Hình 1.Vết nứt chậm trong lớp phủ epoxy thường bắt đầu ở các cạnh thành phần và chì thoát ra - chứ không phải ở bề mặt bên ngoài. Việc lắp ráp vượt qua tất cả các thử nghiệm ban đầu; lỗi xuất hiện sau 50–200 chu kỳ nhiệt khi vận hành.
Việc lắp ráp vượt qua tất cả các bài kiểm tra trình độ chuyên môn. Xin chào-pot: vượt qua. Kiểm tra bằng mắt: sạch sẽ. Sốc nhiệt ở mức –40 độ đến +85 độ, 50 chu kỳ: đạt. Nó vận chuyển. Mười bốn tháng sau, lô hàng đầu tiên được trả về có - vết nứt chân tóc ở bề mặt bầu-đến-vỏ, sự tách lớp ở các điểm thoát chì, các vết hở không liên tục trên các đơn vị được đo là sạch khi vận chuyển. Nhóm kỹ thuật yêu cầu{13}}mặt cắt ngang. Các vết nứt nằm ở lớp sơn epoxy chứ không phải ở các bộ phận. Lịch trình xử lý trong hồ sơ sản xuất được liệt kê chính xác. Chất liệu không thay đổi. Cuộc điều tra kết thúc do "sự mệt mỏi của vật liệu - trong phạm vi thay đổi tuổi thọ sử dụng dự kiến."
Đó không phải là sự mệt mỏi về vật chất. Đó là ứng suất dư, được thiết lập trong quá trình xử lý, chưa bao giờ được đo và không bao giờ xuất hiện trong trình tự đánh giá - vì trình độ chuyên môn không bao gồm các chu trình nhiệt cần thiết để giải phóng nó.Vết nứt chậm trong lớp phủ epoxy có tiết diện dày hầu như luôn là lỗi trong quá trình đóng rắn chứ không phải lỗi vật liệu. Vết nứt được tạo ra trong quá trình chữa bệnh. Nó xuất hiện trong lĩnh vực này.
Cơ chế tỏa nhiệt: Tại sao phần dày có tác dụng khác với phần mỏng
Liên kết chéo Epoxy-là một phản ứng tỏa nhiệt. Khi nhựa và chất làm cứng kết hợp và hỗn hợp tiếp xúc với nhiệt, phản ứng sẽ tự tạo ra nhiệt ngoài việc hấp thụ nhiệt từ lò. Trong một mẫu mỏng - loại được sử dụng để thử nghiệm vật liệu UL - nhiệt tự tạo ra sẽ tiêu tan nhanh chóng vào khí quyển lò thông qua tỷ lệ bề mặt-trên-thể tích lớn. Nhiệt độ mẫu theo dõi chặt chẽ điểm đặt của lò trong suốt chu trình xử lý.
Trong phần chậu dày - lõi biến áp có độ đổ 20 mm, mô-đun nguồn có độ sâu lấp đầy 25 mm - tỷ lệ bề mặt-to-thể tích thấp hơn nhiều. Nhiệt từ phản ứng tỏa nhiệt ở lõi của mặt cắt có đường khuếch tán dài tới bề mặt và nhựa xung quanh chưa phản ứng hoàn toàn sẽ đóng vai trò cách nhiệt. Nhiệt độ lõi vượt quá điểm đặt của lò. Trong một-giai đoạn xử lý 120 độ của phần 20 mm, nhiệt độ lõi 140–165 độ không phải là điều bất thường, ngay cả khi lò được đặt ở 120 độ và bề mặt của bộ phận đo được 120 độ bằng cặp nhiệt điện bề mặt.
Độ vọt lố này rất quan trọng vì tốc độ-liên kết chéo tăng mạnh theo nhiệt độ. Phần lõi của phần, chạy cao hơn điểm đặt của lò từ 20–45 độ, hoàn thành liên kết chéo chính-nhanh hơn đáng kể so với vật liệu bên ngoài. Mạng liên kết chéo-trong lõi được "đóng băng" vào vị trí một cách hiệu quả trong khi các lớp bên ngoài vẫn đang phản ứng. Khi tổ hợp nguội đi sau khi đóng rắn, cả hai vùng co lại về mặt nhiệt - nhưng chúng co lại từ các điểm bắt đầu khác nhau và với tốc độ khác nhau, vì lõi đã là chất rắn thủy tinh cứng trong khi các lớp bên ngoài đang hoàn tất quá trình hình thành mạng lưới của chúng.
