Nếu bạn sử dụng tấm silicon gần các linh kiện điện tử mà không biết định mức điện môi của chúng thì bạn đang gặp rủi ro nghiêm trọng.
Tấm silicon có độ bền điện môi cao, thường dao động từ 20 đến 30 kV/mm, khiến chúng trở thành chất cách điện lý tưởng trong các ứng dụng điện và điện tử.
Tôi bắt đầu chú ý đến độ bền điện môi sau khi một khách hàng gặp sự cố đoản mạch trong hộp điều khiển. Hóa ra miếng đệm họ sử dụng không đủ khả năng cách điện. Kinh nghiệm đó đã dạy tôi tầm quan trọng của tính chất điện môi khi làm việc với tấm silicon trong môi trường điện.
Độ bền điện môi trong tấm silicon là gì?
Độ bền điện môi không chỉ là một con số mà còn là sự đảm bảo an toàn.
Độ bền điện môi là điện áp tối đa mà vật liệu có thể chịu được mà không bị đánh thủng; đối với tấm silicon, độ bền điện môi thường nằm trong khoảng 20–30 kV/mm.
Độ bền điện môi được đo bằng kilovolt trên milimét (kV/mm). Chỉ số này cho biết vật liệu có thể chịu được điện áp bao nhiêu trước khi dẫn điện. Silicone có đặc tính cách điện tuyệt vời nhờ cấu trúc phân tử ổn định ngay cả ở nhiệt độ cao và trong môi trường ẩm ướt.
Ví dụ:
- Một tấm silicon được đánh giá ở 25 kV/mm và dày 1 mm có thể chịu được tới 25.000 vôn trước khi hỏng hóc.
- Tấm dày hơn có khả năng chịu điện áp cao hơn, nhưng các yếu tố khác như nhiệt độ và độ ẩm vẫn ảnh hưởng đến hiệu suất.
Khi tôi làm việc trên hệ thống chiếu sáng LED, chúng tôi đã sử dụng miếng đệm silicon 2mm với độ bền điện môi 24 kV/mm. Nó vừa cách nhiệt vừa cách điện trong một lớp, giúp tiết kiệm không gian và giảm số lượng linh kiện.
Tại sao silicone được ưa chuộng để cách điện?
Tôi đã từng dùng PVC để cách nhiệt—cho đến khi nó bị nứt dưới tác động của nhiệt. Đó là lúc tôi chuyển sang dùng silicon và không bao giờ hối hận nữa.
Silicone được ưa chuộng trong hệ thống điện vì nó duy trì tính chất cách điện trong phạm vi nhiệt độ rộng và không bị phân hủy dưới tia UV hoặc độ ẩm.
Không giống như các loại polymer khác, silicone không bị cacbon hóa hoặc tan chảy khi tiếp xúc với nhiệt độ cao. Đó là lý do tại sao nó lý tưởng cho các môi trường có cả nhiệt và điện, chẳng hạn như:
- Hộp phân phối điện
- Bảng điều khiển
- Cuộn dây động cơ
- Đầu nối điện áp cao
Sau đây là một so sánh nhanh:
| Vật liệu | Độ bền điện môi (kV/mm) | Khả năng chịu nhiệt | Uyển chuyển | Chống tia cực tím |
|---|---|---|---|---|
| Silicon | 20–30 | –60°C đến +230°C | Xuất sắc | Xuất sắc |
| Nhựa PVC | 10–18 | –20°C đến +70°C | Nghèo | Nghèo |
| Cao su (EPDM) | 10–15 | –40°C đến +120°C | Tốt | Hội chợ |
Tôi khuyên dùng tấm silicon để bịt kín điện bất cứ khi nào hệ thống cần nhiệt, tiếp xúc với tia UV hoặc cần hoạt động liên tục. Chi phí ban đầu cao hơn—nhưng độ bền lại cao hơn nhiều.
Độ bền điện môi trong silicon được đo như thế nào?
Trước khi tin tưởng vào bất kỳ thông số kỹ thuật nào của nhà cung cấp, tôi phải tìm hiểu cách kiểm tra những con số này.
Độ bền điện môi được đo bằng cách tăng điện áp trên một tấm silicon cho đến khi xảy ra hiện tượng đánh thủng điện - theo tiêu chuẩn ASTM D149 hoặc IEC 60243.
