В промишленото оборудване за обработка с корона, коронните ролки са от решаващо значение за постигане на по-тънки коронни ролки и удължаване на общия им живот. Коронните ролки с епоксидно покритие, поради високата си диелектрична якост и стабилни повърхностни свойства, се използват широко в оборудването за обработка с корона за пластмасови филми, кабелни обвивки, хартия и композитни материали.
Когато инженерите по оборудване избираткоронни ролки, един от най-критичните параметри е: Какъв температурен диапазон могат да издържат коронните валове с епоксидно покритие?
Тази статия ще анализира систематично температурния диапазон на епоксидните коронни валяци от множество гледни точки, включително свойствата на материалите, структурата на термичните характеристики и работните характеристики на машините за коронна обработка, обяснявайки защо температурните им ограничения се различават от тези на силикона, керамиката и други материали.
Какъв е стандартният температурен диапазон за коронни ролки с епоксидно покритие?
Епоксидните покрития притежават добра изолационна якост и известна степен на термична стабилност. Най-общо казано:
Приложимият температурен диапазон за коронни ролки с епоксидно покритие обикновено е:
80°C до 120°C (за продължителна непрекъсната работа)
Може да издържи на приблизително 150°C при краткосрочни пикови условия.
Това означава, че епоксидните коронни валяци не се считат за високотемпературни валяци, но са достатъчни за повечето процеси на обработка с корона.
Защо този температурен диапазон?
Тъй като втвърдената структура на епоксидната смола е склонна към следните промени след превишаване на определена температура:
• Омекотяване
• Частична релаксация на молекулярните връзки
• Намалено повърхностно напрежение
• Понижен праг на електрическо пробиване
Следователно, въпреки че диелектричната якост на коронните ролки с епоксидно покритие може да достигне до 500 инча на киловат, тяхната температурна устойчивост не е толкова широка, колкото тази на керамиката или силикона.
След това ще анализираме допълнително източника на температурното ограничение от структурна гледна точка.
Защо коронните ролки с епоксидно покритие не могат да издържат на по-високи температури?
Температурната устойчивост на различните видове коронни ролки в индустрията варира значително, което произтича от разликите в присъщата структура на материалите. Температурната устойчивост на епоксидните коронни ролки е ограничена главно от три фактора:
1. Температурата на стъклен преход (Tg) на епоксидната смола ограничава максималната работна температура.
Най-важният показател за термични характеристики на епоксидните материали е температурата на стъкловиден преход (Tg).
Когато температурата се доближи до Tg:
• Материалът се променя от ддддхххтвърдо и крехкоооо състояние в дддхххмеко и еластичнооооо състояние.
• Якостта на натиск намалява.
• Твърдостта на повърхността намалява.
• Изолационните характеристики започват да намаляват.
Обичайните диапазони на Tg за епоксидни покрития с индустриален клас са между 80°C и 120°C, следователно коронните валяци не са подходящи за дългосрочна работа при по-високи температури.
С други думи:
Работната температура на коронните ролки трябва винаги да бъде под температурата на стъкловиден преход на покривния материал.
2. Ендотермичните свойства на епоксидните покрития водят до намаляване на повърхностната изолация.
Епоксидните материали проявяват леко ендотермично разширение в нагрята среда, което не само намалява твърдостта, но и променя диелектричните им свойства.
Повишената температура може да доведе до:
• Промени в диелектричната константа
• Повишени диелектрични загуби
• Увеличен брой точки на загуба на коронавирус
• Засилено локализирано електрическо поле
• Повишен риск от повреда
Следователно, високите температури намаляват равномерността на коронния разряд върху повърхността на коронния валяк и дори могат да повлияят на качеството на обработка.
3. Топлината, генерирана от електрическото поле по време на обработка с корона, може да се наслагва върху външната температура.
Самата коронарна обработка генерира топлина и това наслагване може да доведе до по-висока температура на повърхността на коронния валяк от околната температура.
Например:
Температурата на околната среда може да е 80°C, но топлината, генерирана от електрическото поле, може да повиши температурата на повърхността на ролката до 100°C или повече.
Следователно, дори ако температурата на самото оборудване не е висока, коронният вал все пак може да достигне температурния си лимит поради топлината, генерирана от електрическото поле.
Защо температурата на коронния валяк влияе върху неговите диелектрични свойства?
Основната функция на коронния валяк е да издържа на високоволтово електрическо поле, осигурявайки стабилно генериране на коронна плазма. Температурната устойчивост на диелектричния слой обаче пряко определя дали той може стабилно да изпълнява функцията си.