Kết quả là trạng thái ứng suất bị khóa-ở trạng thái được xử lý hoàn toàn: ứng suất kéo dư ở vật liệu bên ngoài và ứng suất nén dư ở lõi. Đây không phải là một giả thuyết - nó là một hiện tượng-đặc trưng trong quá trình xử lý nhiệt rắn{4}}dày, tương tự như ứng suất dư trong thủy tinh được làm nguội nhanh.
Hình 2.Trong một-giai đoạn xử lý 120 độ của phần 20 mm, nhiệt độ lõi thường vượt quá điểm đặt của lò từ 20–45 độ trong quá trình tỏa nhiệt-liên kết ngang. Cấu hình hai giai đoạn-giới hạn mức vượt quá này bằng cách bắt đầu-liên kết chéo ở 80 độ trước khi áp dụng giai đoạn{10}nhiệt độ cao hơn.
Tại sao hội vượt qua thử nghiệm ban đầu
Hình 3.Sau một-giai đoạn xử lý nhiệt độ cao-, phần được xử lý sẽ chuyển sang trạng thái ứng suất-bị khóa: lực căng dư ở các lớp bên ngoài, lực nén dư ở lõi. Trạng thái ứng suất này làm tăng thêm ứng suất nhiệt có tính chu kỳ trong quá trình sử dụng, đẩy nhanh quá trình hình thành vết nứt mỏi.
Ứng suất kéo dư trong vật liệu bầu bên ngoài từ quá trình xử lý phần dày-giai đoạn dày-thường thấp hơn độ bền kéo tối đa của epoxy ở nhiệt độ phòng. Bộ phận được xử lý hoàn toàn không bị nứt trong quá trình xử lý - hoặc nếu có thì các vết nứt vi mô- nằm dưới ngưỡng phát hiện khi kiểm tra bằng mắt. Thử nghiệm nồi Hi{6}}ở điện áp định mức đã đạt vì cường độ điện môi hiệu dụng của ma trận chịu ứng suất nhẹ không khác biệt đáng kể so với tham chiếu không bị ứng suất.
Vấn đề bộc lộ trong chu trình nhiệt và cơ chế rất đơn giản: mỗi chu trình nhiệt từ nhiệt độ thấp đến nhiệt độ cao tạo ra ứng suất kéo và nén theo chu kỳ trong vật liệu bầu, do CTE không khớp giữa epoxy, các thành phần nhúng và vỏ. Tại các vị trí tập trung ứng suất - góc, cạnh của các bộ phận, điểm thoát chì và giao diện bầu-với-vỏ -, biên độ ứng suất theo chu kỳ là cao nhất. Ứng suất kéo dư sau quá trình xử lý cộng trực tiếp vào ứng suất kéo theo chu kỳ tại các vị trí này, bởi vì cả hai đều là ứng suất kéo tác dụng theo cùng một hướng trong giai đoạn gia nhiệt của chu trình nhiệt.
Biên độ ứng suất kết hợp - ứng suất lưu hóa dư cộng với ứng suất nhiệt tuần hoàn - có thể vẫn thấp hơn độ bền kéo cuối cùng của epoxy trong chu kỳ đầu tiên. Nó đạt đến ngưỡng bắt đầu vết nứt mỏi sau một số chu kỳ phụ thuộc vào cường độ ứng suất dư cụ thể, độ không khớp CTE, biên độ chu kỳ nhiệt và hình dạng của bộ tập trung ứng suất. Đây là lý do tại sao lỗi xuất hiện sau 50–200 chu kỳ chứ không phải ở lần thử nghiệm đầu tiên. Đó không phải là sự xuống cấp của vật liệu theo thời gian - mà là sự tích tụ ứng suất đến một ngưỡng.
