PFA-lämmittimen vaipat vaihtavat luonnollisesti väriä koskemattoman valkoisesta/läpinäkyvästä kellertäväksi tai kullanruskeaksi vuosien aikana korkeassa{0}}lämpötiloissa (150–200 astetta). Tämä kellastuminen johtuu epäpuhtauksien hiven hapettumisesta ketjun päissä, jolloin muodostuu konjugoituja karbonyyliryhmiä, jotka absorboivat sinistä valoa. Paradoksaalisesti kellastuneella PFA:lla on usein korkeampi dielektrinen lujuus (15–25 kV/mm) kuin koskemattoman valkoisen materiaalin (10–15 kV/mm). Syynä on, että kellastuminen korreloi kehittyneen kiteisyyden kanssa: lämpöhehkutus lisää kiteisyyttä 45 %:sta 55–60 %:iin, ja korkeamman kiteisyyden alueilla on vähemmän amorfisia reittejä sähköiseen puustoitumiseen. Kellastunut pintakerros (10–50 µm paksu) muuttuu järjestyneemmäksi ja tiheämmäksi ja toimii dielektrisenä esteenä. Liiallinen kellastuminen (tummanruskea tai musta) osoittaa kuitenkin hajoamista ja heikentynyttä lujuutta. Tasainen vaaleankeltainen sävy on merkki hyvin-hehkutetusta PFA:sta, ei vika.
Mitä keltaisuus tarkoittaa PFA:ssa
PFA on luonnostaan väritöntä. Kellastuminen tapahtuu kahdella mekanismilla:
Ketjun päiden hapettuminen: Pienet -CF₂H-pääteryhmät hapettuvat -COF:ksi (karbonyylifluoridi) ja -COOH:ksi (karboksyylihappo) hapen läsnä ollessa 150–200 asteessa. Nämä ryhmät absorboivat violettia/sinistä valoa (400–450 nm), joka näyttää keltaiselta.
Lämpöhehkutus: Pitkäaikainen kuumennus 150–200 asteessa mahdollistaa polymeeriketjujen järjestäytymisen täydellisemmiksi kristalliiteiksi. Lisääntynyt tiheys ja järjestys sirottavat valoa eri tavalla, mikä lisää keltaista ulkonäköä.
Ensimmäiset 500–1000 kellastumistuntia (vaaleankeltainen) korreloivat kiteisyyden kasvun kanssa 45 %:sta 55 %:iin. Tämä sama kiteisyyden lisäys parantaa dielektristä lujuutta, koska kiteisillä alueilla on suurempi läpilyöntijännite (≈ 30 kV/mm) kuin amorfisilla alueilla (≈ 10 kV/mm). Toinen vaihe (tummankeltaisesta oranssiin, 2 000–5 000 tuntia) voi viitata molekyylipainon vähenemiseen ja huokosten muodostumiseen, mikä voi alentaa dielektristä lujuutta.
Dielektrinen vahvuus vs. kellastumisen vakavuus
| PFA kunto | Ulkonäkö | kiteisyys (%) | Dielektrinen lujuus (kV/mm) | Erittelytila | Arviointi |
|---|---|---|---|---|---|
| Uusi,{0}}pursotettuna | Valkoinen/läpinäkyvä | 42–48 | 12–16 | Puut amorfisten vyöhykkeiden läpi | Perustaso |
| Vaaleankeltainen (500–1500 tuntia 180 asteessa) | Vaaleankeltainen, läpikuultava | 52–56 | 18–24 | Viivästynyt puusto, korkeampi kynnys | Paras dielektrinen |
| Keskikeltainen (2 000–3 000 tuntia) | Syvemmän keltainen, hieman sameaa | 55–60 | 16–20 | Puiden kasvaminen sferuliittirajoja pitkin | Edelleen hyvä |
| Tummankeltainen/keltainen (4 000–6 000 tuntia) | Keltainen, läpikuultava | 58–62 | 12–16 | Tyhjät tai mikrohalkeamat | Vähenemässä |
| Ruskea/musta (ylikuumentunut) | Läpinäkymätön ruskea/musta | 40–50 (heikentynyt) | 5–10 | Hiiltyneet polut | Epäonnistui |
2 vuoden 180 asteen käytön jälkeen vaaleankeltaiseksi muuttuneen kiukaan dielektrinen lujuus (18–24 kV/mm) on todennäköisesti parempi kuin upouudella lämmittimellä (12–16 kV/mm). Älä vaihda pelkästään keltaisen värin perusteella.
