PFA-küttekehade ümbrised muudavad aastatepikkuse kõrgel -temperatuuril (150–200 kraadi) töötamise käigus loomulikult värvi puutumata valgest/läbipaistvast kollakaks või merevaigukollaseks. See kollasus tuleneb ahela otstes olevate lisandite jälgede termilisest oksüdatsioonist, tekitades konjugeeritud karbonüülrühmi, mis neelavad sinist valgust. Paradoksaalsel kombel on koltunud PFA-l sageli kõrgem dielektriline tugevus (15–25 kV/mm) kui puutumata valgel materjalil (10–15 kV/mm). Põhjus on selles, et kollasus on korrelatsioonis arenenud kristallilisusega: termiline lõõmutamine suurendab kristallilisust 45%-lt 55–60%-le ja kõrgema kristallilisusega piirkondades on vähem amorfseid radu elektriliseks puudeks. Koltunud pinnakiht (paksus 10–50 µm) muutub järjestatumaks ja tihedamaks, toimides dielektrilise barjäärina. Liigne kollasus (tumepruun või must) viitab aga lagunemisele ja tugevuse vähenemisele. Ühtlane helekollane toon on märk hästi-lõõmutatud PFA-st, mitte defektist.
Mida kollasus PFA-s tähendab
PFA on olemuselt värvitu. Kollastumine toimub kahe mehhanismi kaudu:
Keti otste oksüdatsioon: -CF₂H jäljerühmad oksüdeeruvad hapniku juuresolekul temperatuuril 150–200 kraadi -COF-iks (karbonüülfluoriid) ja -COOH-ks (karboksüülhape). Need rühmad neelavad violetset/sinist valgust (400–450 nm), mis näib olevat kollane.
Termiline lõõmutamine: Pikaajaline kuumutamine 150–200 kraadi juures võimaldab polümeeriahelatel reorganiseerida täiuslikumateks kristalliitideks. Suurenenud tihedus ja järjestus hajutavad valgust erinevalt, lisades kollase välimuse.
Esimesed 500–1000 tundi kollasust (helekollane) korreleerub kristallilisuse suurenemisega 45%-lt 55%-le. See sama kristallilisuse suurenemine parandab dielektrilist tugevust, kuna kristallilistel piirkondadel on suurem läbilöögipinge (≈ 30 kV/mm) kui amorfsetel piirkondadel (≈ 10 kV/mm). Teine etapp (tumekollane kuni merevaigukollane, 2000–5000 tundi) võib viidata molekulmassi vähenemisele ja tühimike tekkele, mis võib vähendada dielektrilist tugevust.
Dielektriline tugevus vs kollasuse raskusaste
| PFA seisukord | Välimus | Kristallilisus (%) | Dielektriline tugevus (kV/mm) | Jaotusrežiim | Hindamine |
|---|---|---|---|---|---|
| Uus, väljapressituna- | Valge/läbipaistev | 42–48 | 12–16 | Puustumine läbi amorfsete tsoonide | Lähtejoon |
| Helekollane (500–1500 tundi 180 kraadi juures) | Kahvatukollane, poolläbipaistev | 52–56 | 18–24 | Hilinenud puu, kõrgem künnis | Parim dielektrik |
| Keskmine kollane (2000–3000 tundi) | Sügavam kollane, kergelt hägune | 55–60 | 16–20 | Puud piki sferuliidi piire | Ikka hea |
| Tumekollane/merevaigukollane (4000–6000 tundi) | Merevaik, poolläbipaistev | 58–62 | 12–16 | Tühjad või mikropraod | Väheneb |
| Pruun/must (ülekuumenenud) | Läbipaistmatu pruun/must | 40–50 (alandatud) | 5–10 | Karboniseeritud teed | Ebaõnnestunud |
Küttekeha, mis on pärast 2-aastast töötamist 180 kraadi juures helekollaseks muutunud, on tõenäoliselt parema dielektrilise tugevusega (18–24 kV/mm) kui täiesti uuel küttekehal (12–16 kV/mm). Ärge asendage ainult kollase värvi põhjal.
