Araldite® CW 1302 / Aradur® HY 1300 για Σιδηροδρομικούς Μετασχηματιστές Ξηρού Τύπου και Ενθυλάκωση Ηλεκτρικού Εξοπλισμού

Οι μετασχηματιστές έλξης, οι αντιδραστήρες και ο ηλεκτρικός εξοπλισμός σηματοδότησης και μέτρησης που είναι εγκατεστημένοι σε δυνητικά εκρηκτικές ατμόσφαιρες σε σιδηροδρομικά οχήματα θέτουν απαιτητικές προδιαγραφές για τα μονωτικά υλικά εγκλεισμού. Το υλικό πρέπει να διατηρεί την ακεραιότητα της ηλεκτρικής μόνωσης υπό μακροχρόνιες θερμικές κυκλικές καταπονήσεις, να συμμορφώνεται με τα πρότυπα πυρασφάλειας σιδηροδρόμων και να διαχέει αποτελεσματικά τη θερμότητα που παράγεται από τα τυλίγματα ή τις ηλεκτρονικές μονάδες σε περιορισμένους χώρους. Ως προ-γεμισμένο σύστημα χύτευσης εποξειδικής ρητίνης χωρίς διαλύτες, το Araldite® CW 1302 Resin / Aradur® HY 1300 Hardener προσφέρει ένα προφίλ ιδιοτήτων που ευθυγραμμίζεται στενά με αυτές τις απαιτήσεις.

Το σύστημα επιλέχθηκε κυρίως με βάση αρκετές βασικές ιδιότητες που επαληθεύτηκαν με τυπικές μεθόδους δοκιμών.

Θερμικά, η θερμοκρασία μετάβασης υαλώδους κατάστασης (Tg) με DSC είναι 74–76 °C, η κατηγορία θερμοκρασίας του συστήματος είναι UL 1446 Class 180 (H) και ο δείκτης θερμοκρασίας είναι 181 °C (IEC 60216). Αυτό υποδηλώνει ότι τα χυτά μέρη διαθέτουν πιστοποιημένο περιθώριο μακροχρόνιας θερμικής γήρανσης εντός της σχεδιαστικής αύξησης θερμοκρασίας ενός συστήματος μόνωσης Κατηγορίας Η. Για τους μετασχηματιστές έλξης, των οποίων οι θερμοκρασίες τυλίγματος μπορεί να προσεγγίζουν ή να υπερβαίνουν συνεχώς τους 120–130 °C, αυτή η ταξινόμηση παρέχει ένα θεμελιώδες όριο ασφαλείας. Η θερμική αγωγιμότητα 0,87–0,89 W/mK βρίσκεται στο άνω-μεσαίο εύρος για γεμιστά συστήματα εποξειδικής ρητίνης και βοηθά στη μεταφορά θερμότητας από το εσωτερικό του τυλίγματος σε διαδρομές επιφανειακής διάχυσης, καθυστερώντας την ανάπτυξη τοπικών θερμών σημείων.

Σε θέματα πυρασφάλειας, το σύστημα κατέχει την ειδική σιδηροδρομική πιστοποίηση EN 45545-2 R22 HL2 / R23 HL3, επιτυγχάνει UL 94 V0 σε πάχος 3,0 mm και έχει δείκτη οξυγόνου (LOI) 36,1%. Για ξηρού τύπου μετασχηματιστές που τοποθετούνται κάτω από διαμερίσματα επιβατών ή εντός του αμαξώματος, οι R22 και R23 αντιστοιχούν σε διαφορετικές χρήσεις υλικών και επίπεδα κινδύνου θέσης, ενώ οι HL2/HL3 θέτουν αποδεκτά όρια για την πυκνότητα και την τοξικότητα του καπνού. Αυτά τα δεδομένα υποδηλώνουν ότι το υλικό αξιολογείται όχι μόνο για την αναφλεκτότητά του, αλλά και για δευτερογενείς κινδύνους πυρκαγιάς υπό συνθήκες πυρκαγιάς.