Miksi korkeampi kiteisyys parantaa dielektristä lujuutta
Dielektrinen hajoaminen PFA:ssa tapahtuu, kun elektronivyöry etenee amorfisten alueiden läpi (pienempi tiheys, heikommat sidokset). Kiteisillä lamelleilla on tiheästi pakattuja ketjuja, joilla on suurempi sidostiheys, mikä vaatii suurempaa kenttää elektronien kiihtyvyyteen. Hajoamispolun on navigoitava kristalliittien ympärillä, mikä lisää tehollista polun pituutta. Erittäin kiteisessä PFA:ssa (55–60 %) elektronien keskimääräinen vapaa polku on lyhyempi ja läpilyöntijännite suurempi. Suhde on suunnilleen V_break ∝ (kiteisyys)^0,5.
2 mm paksun PFA-vaipan läpilyöntijännite 45 % kiteisyydessä on 25–30 kV (12–15 kV/mm). Kun kiteisyys on 55 %, se nousee 35–45 kV:iin (18–22 kV/mm). Kellastuminen 1000 käyttötunnin jälkeen on siis hyödyllistä sähköeristyksen kannalta.
Kun kellastuminen on pahasta
Kellastuminen on varoitusmerkki vain, kun siihen liittyy:
Pinta halkeamia(näkyy alle 10-kertaisella suurennuksella)
Rakkulien muodostuminentai turvotusta
Opasiteetin kasvu(läpinäkyvyyden menetys)
Hauraus(vaippa halkeilee taivutettaessa)
Mustat hiilitäplät(kaaren seuranta)
Jos kellastunut PFA pysyy sileänä, läpikuultavana ja joustavana, se todennäköisesti paranee, ei hajoa. Yli 220 asteen lämpötiloissa toimivien lämmittimien kellastuminen kiihtyy ja voi johtaa hajoamiseen 500 tunnin kuluessa.
Esimerkki kentästä
Puolijohdekuvio vaihdettiin kaikki PFA-lämmittimet 2 vuoden välein kunnosta riippumatta. Monet poistetut lämmittimet olivat vaaleankeltaisia ja toimivat edelleen. Testaus osoitti, että niiden dielektrinen lujuus oli 22 kV/mm vs. uusien lämmittimien . 14 kV/mm. Fab pidensi vaihtoväliä 4 vuoteen lämmittimille, jotka säilyivät läpikuultavina ja halkeilemattomina. Lämmittimeen liittyvät{8}}sähköhäiriöt eivät lisääntyneet. Fab säästi 10 000 dollaria vuodessa tarpeettomista vaihdoista.
Tarkastusohje
Kun tarkastat kellastunutta PFA-lämmitintä:
| Keltainen sävy | Hullua? | Rakkuloja? | Joustavuus? | Toiminta |
|---|---|---|---|---|
| Ei yhtään/kalpea | Ei | Ei | Normaali (taipuu 180 astetta ilman halkeamia) | Jatka palvelua |
| Vaalean keltainen | Ei | Ei | Normaali | Jatka huoltoa (paras eriste) |
| Keskikokoinen keltainen | Ei | Ei | Hieman jäykkä | Tarkkaile vuosittain |
| Tumman keltainen | Ei | Ei | Jäykkä | Harkitse vaihtoa 1–2 vuoden kuluttua |
| Keltainen | Ei | Ei | Hauras (halkeamat 90 asteen mutkassa) | Vaihda 6 kuukauden kuluessa |
| Mikä tahansa sävy | Kyllä | Kyllä | N/A | Vaihda välittömästi |
Johtopäätös: Vaaleankeltaisella PFA:lla on usein korkeampi dielektrinen lujuus
PFA-lämmittimellä, jossa on kellertävä läpikuultava vaippa lämpövanhentamisen jälkeen, on usein korkeampi dielektrinen lujuus (18–24 kV/mm) kuin koskemattoman valkoisella lämmittimellä (12–16 kV/mm) hehkutuksen lisääntyneen kiteisyyden vuoksi. Vaaleankeltainen väri normaalikäytöstä (500-3000 tuntia 150-200 asteessa) on hyödyllinen sähköeristyksenä. Älä hävitä lämmittimiä, jotka perustuvat pelkästään kellastumiseen. Tarkista halkeamien, rakkuloiden ja haurauden varalta. Jos lämmitin pysyy tasaisena ja joustavana, keltainen on hyvä. Ainoastaan tummankeltaiset, ruskeat tai halkeilevat pinnat osoittavat hajoamista. Arvioi mekaanisen eheyden, ei värin perusteella. Kellastunut lämmitin voi olla paras eriste. Pidä se, testaa, luota siihen. Mutta vain jos se taipuu rikkoutumatta.