Tại sao thất bại này được xác định sai một cách có hệ thống
Khi một cuộc điều tra sự cố tại hiện trường phát hiện thấy các vết nứt trên vật liệu phủ epoxy, một số nhận dạng sai thường gặp:
“Mệt mỏi vật chất”- epoxy bị hỏng do mỏi, cho thấy vật liệu này không đủ cho ứng dụng. Cơ chế thực tế là sự tích tụ ứng suất từ sự kết hợp giữa ứng suất xử lý dư và ứng suất nhiệt theo chu kỳ. Việc thay đổi sang vật liệu epoxy khác mà không thay đổi quy trình xử lý sẽ tái tạo lỗi do cơ chế ứng suất dư phụ thuộc vào quy trình- chứ không phụ thuộc vào vật liệu-.
"Thiệt hại do sốc nhiệt"- tổ hợp đã gặp phải hiện tượng nhiệt nghiêm trọng bất thường. Điều này đôi khi đúng, nhưng các vết nứt do sốc nhiệt thường bắt đầu ở bề mặt bên ngoài và lan truyền vào bên trong. Các vết nứt ứng suất dư thường bắt đầu ở các đặc điểm hình học bên trong (cạnh thành phần, lối thoát chì) và lan truyền ra bên ngoài. Vị trí gốc vết nứt phân biệt hai cơ chế trên mặt cắt ngang.
"Độ bám dính bầu không đủ"- epoxy không liên kết tốt với chất nền hoặc vỏ. Sự tách lớp ở bề mặt vỏ bầu-có thể là do việc chuẩn bị bề mặt không đầy đủ nhưng cũng có thể là do ứng suất kéo dư vượt quá độ bền liên kết giữa các bề mặt. Loại thứ hai không yêu cầu lỗi chuẩn bị bề mặt - nó xảy ra trên các bề mặt sạch sẽ, được chuẩn bị chính xác khi ứng suất dư đủ cao.
"Chất lượng linh kiện"- dẫn hoặc chấm dứt thành phần không thành công. Trong trường hợp vết nứt lan truyền đến giao diện thành phần, bề ngoài vết nứt có thể bị xác định nhầm là lỗi thành phần. Phân tích mặt cắt ngang giúp phân biệt giữa vết nứt bắt đầu ở thành phần và vết nứt lan truyền từ epoxy xung quanh đến thành phần đó.
Trong hầu hết các trường hợp xác định sai này, hồ sơ quá trình xử lý không được xem xét như một phần của cuộc điều tra lỗi. Lịch trình xử lý được liệt kê trong hành trình sản xuất phù hợp với thông số kỹ thuật - vì thông số kỹ thuật liệt kê điểm đặt của lò và thời lượng được lập trình chứ không phải nhiệt độ thực sự đạt được ở lõi của phần trong chậu. Cơ chế ứng suất dư không thể nhìn thấy được trong hồ sơ sản xuất.
Hồ sơ chữa bệnh hai giai đoạn: Cách giảm căng thẳng còn sót lại
Cấu hình xử lý hai{0}}giai đoạn giải quyết trực tiếp cơ chế tỏa nhiệt bằng cách chia phản ứng liên kết chéo-thành hai giai đoạn được kiểm soát:
Giai đoạn 1 ở 80 độbắt đầu phản ứng-liên kết ngang ở nhiệt độ thấp hơn, trong đó tốc độ phản ứng chậm hơn và nhiệt sinh ra trên một đơn vị thời gian thấp hơn. Ở 80 độ , hệ thống bắt đầu xây dựng-mật độ liên kết chéo - đủ để ngăn tốc độ phản ứng tăng nhanh sẽ xảy ra nếu hệ thống ngay lập tức tiếp xúc với 120 độ . Tốc độ phản ứng ban đầu thấp hơn làm giảm lượng nhiệt-tự tạo ra, giữ nhiệt độ lõi gần với điểm đặt của lò hơn. Mật độ liên kết chéo-phát triển đồng đều hơn trên chiều sâu của mặt cắt trong Giai đoạn 1.
