Vật liệu cách nhiệt và an toàn thiết bị gia dụng

Vật liệu cách nhiệt và an toàn thiết bị gia dụng

1. Tính năng của vật liệu cách nhiệt
Việc sử dụng vật liệu cách điện trong các thiết bị gia dụng có liên quan đến chất lượng và hiệu suất của các sản phẩm điện nên không thể nghi ngờ rằng vật liệu cách điện đóng vai trò quan trọng trong các sản phẩm điện. Thiết bị gia dụng có nhiều loại và mỗi sản phẩm lại có những yêu cầu khác nhau về vật liệu cách nhiệt. Tuy nhiên, để đảm bảo an toàn cho các thiết bị gia dụng, vật liệu cách nhiệt dùng trong thiết bị gia dụng cần đáp ứng các yêu cầu sau:

A. Tính chất điện môi tốt
Các đặc tính điện môi của vật liệu cách điện, bao gồm điện trở, dòng điện rò, hằng số điện môi, cường độ điện môi, tổn thất điện môi, v.v., được sử dụng để thể hiện sự thay đổi về đặc tính điện môi và chất lượng cách điện trong điều kiện điện áp đặt vào. Bất kỳ vật liệu cách điện nào cũng sẽ có dòng điện rò rỉ chạy qua vật liệu cách điện khi đặt điện áp vào. Trong quá trình này, điện trở mà dòng điện gặp phải trên bề mặt vật liệu cách điện là điện trở bề mặt và giá trị điện trở của nó thường nằm trong khoảng 107 ~ 108Ω; khi đi qua vật liệu cách điện Điện trở mà môi trường gặp phải là điện trở thể tích. Trong cùng điều kiện, điện trở khối lớn hơn điện trở bề mặt. Hằng số điện môi là độ tăng điện dung giữa hai bản khi có chất điện môi và điện dung ở trạng thái chân không. Khả năng của vật liệu cách điện chống lại sự cố điện được gọi là cường độ điện, trong khi tổn thất điện môi là năng lượng điện tiêu thụ khi làm nóng chất điện môi dưới điện áp đặt vào. Trong sử dụng hàng ngày, bụi hoặc hơi ẩm có thể ảnh hưởng đến tính chất điện môi của vật liệu cách điện.

b. Khả năng chịu nhiệt tốt và đặc tính chống cháy
Trong quá trình sử dụng các thiết bị điện, do dòng điện chạy liên tục, sử dụng lâu dài không gián đoạn sẽ khiến nhiệt độ của các thiết bị điện tăng cao. Khi nhiệt độ bên ngoài của vật liệu cách điện tăng lên, độ dẫn điện của chính nó sẽ tăng lên và sự suy giảm hiệu suất cách điện sẽ giảm đáng kể. Do đó, có nguy cơ vật liệu cách nhiệt bị mềm và bắt lửa, có thể gây hư hỏng nghiêm trọng cho toàn bộ thiết bị hoặc thậm chí toàn bộ hệ thống mạch điện đang được sử dụng. Vì vậy, ngoài những đặc tính chống chịu cơ bản, vật liệu cách nhiệt còn phải có khả năng chịu nhiệt, chống cháy ở nhiệt độ cao.

C. Đặc tính chống lão hóa tốt
Khi vật liệu cách nhiệt bị tàn phá bởi nhiệt, điện từ trường, ánh sáng, quá trình oxy hóa, lực cơ học và vi sinh vật trong quá trình sử dụng lâu dài sẽ xảy ra hao mòn. Sự mất giá trị này sẽ dần dần làm suy yếu hiệu suất cách nhiệt và độ bền cách nhiệt của vật liệu cách nhiệt. Điện và nhiệt là hai yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến sự lão hóa của vật liệu cách nhiệt. Do đó, khả năng chống lão hóa của vật liệu cách nhiệt sau khi sử dụng lâu dài ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ của các thiết bị gia dụng.

d. Hiệu suất chống ẩm tốt
Chống ẩm nói chung là một biện pháp phòng ngừa khi sử dụng các sản phẩm điện. Độ ẩm có thể khiến toàn bộ mạch điện bị đoản mạch. Là một môi trường vật lý, vật liệu cách nhiệt có thể tạo ra các vết nứt hoặc mao mạch do quá trình xử lý của chính nó. Nếu môi trường bên ngoài của vật liệu cách nhiệt tương đối ẩm ướt, các phân tử nước có thể xâm nhập vào vật liệu cách nhiệt thông qua các đường nhỏ hoặc lỗ rỗng này. Khi vật liệu cách nhiệt bị ẩm, không chỉ hiệu quả cách nhiệt bị ảnh hưởng mà vật liệu cách nhiệt sẽ dần bị ăn mòn, khiến hiệu suất cách điện của toàn bộ thiết bị điện giảm và chỉ số an toàn cũng giảm.