Ηλεκτρικά και έναντι υγρασίας, η ειδική αντίσταση όγκου είναι 1×10¹⁴ Ω·cm στους 25 °C, το CTI υπερβαίνει τα 600 και η απορρόφηση νερού μετά από 1 ημέρα στους 23 °C είναι μόνο 0,03–0,05%. Η χαμηλή απορρόφηση νερού είναι ιδιαίτερα κρίσιμη για τον σιδηροδρομικό εξοπλισμό που εκτίθεται σε εξωτερικά ή μεταβαλλόμενα περιβάλλοντα θερμοκρασίας-υγρασίας: η απορρόφηση υγρασίας μειώνει ταυτόχρονα την ειδική αντίσταση όγκου και αυξάνει τη διηλεκτρική απώλεια, και η χαμηλή απορρόφηση αυτού του συστήματος υποστηρίζει τη μακροχρόνια αξιοπιστία της μόνωσης. Επιπλέον, το μικτό σύστημα έχει χρόνο πήξης 50–75 λεπτά στους 40 °C και χρόνο ζωής (χρόνος μέχρι 15.000 mPas) 36–38 λεπτά, παρέχοντας ένα λογικό παράθυρο επεξεργασίας για χύτευση υπό κενό μεσαίων τυλιγμάτων χωρίς υπερβολικό χρόνο έκθεσης που θα μπορούσε να οδηγήσει σε ανεξέλεγκτη καθίζηση του πληρωτικού.

Στην παραγωγή, το σύστημα επεξεργάζεται με χύτευση υπό κενό. Οι ακόλουθες παράμετροι ορίζονται σύμφωνα με τις οδηγίες επεξεργασίας του TDS και τη γενική μηχανική πρακτική για χύτευση υπό κενό· δεν εισάγουν απαιτήσεις πέραν του TDS, αλλά υλοποιούν τη λογική του.

Προθέρμανση και ομογενοποίηση ρητίνης. Το Araldite CW 1302 περιέχει ανόργανα πληρωτικά που αναπόφευκτα καθιζάνουν κατά την αποθήκευση. Πριν από τη χρήση, η ρητίνη θερμαίνεται στο αρχικό της δοχείο στους 40–50 °C (π.χ. όλη νύχτα) για να μειωθεί το ιξώδες σε επίπεδο κατάλληλο για ανάδευση και μεταφορά, και για να αναδιανεμηθεί το καθιζημένο πληρωτικό. Η προθέρμανση δεν πρέπει να υπερβαίνει τους 50 °C για να αποφευχθούν δυσμενείς επιπτώσεις στη σταθερότητα αποθήκευσης. Η ανάδευση πρέπει να καλύπτει όλο το βάθος του δοχείου για να διασφαλιστεί ότι το κάτω πληρωτικό επανεισάγεται στη υγρή φάση. Σε δεξαμενές αποθήκευσης εξοπλισμού, διατηρείται διαλείπουσα ήπια ανάδευση κατά τη χύτευση για να αποφευχθεί η εκ νέου διαχωρισμός του πληρωτικού, η οποία θα παραμορφώσει την αναλογία μέτρησης.

Ανάμιξη και απαέρωση. Η μέτρηση γίνεται κατά βάρος σε αναλογία 100 : 11 (ρητίνη : σκληρυντής) ή κατά όγκο σε αναλογία 100 : 19. Μετά από ενδελεχή ανάμιξη, πραγματοποιείται σύντομη απαέρωση υπό κενό 5–10 mbar. Ο σκοπός δεν είναι μόνο η απομάκρυνση μακροφυσαλίδων που εισάγονται από μηχανική ανάμιξη, αλλά και η εξάλειψη μικροκενών που παγιδεύονται στις επιφάνειες των σωματιδίων πληρωτικού και στη διεπιφάνεια ρητίνης-σκληρυντή. Για την εγκλεισμό τυλιγμάτων ξηρού τύπου μετασχηματιστών, τα υπολειμματικά κενά σε περιοχές συγκεντρωμένου ηλεκτρικού πεδίου λειτουργούν ως θέσεις έναρξης μερικής εκφόρτισης· η χαμηλή περιεκτικότητα σε φυσαλίδες μετά την απαέρωση παρέχει ένα θεμέλιο σε επίπεδο υλικού για την μακροχρόνια αντίσταση μερικής εκφόρτισης της μόνωσης του τυλίγματος.

Χύτευση και σκλήρυνση. Το απαερωμένο μείγμα εγχέεται σε προθερμασμένο καλούπι/κοιλότητα τυλίγματος υπό κενό ή με υποβοήθηση πίεσης. Το συνιστώμενο πρόγραμμα σκλήρυνσης του TDS είναι 24 ώρες σε θερμοκρασία δωματίου (περίπου 25 °C) ακολουθούμενο από 6 ώρες στους 60 °C. Το αρχικό στάδιο πήξης σε θερμοκρασία δωματίου επιτρέπει στο δίκτυο να σχηματιστεί υπό σχετικά χαμηλή εσωτερική τάση, ενώ η επακόλουθη σκλήρυνση στους 60 °C οδηγεί τη διασταύρωση πιο κοντά στην ολοκλήρωση, αποδίδοντας χαμηλή συρρίκνωση και καλό φινίρισμα επιφάνειας. Η ελάχιστη συνθήκη σκλήρυνσης είναι 48 ώρες στους 25 °C, εφαρμόσιμη σε εργαστήρια χωρίς δυνατότητα θέρμανσης ή σε μεγάλα λεπτότοιχτα μέρη που είναι εξαιρετικά ευαίσθητα στην παραμόρφωση. Η επάρκεια της σκλήρυνσης θα πρέπει να αξιολογείται με βάση τη μέτρηση της θερμοκρασίας μετάβασης υαλώδους κατάστασης στο πραγματικό χυτό, αντί για την ονομαστική τήρηση ενός προφίλ χρόνου-θερμοκρασίας μόνο, επειδή διαφορετικά ιστορικά πήξης και σκλήρυνσης οδηγούν σε διαφορετικές πυκνότητες διασταύρωσης και τελικές τιμές Tg.