Giai đoạn 2 ở 120 độsau đó thúc đẩy hệ thống xử lý hoàn toàn. Vào thời điểm Giai đoạn 2 bắt đầu, mạng Giai đoạn 1 đã phát triển đủ độ cứng để hạn chế sự tỏa nhiệt bổ sung trong Giai đoạn 2. Liên kết chéo-còn lại xảy ra trong mạng bị hạn chế một phần bởi cấu trúc Giai đoạn 1 và sự chênh lệch nhiệt độ giữa lõi và bề mặt trong Giai đoạn 2 giảm đáng kể so với-giai đoạn xử lý 120 độ.
Kết quả là một mặt cắt được xử lý có ứng suất kéo dư ở vật liệu bên ngoài thấp hơn. Việc lắp ráp vẫn còn một số ứng suất dư - không có quy trình xử lý nào loại bỏ nó hoàn toàn - nhưng cường độ giảm đủ để biên độ tổng hợp của ứng suất dư cộng với ứng suất nhiệt tuần hoàn vẫn ở dưới ngưỡng bắt đầu vết nứt mỏi để có tuổi thọ dài hơn đáng kể.
Đây không phải là một lập luận lý thuyết. Theo quan sát thực nghiệm: các cụm lắp ráp bị nứt chậm với một-giai đoạn xử lý 120 độ trên cùng một vật liệu bầu đã cho thấy tuổi thọ sử dụng được kéo dài sau khi chuyển sang cấu hình hai-giai đoạn mà không thay đổi vật liệu, hình học hoặc bất kỳ tham số quy trình nào khác. Lịch trình chữa bệnh có thể thay đổi.
Khoảng cách quan trọng trong kiểm tra trình độ chuyên môn
Trình tự kiểm tra chất lượng tiêu chuẩn cho các cụm lắp ráp trong chậu thường bao gồm một số chu kỳ nhiệt giới hạn - 50 đến 100 chu kỳ là phổ biến trong các tiêu chuẩn IEC và UL cho các danh mục thiết bị cụ thể. Một cụm chậu có mặt cắt dày có ứng suất dư từ một-giai đoạn xử lý duy nhất có thể trải qua 50 hoặc thậm chí 100 chu kỳ nhiệt trước khi ứng suất tích lũy đạt đến ngưỡng bắt đầu vết nứt. Khi lỗi xảy ra ở 150–200 chu kỳ vận hành - có thể tương ứng với 12–18 tháng vận hành ở một hoặc hai chu kỳ nhiệt mỗi ngày -, trình tự đánh giá không cho thấy lỗi đó.
Đây là một lỗ hổng mang tính hệ thống: trình độ chuyên môn được thực hiện chính xác, bài kiểm tra đã đạt, nhưng chế độ lỗi hoạt động trên thang chu kỳ dài hơn so với phạm vi kiểm tra. Các thiết kế trong đó quá trình xử lý tạo ra ứng suất dư đòi hỏi trình tự chu trình nhiệt xác định chất lượng dài hơn hoặc quy trình xử lý làm giảm ứng suất dư đến mức mà số chu kỳ xác nhận tiêu chuẩn thực sự có thể dự đoán được tuổi thọ sử dụng.
Cấu hình xử lý hai giai đoạn-làm giảm cường độ ứng suất dư, từ đó làm giảm tổng biên độ ứng suất trên mỗi chu kỳ. Điều này, kết hợp với cùng số chu kỳ nhiệt trong trình tự đánh giá chất lượng, mang lại sự đảm bảo thực sự thay vì sự đảm bảo bị hạn chế do thử nghiệm không thể phát hiện ra dạng lỗi.
Xác định liệu thiết kế hiện tại có gặp rủi ro hay không
Các điều kiện thiết kế và xử lý sau đây cho thấy nguy cơ ứng suất dư tăng cao trong lớp phủ epoxy có tiết diện dày:{0}}
Độ sâu phần bầu vượt quá 10 mm ở bất kỳ kích thước nào.