2. Yêu cầu tiêu chuẩn an toàn
Sự phát triển và phổ biến của các thiết bị gia dụng đã mang lại lợi ích xã hội to lớn. Nó giảm bớt công việc nhà và cho phép người dùng có nhiều thời gian hơn để học tập, giải trí, nghỉ ngơi và có được nhiều tiện lợi. Tuy nhiên, các thiết bị điện cũng mang đến nhiều mối nguy hiểm cho con người: cháy nổ, điện giật, tia độc hại, nhiễu điện từ,… Trong đó, cháy nổ là nguy hiểm nhất và liên quan trực tiếp đến sự an toàn tính mạng, tài sản của con người. Vì vậy, tính năng an toàn của các thiết bị gia dụng là đặc biệt quan trọng. Bộ tiêu chuẩn GB4706 của nước tôi có những quy định nghiêm ngặt về đặc tính an toàn của thiết bị gia dụng. Các yêu cầu an toàn đối với vật liệu cách điện được giải thích dưới đây cùng với các tiêu chuẩn.

(1) Yêu cầu an toàn về hiệu suất điện
Trong các sản phẩm điện, vai trò của vật liệu cách điện là cách ly các bộ phận dẫn điện có điện thế và cực tính khác nhau để chuyển hóa năng lượng. Vật liệu cách điện chịu tác dụng của điện trường trong quá trình hoạt động của các thiết bị điện. Vật liệu cách điện đóng vai trò quyết định ở mức độ nhất định liệu các thiết bị điện có thể hoạt động bình thường hay không. Điện trở suất của vật liệu cách điện càng lớn thì hiệu suất cách điện càng tốt và dòng điện rò càng nhỏ. Chương 13 của GB4706 "Dòng điện rò rỉ và độ bền điện của thiết bị ở nhiệt độ vận hành" quy định việc kiểm tra hiệu suất điện của thiết bị ở nhiệt độ vận hành. Dòng điện rò rỉ thường đề cập đến dòng điện chạy qua các bộ phận cách điện dưới tác động của điện áp DC cao. Việc đo dòng điện rò rỉ về cơ bản giống như đo điện trở cách điện và cả hai đều có thể phản ánh trạng thái cách điện của các sản phẩm điện ở một mức độ nhất định. Chương 29 của tiêu chuẩn giới hạn chỉ số chống rò rỉ của các nhóm vật liệu khác nhau. Thử nghiệm khả năng chống rò rỉ khởi động là một thử nghiệm tăng tốc mô phỏng các điều kiện rất khắc nghiệt để kiểm tra xem vật liệu cách điện có hình thành dấu vết rò rỉ hay không, nhằm phân biệt khả năng của vật liệu cách nhiệt rắn chống lại sự khởi động rò rỉ trong thời gian ngắn và đảm bảo an toàn sử dụng sản phẩm trong điều kiện môi trường cụ thể. Chương 29 của tiêu chuẩn giới hạn chỉ số chống rò rỉ của các nhóm vật liệu khác nhau. Thử nghiệm khả năng chống rò rỉ khởi động là một thử nghiệm tăng tốc mô phỏng các điều kiện rất khắc nghiệt để kiểm tra xem vật liệu cách điện có hình thành dấu vết rò rỉ hay không, nhằm phân biệt khả năng của vật liệu cách nhiệt rắn chống lại sự khởi động rò rỉ trong thời gian ngắn và đảm bảo an toàn sử dụng sản phẩm trong điều kiện môi trường cụ thể. Chương 29 của tiêu chuẩn giới hạn chỉ số chống rò rỉ của các nhóm vật liệu khác nhau. Thử nghiệm khả năng chống rò rỉ khởi động là một thử nghiệm tăng tốc mô phỏng các điều kiện rất khắc nghiệt để kiểm tra xem vật liệu cách điện có hình thành dấu vết rò rỉ hay không, nhằm phân biệt khả năng của vật liệu cách nhiệt rắn chống lại sự khởi động rò rỉ trong thời gian ngắn và đảm bảo an toàn sử dụng sản phẩm trong điều kiện môi trường cụ thể.

(2) Yêu cầu an toàn về tính năng cơ khí
Các bộ phận và kết cấu của chúng làm bằng vật liệu cách điện phải có đủ độ bền cơ học để chống lại các lực bên ngoài. Độ bền cơ học đề cập đến tải trọng tối đa mà một đơn vị diện tích có thể chịu được khi chịu tác động của ngoại lực. Chương 21 của GB4706 tiến hành kiểm tra độ bền cơ học cụ thể và hiệu suất điện của thiết bị sẽ không bị ảnh hưởng sau khi kiểm tra. Điều 21.2 của Tiêu chuẩn chung cũng quy định rằng cách điện rắn của các bộ phận dễ tiếp cận phải đủ bền để tránh bị các dụng cụ sắc nhọn đâm thủng. Vì vậy, không thể bỏ qua tính chất cơ học của vật liệu cách điện.