Повишената температура води до:
• Намалено напрежение на пробив на изолацията
• Намалена вътрешна поляризационна способност на епоксидното покритие
• Неравномерно разпределение на повърхностното електрическо поле
• Нестабилен интензитет на короната
• Локализирана електролитна умора
Следователно, температурата влияе не само върху структурата на покритието, но и върху общите електрически характеристики на коронния валяк.
Може ли максималната температурна устойчивост на коронен вал с епоксидно покритие да се увеличи чрез удебеляване на покритието?
Удебеляването на покритието наистина може да увеличи диелектричното пробивно напрежение, но е трудно значително да се увеличи горната граница на температурната устойчивост.
Причините са следните:
• Температурата на стъкловиден преход (Tg) на самия епоксиден материал не се променя с увеличаване на дебелината
• Колкото по-дебело е покритието, толкова по-склонно е то към неравномерно вътрешно напрежение и термично разширение
• Прекалено дебелите епоксидни слоеве са склонни към напукване на повърхността след нагряване
• Дебелите покрития ускоряват стареенето при високи температури
Следователно, подобряването на температурната устойчивост трябва да започне с класа на материала, а не с дебелината на покритието.
Как се сравнява температурната устойчивост на епоксиден корона валяк с тази на силиконов корона валяк?
Силиконовите коронни ролки проявяват следните характеристики на температурна устойчивост:
• Типичен диапазон на температурна устойчивост: от 150°C до 200°C
• При краткосрочни пикови условия, може да достигне дори от 250°C до 300°C
В сравнение:
• Епоксидни коронни валяци: от 80°C до 120°C (пик 150°C)
• Силиконови коронни ролки: от 150°C до 200°C (пик над 250°C)
Очевидно е, че силиконъткоронни ролкиимат значително по-висока температурна устойчивост от епоксидните коронни валяци.
Следователно, предимството на епоксидните коронни валяци се крие във високата им диелектрична якост, а не във високотемпературните им характеристики.
Променя ли се твърдостта на коронните ролки с епоксидно покритие с температурата?
Да, и значително.
Когато температурата се повиши:
• Твърдостта на покритието намалява
• Възможно е леко омекване на повърхността
• Контактното налягане може да причини локализирано вдлъбване
• Коефициентът на триене може да се увеличи или да стане нестабилен
Тези промени могат да доведат до:
• Неравномерно третиране на корона
• Локализирано натрупване на енергия от разряда
• Увеличена текстура на повърхността
• Ускорено износване на покритието
Следователно, нормалната работна температура на епоксидните коронни валяци трябва винаги да се поддържа в безопасния диапазон на материала.
Влияе ли работната температура на коронните ролки на техния живот?
Абсолютно.
Скоростта на стареене на епоксидните покрития е силно зависима от температурата. За всеки 10°C повишаване на температурата, скоростта на стареене може да се увеличи с 1 до 2 пъти, което е много често срещано явление в областта на изолационните материали.
Високите температури ускоряват:
• Окисление на покритието
• Повърхностно тебеширане
• Локализирана електролитна корозия
• Влошаване на диелектричните свойства
• Образуване на микропукнатини
Следователно, дори ако коронните ролки с епоксидно покритие могат временно да издържат на по-високи температури, те не трябва да се използват продължително време в среди, близки до горните им граници.
При каква температура епоксидните коронни валяци са най-стабилни?
Въз основа на обширни инженерни приложения и данни за материалите, препоръчителният диапазон на стабилност за епоксидни коронни валяци е:
60°C до 90°C
В този температурен диапазон:
• Твърдостта на покритието остава стабилна
• Диелектричната якост не намалява
• Вътрешното напрежение е в равновесие
• По-малко вероятно е да се появи омекване на повърхността
• Коронарният разряд е най-равномерен
Следователно, инженерите по оборудване трябва да гарантират, че термичната среда на коронния валяк е в този стабилен диапазон, когато проектират коронна система.
Подходящи ли са коронните ролки с епоксидно покритие за високотемпературни филми или високотемпературни процеси?
Най-общо казано, не.
Примери за сценарии (теоретични, без казуси):
• Ако температурата на развиване на фолиото надвиши 100°C
• Ако температурата на екструдиращото оборудване е висока
• Ако филмовият материал не се е охладил достатъчно след горещо разтягане
При тези условия, епоксидните коронни валяци са склонни към омекване, ускорено стареене или намалени диелектрични свойства.
Следователно, при условия на висока температура, обикновено се избират следните:
• Силиконов коронен валяк (устойчив на по-висока температура)
• Керамичен коронен валяк (висока твърдост, изключително висока температурна устойчивост)
Епоксидните коронни ролки са най-подходящи за коронни системи с относително умерени температури и високи изисквания за диелектрична якост.