Lịch trình xử lý hiện tại là-giai đoạn duy nhất ở nhiệt độ 100 độ trở lên.
Không có cặp nhiệt điện nào giám sát nhiệt độ lõi trong quá trình xử lý - mà chỉ ghi lại nhiệt độ bề mặt hoặc không khí trong lò.
Lịch sử lỗi cho thấy các vết nứt xuất hiện sau nhiều chu kỳ nhiệt khi vận hành, với các cụm lắp ráp đã vượt qua đợt kiểm tra ban đầu.
Vị trí gốc vết nứt trên mặt cắt ngang-là ở các cạnh thành phần, lối thoát chì hoặc các đặc điểm hình học bên trong - không phải ở bề mặt bên ngoài.
Số chu kỳ nhiệt đạt tiêu chuẩn là 50 chu kỳ trở xuống và tuổi thọ sử dụng dự kiến sẽ bao gồm 200 chu kỳ nhiệt trở lên.
Một bước xác minh thực tế là tạo ra các mẫu thử ở độ dày phần sản xuất thực tế và lịch trình xử lý, nhúng cặp nhiệt điện vào giữa phần và ghi lại biểu đồ nhiệt độ lõi thực tế trong quá trình xử lý. Nếu nhiệt độ lõi vượt quá đáng kể điểm đặt lò trong giai đoạn-liên kết chéo thì cơ chế tỏa nhiệt đang hoạt động và ứng suất dư đang được tạo ra.
HDT, Tg và RTI: Các đặc tính nhiệt xác định phong bì vận hành
Cấu hình xử lý hai giai đoạn, được thực hiện đúng cách, tạo ra vật liệu được xử lý với các đặc tính nhiệt được xếp hạng đầy đủ: Tg 117,8 độ theo TMA (ASTM E831), HDT 130 độ, RTI 130 độ trong Tệp UL E120665. Các giá trị này xác định phạm vi vận hành cho tổ hợp được bảo dưỡng:
Tg 117,8 độ- nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh được đo bằng phân tích cơ nhiệt; sử dụng thông tin này để tính toán ngân sách CTE và phân tích độ ổn định kích thước. Trên Tg, CTE tăng từ 49,772 ppm/độ ( 1, dưới Tg) lên 148,482 ppm/độ ( 2, trên Tg) - tăng khoảng 3×.
HDT 130 độ- nhiệt độ tại đó vật liệu được xử lý biến dạng dưới tải trọng tiêu chuẩn 1,8 MPa; hãy sử dụng công cụ này cho ổ đỡ cơ học-ở nhiệt độ cao.
RTI 130 độXếp hạng của - UL về khả năng duy trì liên tục các đặc tính cơ và điện; các thiết kế yêu cầu dịch vụ liên tục trên 90 độ nằm ngoài định mức E532/H532 (RTI 90 độ) nằm trong định mức của E536/H536.
Các giá trị đặc tính nhiệt này chỉ đạt được khi quá trình xử lý hai{0}giai đoạn được hoàn thành đúng cách. Một tổ hợp chỉ nhận được Giai đoạn 1 - hoặc Giai đoạn 1 ở nhiệt độ không đủ - sẽ có Tg và HDT thấp hơn các giá trị này. Các mẫu chứng kiến được xử lý cùng với các lô sản xuất và được kiểm tra HDT cung cấp xác minh quy trình thực tế: HDT đo được về cơ bản dưới 130 độ cho thấy quá trình xử lý ở Giai đoạn 2 chưa hoàn thành.
Sản phẩm liên quan dành cho phần bầu dày-có khả năng kiểm soát áp lực bảo dưỡng
E536/H536 là hợp chất bầu epoxy chống cháy hai thành phần UL 94 V{5}}0-được thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng có mặt cắt dày-trong đó ứng suất đóng rắn là nguyên nhân gây hư hỏng chính. Cấu hình xử lý hai giai đoạn của nó (80 độ × 2 giờ + 120 độ × 4 giờ) hạn chế sự tỏa nhiệt ở lõi trong Giai đoạn 1 và đạt được sự phát triển toàn bộ thuộc tính trong Giai đoạn 2. RTI 130 độ, HDT 130 độ, Shore D 89 và độ dày tối thiểu được chứng nhận UL là 1,58–1,74 mm (đường màu đen) theo Tệp UL E120665.