Miks kõrgem kristallilisus parandab dielektrilist tugevust
Dielektriline lagunemine PFA-s toimub siis, kui elektronlaviin levib läbi amorfsete piirkondade (väiksem tihedus, nõrgemad sidemed). Kristallilistel lamellidel on tihedalt pakitud ahelad, millel on suurem sidemete tihedus, mis nõuavad elektronide kiirenduseks suuremat välja. Jaotustee peab liikuma ümber kristalliitide, suurendades efektiivset tee pikkust. Väga kristalsetes PFA-des (55–60%) on elektronide keskmine vaba tee lühem ja läbilöögipinge kõrgem. Seos on ligikaudu V_break ∝ (kristallilisus)^0,5.
2 mm paksuse PFA ümbrise korral on läbilöögipinge 45% kristallilisuse juures 25–30 kV (12–15 kV/mm). 55% kristallilisuse juures tõuseb see 35–45 kV-ni (18–22 kV/mm). Seega on kollaseks muutumine alates 1000 töötunnist kasulik elektriisolatsioonile.
Kui kollasus on halb
Kollastumine on hoiatusmärk ainult siis, kui sellega kaasneb:
Pinna praod(nähtav 10-kordse suurendusega)
Villide tekevõi turse
Läbipaistmatuse suurenemine(läbipaistvuse kaotus)
Haprus(kest praguneb painutamisel)
Mustad süsinikutäpid(kaare jälgimine)
Kui kollaseks muutunud PFA jääb siledaks, poolläbipaistvaks ja elastseks, on see tõenäoliselt paranenud, mitte halvenenud. Üle 220 kraadi töötavate kütteseadmete puhul kiireneb kollaseks muutumine ja võib 500 tunni jooksul laguneda.
Välja näide
Pooljuhtfab vahetas kõik PFA-soojendid välja iga 2 aasta järel, olenemata seisukorrast. Paljud eemaldatud küttekehad olid helekollased ja endiselt töökorras. Katsetamine näitas, et nende dielektriline tugevus oli 22 kV/mm versus . 14 kV/mm uute kütteseadmete puhul. Fab pikendas vahetusintervalli 4 aastani küttekehade puhul, mis jäid poolläbipaistvaks ja pragunemata. Kütteseadmega-seotud elektririkked ei sagenenud. Fab säästis tarbetute asenduste arvelt 10 000 dollarit aastas.
Kontrollimise juhend
Koltunud PFA-soojendi kontrollimisel:
| Kollane varjund | Hullunud? | Villid? | Paindlikkus? | Tegevus |
|---|---|---|---|---|
| Puudub/kahvatu | Ei | Ei | Tavaline (paindub 180 kraadi ilma pragudeta) | Jätka teenust |
| Helekollane | Ei | Ei | Tavaline | Jätka teenindust (parim dielektrik) |
| Keskmiselt kollane | Ei | Ei | Veidi jäik | Jälgige igal aastal |
| Tumekollane | Ei | Ei | Jäik | Kaaluge väljavahetamist 1–2 aasta pärast |
| Merevaik | Ei | Ei | Habras (90-kraadise käänaku korral praod) | Vahetage välja 6 kuu jooksul |
| Mis tahes varjund | Jah | Jah | N/A | Vahetage kohe välja |
Järeldus: helekollasel PFA-l on sageli suurem dielektriline tugevus
Pärast termilist vanandamist kollaka poolläbipaistva ümbrisega PFA-soojendil on lõõmutamise suurenenud kristallilisuse tõttu sageli suurem dielektriline tugevus (18–24 kV/mm) kui puhtal valgel küttekehal (12–16 kV/mm). Helekollane värvus tavatööst (500–3000 tundi 150–200 kraadi juures) on kasulik elektriisolatsiooniks. Ärge visake ära küttekehasid, mis põhinevad ainult kollaseks muutumisel. Kontrollige pragude, villide ja rabeduse suhtes. Kui keris jääb sile ja painduvaks, on kollane hea. Ainult tume merevaigukollane, pruun või pragunenud pinnad viitavad lagunemisele. Otsusta mehaanilise terviklikkuse, mitte värvi järgi. Koltunud küttekeha võib olla teie parim isolaator. Hoidke seda, katsetage, usaldage seda. Kuid ainult siis, kui see paindub ilma purunemata.
