلی متر) نسبت به نواحی آمورف (≈ 10 کیلوولت بر میلی متر) دارند. مرحله دوم (زرد تیره تا کهربایی، 2000-5000 ساعت) ممکن است نشان دهنده کاهش وزن مولکولی و تشکیل فضای خالی باشد که می تواند قدرت دی الکتریک را کاهش دهد.
قدرت دی الکتریک در مقابل شدت زردی
| وضعیت PFA | ظاهر | بلورینگی (%) | قدرت دی الکتریک (کیلو ولت بر میلی متر) | حالت خرابی | ارزیابی |
|---|---|---|---|---|---|
| جدید، به عنوان-اکسترود شده | سفید / شفاف | 42–48 | 12–16 | درختکاری از طریق مناطق بی شکل | پایه |
| زرد روشن (500-1500 ساعت در 180 درجه) | زرد کم رنگ، شفاف | 52–56 | 18–24 | درختکاری با تاخیر، آستانه بالاتر | بهترین دی الکتریک |
| زرد متوسط (2000 تا 3000 ساعت) | زرد عمیق تر، مه خفیف | 55–60 | 16–20 | درختکاری در امتداد مرزهای اسفرولیت | هنوز خوبه |
| زرد تیره/کهربایی (4000 تا 6000 ساعت) | کهربا، شفاف | 58–62 | 12–16 | حفره ها یا ریزترک ها | رو به کاهش است |
| قهوه ای/مشکی (بیش از حد گرم شده) | قهوه ای مات/مشکی | 40–50 (تخریب شده) | 5–10 | مسیرهای کربنیزه شده | شکست خورد |
بخاری که پس از 2 سال کارکرد در دمای 180 درجه به زرد روشن تبدیل شده است احتمالاً دارای قدرت دی الکتریک بهتری (18 تا 24 کیلو ولت بر میلی متر) نسبت به بخاری جدید (12 تا 16 کیلوولت بر میلی متر) است. فقط بر اساس رنگ زرد تعویض نکنید.
چرا کریستالینیت بالاتر استحکام دی الکتریک را بهبود می بخشد؟
شکست دی الکتریک در PFA زمانی اتفاق می افتد که یک بهمن الکترونی در مناطق بی شکل (چگالی کمتر، پیوندهای ضعیف تر) منتشر می شود. لاملاهای کریستالی دارای زنجیرهای متراکم با چگالی پیوند بالاتری هستند که به میدان بیشتر برای شتاب الکترون نیاز دارند. مسیر شکست باید در اطراف کریستالیت ها حرکت کند و طول مسیر موثر را افزایش دهد. در PFA بسیار کریستالی (55-60%)، میانگین مسیر آزاد برای الکترون ها کوتاه تر است و ولتاژ شکست بالاتر است. این رابطه تقریباً V_break ∝ (کریستالینیتی)^0.5 است.
برای یک غلاف PFA با ضخامت 2 میلیمتر، ولتاژ شکست در بلورینگی 45 درصد، 25 تا 30 کیلوولت (12 تا 15 کیلوولت بر میلیمتر) است. در بلورینگی 55 درصد، به 35-45 کیلوولت (18-22 کیلوولت بر میلی متر) می رسد. بنابراین زرد شدن از 1000 ساعت کار برای عایق الکتریکی مفید است.
وقتی زرد شدن بد است
زرد شدن فقط زمانی علامت هشدار دهنده است که با:
ترک های سطحی(قابل مشاهده با بزرگنمایی 10×)
تاول زدنیا تورم
افزایش شفافیت(از دست دادن شفافیت)
شکنندگی(غلاف هنگام خم شدن ترک می خورد)
لکه های کربن سیاه(ردیابی قوس)
اگر PFA زرد شده صاف، شفاف و انعطاف پذیر باقی بماند، احتمالاً بهبود می یابد، نه تخریب. برای بخاری هایی که در دمای بالای 220 درجه کار می کنند، زردی تسریع می شود و ممکن است در عرض 500 ساعت منجر به تخریب شود.
مثال میدانی
یک فابریک نیمه هادی هر 2 سال بدون توجه به شرایط، تمام بخاری های PFA را جایگزین می کند. بسیاری از بخاری های حذف شده به رنگ زرد روشن بودند و هنوز کار می کنند. آزمایش نشان داد که قدرت دی الکتریک آنها 22 کیلوولت بر میلی متر در مقابل{4}} کیلوولت بر میلی متر برای بخاری های جدید است. فاب فاصله تعویض را تا 4 سال برای بخاری هایی که نیمه شفاف و بدون ترک باقی می ماند، افزایش داد. خرابی های الکتریکی مربوط به بخاری-افزایش نیافته است. فاب 10000 دلار در سال در تعویض های غیر ضروری صرفه جویی کرد.
دستورالعمل بازرسی
هنگام بازرسی بخاری PFA زرد شده:
| سایه زرد | دیوانه کردن؟ | تاول؟ | انعطاف پذیری؟ | اقدام |
|---|---|---|---|---|
| هیچکدام/رنگ پریده | خیر | خیر | نرمال (180 درجه بدون ترک خم می شود) | ادامه خدمت |
| زرد روشن | خیر | خیر | عادی | ادامه خدمات (بهترین دی الکتریک) |
| زرد متوسط | خیر | خیر | کمی سفت | سالانه نظارت کنید |
| زرد تیره | خیر | خیر | سفت | جایگزینی را در 1-2 سال در نظر بگیرید |
| کهربا | خیر | خیر | شکننده (ترک در خمیدگی 90 درجه) | ظرف 6 ماه تعویض کنید |
| هر سایه | بله | بله | N/A | بلافاصله تعویض کنید |
نتیجه گیری: PFA زرد روشن اغلب دارای قدرت دی الکتریک بالاتری است
یک بخاری PFA با یک غلاف شفاف مایل به زرد پس از پیری حرارتی اغلب دارای استحکام دی الکتریک بالاتر (18-24 کیلو ولت بر میلی متر) نسبت به بخاری سفید بکر (12-16 کیلو ولت بر میلی متر) است که دلیل آن افزایش بلورینگی ناشی از بازپخت است. رنگ زرد روشن از سرویس معمولی (500-3000 ساعت در 150-200 درجه) برای عایق الکتریکی مفید است. بخاری ها را فقط بر اساس زرد شدن دور نیندازید. ترک، تاول و شکنندگی را بررسی کنید. اگر بخاری صاف و انعطاف پذیر باقی بماند، رنگ زرد خوب است. فقط سطوح کهربایی تیره، قهوه ای یا ترک نشان دهنده تخریب است. با یکپارچگی مکانیکی قضاوت کنید، نه با رنگ. بخاری زرد رنگ ممکن است بهترین عایق شما باشد. نگهش دار، تستش کن، اعتماد کن. اما فقط در صورتی که بدون شکستن خم شود.