Nó không thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu độ dẫn nhiệt trên 0,5 W/m·K (sử dụng E533/H533 cho mục đích đó) hoặc cho các môi trường sản xuất xử lý nhiệt độ phòng-(sử dụng E532/H532 cho mục đích đó). Cấu hình xử lý hai giai đoạn-yêu cầu khả năng của lò ở cả 80 độ và 120 độ với thời gian tăng tốc và giữ được kiểm soát.
→ 🔗Trang sản phẩm E536/H536 - Dữ liệu kỹ thuật, Báo cáo thử nghiệm TMA, Ghi chú ứng dụng
Các câu hỏi kỹ thuật chính
Làm cách nào để biết liệu tổ hợp hiện tại của tôi có ứng suất dư do quá trình xử lý của nó hay không?
Phương pháp trực tiếp là gắn cặp nhiệt điện vào giữa phần bầu và ghi lại nhiệt độ lõi trong quá trình xử lý. Nếu nhiệt độ lõi vượt quá điểm đặt của lò hơn 10–15 độ trong giai đoạn liên kết ngang-thì ứng suất dư sẽ được tạo ra. Phương pháp gián tiếp là thực hiện chu kỳ nhiệt tăng tốc đến số chu kỳ cao hơn đáng kể so với trình tự đánh giá chất lượng (ví dụ: 500 chu kỳ) và kiểm tra các vị trí bắt đầu vết nứt. Các vết nứt bắt đầu ở các đặc điểm hình học bên trong chứ không phải ở bề mặt bên ngoài phù hợp với ứng suất dư đóng vai trò là nguyên nhân dẫn đến.
Nếu tôi chuyển từ lịch trình xử lý một-giai đoạn đơn sang lịch trình xử lý hai-giai đoạn trên tổ hợp hiện có của mình, tôi có cần phải đủ tiêu chuẩn lại không?
Trong hầu hết các trường hợp, có - ở mức tối thiểu, sự thay đổi của quy trình xử lý phải được phản ánh trong thông số kỹ thuật của quy trình sản xuất và được xác nhận trên các mẫu thử để xác nhận rằng các đặc tính được xử lý đáp ứng các yêu cầu thiết kế. Đối với các tổ hợp là một phần của sản phẩm cuối cùng được liệt kê trong danh sách UL{2}}, việc thay đổi lịch trình xử lý hợp chất bầu có thể gây ra yêu cầu thông báo hoặc đánh giá lại-với cơ quan niêm yết. Điều này cần được xác nhận trước khi thực hiện thay đổi quy trình. Việc xác nhận phải bao gồm chu kỳ nhiệt đến số lượng chu kỳ đủ để xác nhận rằng chế độ lỗi xuất hiện trong lịch trình xử lý trước đó không xuất hiện trên chế độ mới.
Có thể đo ứng suất dư mà không-phá hủy trên các cụm đã hoàn thiện không?
Về mặt kỹ thuật, có thể thực hiện phép đo không-phá hủy ứng suất dư trong epoxy bằng cách sử dụng các kỹ thuật như quang đàn hồi hoặc quang phổ Raman vi mô-, nhưng đây không phải là các công cụ sản xuất thông thường. Phân tích mặt cắt ngang-có tính phá hủy, sau đó là kiểm tra vết nứt vi mô sẽ thực tế hơn cho việc xác minh sản xuất. Công cụ xác minh sản xuất dễ tiếp cận nhất là mẫu chứng: mẫu được xử lý được sản xuất đồng thời với mỗi lô sản xuất, được lưu trữ và kiểm tra định kỳ bằng chu kỳ nhiệt và kiểm tra mặt cắt ngang. Sự sai lệch trong mẫu vật chứng dự đoán, nhưng không đảm bảo, những gì có trong lô sản xuất.
Các bước tiếp theo - Liên hệ với Fong Yong Chemical