(3) Yêu cầu an toàn về khả năng chịu nhiệt và chống cháy
Các sản phẩm điện sẽ sinh nhiệt trong quá trình sử dụng bình thường, khiến nhiệt độ gia nhiệt của các bộ phận vật liệu cách điện tăng lên, khiến độ dẫn điện của vật liệu cách điện tăng lên và hiệu suất cách nhiệt giảm. Đồng thời, nếu nhiệt độ quá cao cũng sẽ khiến các bộ phận vật liệu cách điện bị mềm đi. Ngay cả sự lão hóa cũng làm giảm tính chất cơ học của nó; trong một số trường hợp, vật liệu cách nhiệt cũng có thể gây nguy cơ hỏa hoạn. Vì vậy, vật liệu cách nhiệt phải có khả năng chịu nhiệt, chống cháy nhất định để đảm bảo an toàn khi sử dụng. GB4706 Tiêu chuẩn chung 30.1: Đối với các bộ phận bên ngoài làm bằng vật liệu phi kim loại, các bộ phận bằng vật liệu nhựa nhiệt dẻo được sử dụng để hỗ trợ cách điện bổ sung, vật liệu cách điện được gia cố trực tiếp được sử dụng để hỗ trợ các bộ phận mang điện (bao gồm cả đầu nối), sự hư hỏng của chúng có thể khiến thiết bị không tuân thủ tiêu chuẩn này phải có khả năng chịu nhiệt hoàn toàn. Trình độ chuyên môn được xác định bằng cách tiến hành kiểm tra áp suất bóng trên các bộ phận liên quan. Trong Tiêu chuẩn 30.2, các bộ phận bằng vật liệu phi kim loại được sử dụng trong các thiết bị yêu cầu bắt lửa và lan truyền ngọn lửa phải có khả năng chống chịu. Trong số đó, các thử nghiệm 30.2.2 và 30.2.3 là các thử nghiệm đặc biệt được thực hiện trên các thành phần vật liệu cách điện của các mối nối mang dòng điện. Hiệu suất chống cháy của vật liệu cách điện thường được đánh giá thông qua thử nghiệm dây cháy. Trình độ chuyên môn được xác định bằng cách tiến hành kiểm tra áp suất bóng trên các bộ phận liên quan. Trong Tiêu chuẩn 30.2, các bộ phận bằng vật liệu phi kim loại được sử dụng trong các thiết bị yêu cầu bắt lửa và lan truyền ngọn lửa phải có khả năng chống chịu. Trong số đó, các thử nghiệm 30.2.2 và 30.2.3 là các thử nghiệm đặc biệt được thực hiện trên các thành phần vật liệu cách điện của các mối nối mang dòng điện. Hiệu suất chống cháy của vật liệu cách điện thường được đánh giá thông qua thử nghiệm dây cháy. Trình độ chuyên môn được xác định bằng cách tiến hành kiểm tra áp suất bóng trên các bộ phận liên quan. Trong Tiêu chuẩn 30.2, các bộ phận bằng vật liệu phi kim loại được sử dụng trong các thiết bị yêu cầu bắt lửa và lan truyền ngọn lửa phải có khả năng chống chịu. Trong số đó, các thử nghiệm 30.2.2 và 30.2.3 là các thử nghiệm đặc biệt được thực hiện trên các thành phần vật liệu cách điện của các mối nối mang dòng điện. Hiệu suất chống cháy của vật liệu cách điện thường được đánh giá thông qua thử nghiệm dây cháy.

(4) Yêu cầu an toàn chống ẩm
Có các mao mạch và vết nứt nhất định trong các thành phần vật liệu cách nhiệt ở mức độ vi mô. Vì đường kính của các phân tử nước nhỏ hơn nhiều so với các lỗ mao mạch và vết nứt này nên vật liệu cách nhiệt dễ dàng bị các phân tử nước xuyên qua. Các phân tử nước trong hơi ẩm xâm nhập vào vật liệu cách điện thông qua quá trình ngưng tụ, hấp phụ, hấp thụ, khuếch tán, thở, v.v. Sau khi vật liệu cách điện hấp thụ độ ẩm, hiệu suất cách điện sẽ bị suy giảm nghiêm trọng, dẫn đến hiệu suất điện của các sản phẩm điện bị hỏng. Do đó, các sản phẩm điện phải có đủ đặc tính chống ẩm để duy trì hiệu suất điện tốt và bảo vệ an toàn. Chương 15 của GB4706 dành cho các yêu cầu an toàn của các thiết bị khác nhau trong điều kiện ẩm ướt có thể xảy ra.

Tóm lại, hiệu suất của vật liệu cách điện có liên quan chặt chẽ đến đặc tính an toàn của thiết bị gia dụng. Vì vậy, khi lựa chọn vật liệu cách nhiệt cần đảm bảo chất lượng của vật liệu cách nhiệt và xem xét các yếu tố như mục đích sử dụng của các thiết bị gia dụng, từ đó đảm bảo các thiết bị được sử dụng có độ an toàn trung bình và lâu dài.