Σε δυνητικά εκρηκτικές ατμόσφαιρες, το στρώμα εγκλεισμού του ηλεκτρικού εξοπλισμού χρησιμεύει για τη φυσική απομόνωση κυκλωμάτων που μπορεί να παράγουν σπινθήρες ή υψηλές θερμοκρασίες από την εκρηκτική ατμόσφαιρα. Η καταλληλότητα του συστήματος σε αυτό το σενάριο προκύπτει από τη διασταύρωση τριών ιδιοτήτων. Πρώτον, η σκληρυμένη ειδική αντίσταση όγκου και η διηλεκτρική αντοχή (26–28 kV/mm, πλάκα 2 mm) παρέχουν ένα επαρκές μονωτικό φράγμα μέσω του εγκλεισμού. Δεύτερον, η χαμηλή απορρόφηση νερού καθιστά το εγκλεισμένο μέρος ανθεκτικό σε μειώσεις της αντίστασης μόνωσης ή επιφανειακής διαρροής που προκαλούνται από την απορρόφηση υγρασίας κατά τη μακροχρόνια χρήση. Τρίτον, η ταξινόμηση αναφλεκτότητας UL 94 V0 και ο υψηλός δείκτης οξυγόνου μειώνουν τον κίνδυνο ο εγκλεισμός να λειτουργήσει ως πηγή ανάφλεξης ή διαδρομή διάδοσης φλόγας. Το TDS αναφέρει ρητά "ηλεκτρικές συσκευές που λειτουργούν σε δυνητικά εκρηκτικό περιβάλλον" ως βασική εφαρμογή, και στη βιομηχανική πρακτική το σύστημα αξιολογείται συχνά ως υποψήφιο εποξειδικό για σχέδια εγκλεισμού ανθεκτικού σε εκρήξεις (Ex m).

Η αξία του Araldite CW 1302 / Aradur HY 1300 σε μετασχηματιστές ξηρού τύπου σιδηροδρόμων και σε εγκλεισμούς ηλεκτρικών συσκευών ανθεκτικών σε εκρήξεις δεν έγκειται σε μια ακραία τιμή οποιασδήποτε μεμονωμένης ιδιότητας, αλλά στην ισορροπία που επιτυγχάνει μεταξύ θερμικής κατηγορίας, συμμόρφωσης με πυρασφάλεια, ηλεκτρικής μόνωσης, χαμηλής απορρόφησης υγρασίας και ενός εφικτού παραθύρου επεξεργασίας. Οι UL 1446 Class 180 (H) και EN 45545-2 HL2/HL3 καθορίζουν επαληθευμένες από τρίτους βάσεις απόδοσης από τις οπτικές γωνίες της μακροχρόνιας θερμικής γήρανσης και της σιδηροδρομικής πυρασφάλειας, αντίστοιχα. Η διαδικασία χύτευσης υπό κενό μεταφράζει το χαμηλό δυναμικό κενών και τη σταθερότητα διασποράς του πληρωτικού του συστήματος σε πρακτική αντίσταση μερικής εκφόρτισης της μόνωσης του τυλίγματος. Η χαμηλή απορρόφηση νερού και το υψηλό CTI παρέχουν πλεονασμό σε επίπεδο υλικού για μακροχρόνια αξιοπιστία μόνωσης υπό υγρές, μολυσμένες ή εκρηκτικές ατμόσφαιρες. Για ξηρού τύπου μετασχηματιστές μικρού έως μεσαίου μεγέθους και ηλεκτρικές μονάδες ανθεκτικές σε εκρήξεις που πρέπει ταυτόχρονα να ικανοποιούν τη διαχείριση θερμότητας, την πυρασφάλεια και την ηλεκτρική απομόνωση εντός περιορισμένων όγκων, αυτό το σύστημα προσφέρει μια επιλογή εγκλεισμού που υποστηρίζεται από δεδομένα βάσει προτύπων.