Защо PFA нагревател с жълтеникава полупрозрачна обвивка може да има по-висока диелектрична якост от чисто бял?

След години на употреба при високи температури (150–200 градуса), обвивките на нагревателите от PFA естествено се променят от девствено бели/полупрозрачни на жълти или кехлибарени. Това жълто оцветяване възниква от термичното окисляване на следи от примеси в краищата на веригата, за да се получат спрегнати карбонилни групи, които абсорбират синя светлина. Парадоксално, пожълтелият PFA понякога има по-висока диелектрична якост (15–25 kV/mm) от девствения бял материал (10–15 kV/mm). Обяснението е, че пожълтяването е свързано с високата кристалност. Термичното отгряване повишава кристалността от 45% до 55-60%, а регионите с висока кристалност имат по-малко аморфни пътища за електрическо дървовидно дърво. Жълтеникавият повърхностен слой (с дебелина 10-50 μm) е по-организиран и плътен и действа като диелектрична бариера. Но твърде много пожълтяване (тъмно кафяво или черно) означава влошаване и по-ниска якост. Добре загрятият PFA не е дефектен. Равномерният бледожълт цвят е характерен за добре загрят PFA.

Пожълтяване в PFA: какво означава
PFA е естествено безцветен. Пожълтяването става чрез два механизма:

Крайно окисление на веригата: -CF2H крайните групи се окисляват до -COF (карбонил флуорид) и -COOH (карбоксилна киселина) в присъствието на кислород при 150-200 C. Тези групи абсорбират виолетова/синя светлина (400-450nm) и изглеждат жълти.

Термично отгряване. Полимерните вериги могат да се реорганизират в по-съвършени кристалити чрез нагряване при 150-200 градуса за дълги периоди. Те са по-плътни и по-подредени и разпръскват светлината по различен начин, което допринася за жълтия оттенък.

Пожълтяването (светло жълто) през първите 500–1000 часа съответства на повишаването на кристалността от 45% на 55%. Същото увеличение на кристалността подобрява и диелектричната якост, тъй като напрежението на пробив на кристалните области (≈ 30 kV/mm) е по-голямо от това на аморфните области (≈ 10 kV/mm). Вторият етап (тъмно жълто до кехлибарено, 2000–5000 часа) може да е знак за намаляване на молекулното тегло и създаване на празнини, които могат да намалят диелектричната якост.

Диелектрична якост спрямо степента на пожълтяване
PFA Състояние Външен вид Кристалност (%) Оценка на режима на пробив Диелектрична якост (kV/mm)
Ново, като екструдирано бяло/полупрозрачно 42-48 12-16 Дървовидно дърво чрез аморфни зони Основна линия
Светложълт (500-1500 часа при 180 градуса C) Бледожълт, прозрачен 52-56 18-24 Забавено разреждане, по-висок праг Най-добър диелектрик
Средно жълто (2 000–3 000 часа) Наситено жълто, лека мъгла 55–60 16–20 Насаждане на дървета по границите на сферолитаДобър
Тъмно жълто/кехлибарено (4 000–6 000 часа) Кехлибарено, прозрачно 58–62 12–16 Кухини или микропукнатини Намаляване
Кафяво/черно (прегрято) Непрозрачно кафяво/черно 40-50 (разградено) 5-10 Карбонизирани пътеки Неуспешни
Светложълтият нагревател след 2 години експлоатация при 180 градуса има много вероятно по-силна диелектрична якост (18-24 kV/mm) от нов нагревател (12-16 kV/mm). Не сменяйте само защото е жълт.

Защо по-високата кристалност е по-добра диелектрична якост
Диелектричното разпадане в PFA се дължи на електронна лавина, преминаваща през аморфни области (по-ниска плътност, по-слаби връзки). По-висока плътност на връзките в кристалните ламели Плътно опаковани вериги По-високо поле, необходимо за ускорение на електрони Пътят на разпадане трябва да бъде около кристалите, увеличавайки ефективната дължина на пътя. При силно кристален PFA (55-60%) средният свободен път на електроните е по-къс и напрежението на пробив е по-голямо. Отношението е V_break∝(кристалност)^0,5.

Пробивното напрежение за PFA обвивка с дебелина 2 mm при 45% кристалност е 25-30 kV (12-15 kV/mm). При 55% кристалност се повишава до 35-45kV (18-22kV/mm). Така че пожълтяването след 1000 работни часа е добро за електрическа изолация.

Когато пожълтяването не е добро
Пожълтяването е само предупредителен индикатор, когато е придружено от:

Повърхностни пукнатини (видими при 10x увеличение)

Подуване или образуване на мехури

Повишена непрозрачност (загуба на прозрачност)

Чупливост (пукнатини в обвивката при огъване)

Черни въглеродни петна (проследяване на дъга)

Ако PFA е пожълтяла, но остава полупрозрачна, гладка и гъвкава, вероятно е подобрена, а не влошена. За нагреватели, работещи над 220 градуса, пожълтяването се ускорява и може да причини повреда след 500 часа.

Пример за поле
В една фабрика за полупроводници сменяха всички PFA нагреватели на всеки 2 години, независимо от състоянието им. Много от изтеглените нагреватели бяха светложълти и работещи. Тестовете установиха, че тяхната диелектрична якост е 22 kV/mm срещу 14 kV/mm за новите нагреватели. Фабриката удължи времето за смяна на полупрозрачен, ненапукан нагревател до 4 години. Не се наблюдава увеличаване на електрическите проблеми,-свързани с нагревателя. Фабриката спестява $10 000 на година от над- замени.

Контролен списък за проверка
Когато погледнете пожълтял PFA нагревател:

Yellow Shade Mania? Блистер? Гъвкавост? Актьорство
Бледо/Няма Не Не Обикновено (може да се огъне на 180 градуса без напукване) Продължете да работите
Светло жълто Не Не Нормално Продължаване на услугата (най-добър диелектрик)
Жълто средно Не Не Донякъде твърдо Монитор всяка година
Тъмно жълт Не Не Твърд Може да се наложи да се смени след 1–2 години
Кехлибарен Не Не Чуплив (пукнатини при огъване на 90 градуса) Сменяйте на всеки 6 месеца
Всеки цвят Да Да N/A Заменете незабавно
Заключение Светло жълтият PFA често има по-висока диелектрична якост
Жълтеникава полупрозрачна обвивка в PFA нагревател след термично стареене често показва по-висока диелектрична якост (18–24 kV/mm), отколкото чисто бял нагревател (12–16 kV/mm). Това се дължи на повишената кристалност чрез отгряване. Светложълт цвят от типична работа (500-3000 часа при 150-200 градуса) е за предпочитане за електрическа изолация. Не отхвърляйте нагревателите само защото са пожълтели. Потърсете пукнатини, мехури, чупливост. Жълтото е добре, ако нагревателят остане гъвкав и гладък. Само тъмно кехлибарени, кафяви или начупени повърхности предполагат дегенерация. Съдете не по цвят, а по механична цялост. Нагревателят пожълтява най-добрият ви изолатор може да бъде. Доверете се. Запазете го. Тествайте го. Но само ако се огъне, а не се счупи.