Quy trình chuẩn bao gồm:
- Sử dụng hai điện cực kim loại ở cả hai mặt của mẫu silicon
- Áp dụng điện áp dần dần cho đến khi xảy ra hồ quang điện hoặc thủng
- Ghi lại điện áp và chia cho độ dày vật liệu để có được kV/mm
Một số yếu tố ảnh hưởng đến kết quả:
- Độ dày vật liệu: Các mẫu mỏng hơn cho thấy giá trị kV/mm cao hơn
- Độ ẩm và tình trạng bề mặt: Độ ẩm hoặc chất gây ô nhiễm có thể làm giảm khả năng cách nhiệt
- Nhiệt độ:Thử nghiệm thường được thực hiện ở nhiệt độ 23°C trừ khi có quy định khác
Luôn kiểm tra xem độ bền điện môi được trích dẫn là kết quả thử nghiệm trung bình, tối thiểu hay ban đầu. Tôi đã từng bị nhà cung cấp phát hiện chỉ đưa ra giá trị trong phòng thí nghiệm chứ không phải định mức vật liệu sản xuất thực tế.
Những ứng dụng nào phụ thuộc vào mức điện môi của Silicone?
Một trong những khách hàng của tôi cần một miếng đệm nhiệt cho hệ thống quản lý pin—nhưng cũng cần cách điện. Silicone đáp ứng cả hai yêu cầu.
Các ứng dụng như máy biến áp, thiết bị đóng cắt, nguồn điện và xe điện đều dựa vào độ bền điện môi của silicon để cách điện và đảm bảo an toàn.
Sau đây là một số ví dụ:
- Máy biến áp: Làm lớp cách điện giữa các cuộn dây và vỏ bọc
- Động cơ điện: Dành cho lớp lót khe và bảo vệ đầu cuối
- Tấm pin mặt trời: Là lớp nền không dẫn điện, chống chịu thời tiết
- Hệ thống pin EV: Miếng đệm silicon tách rời các mô-đun và ngăn ngừa đoản mạch
Cá nhân tôi đã sử dụng tấm silicon trong:
- Bảng điều khiển trong máy móc thực phẩm công nghiệp
- Tủ biến tần cao áp
- Xe điện di động—dưới ghế và nắp pin
Đối với tất cả những mục đích này, một tấm kim loại vừa có khả năng cách nhiệt vừa có khả năng bảo vệ điện, giúp giảm số lượng bộ phận và thời gian lắp đặt.
Độ dày và độ cứng nào là tốt nhất cho vật liệu cách điện?
Tôi đã từng mắc sai lầm khi dùng tấm kim loại mềm dày 1mm cho miếng đệm điện áp cao. Nó bị nén quá nhiều và không đạt bài kiểm tra cách điện.
Để cách điện hiệu quả, hãy sử dụng tấm silicon dày từ 1–3 mm với độ cứng Shore A từ 50–70, tùy thuộc vào điều kiện áp suất và nhiệt độ.
Độ dày ảnh hưởng đến cả độ bền cơ học và khả năng cách điện. Dưới đây là thông tin tham khảo cơ bản:
| Độ dày (mm) | Xếp hạng điện môi điển hình (kV) | Trường hợp sử dụng |
|---|---|---|
| 0,5 mm | ~12–15 kV | Thiết bị điện tử điện áp thấp |
| 1 mm | ~20–25 kV | Bảng điều khiển, cách điện pin |
| 2 mm | ~35–40 kV | Vỏ bọc điện áp cao |
| 3 mm | ~50+ kV | Máy biến áp, cuộn dây động cơ |
Độ cứng ảnh hưởng đến khả năng nén. Nếu silicon quá mềm, nó có thể bị biến dạng dưới tải trọng và làm giảm khoảng cách giữa các bộ phận dẫn điện. Đối với hầu hết các ứng dụng điện, 60 Bờ A là giải pháp trung gian an toàn.
Luôn yêu cầu nhà cung cấp cung cấp dữ liệu thử nghiệm điện môi được chứng nhận dựa trên độ dày thực tế—không chỉ là giá trị lý thuyết.
Làm thế nào để chọn được tấm silicon đáng tin cậy cho mục đích điện?
Tôi đã từng mua những tấm silicon giá rẻ từ một nhà cung cấp chung—sau đó không vượt qua được bài kiểm tra UL vì lớp cách điện bị hỏng ở mức 15 kV.
Chọn tấm silicon từ các nhà cung cấp được chứng nhận, có báo cáo thử nghiệm, chất lượng đồng nhất và các tùy chọn tùy chỉnh cho các ứng dụng điện.
Sau đây là những gì tôi yêu cầu từ bất kỳ nhà cung cấp nào:
- Đã thử nghiệm theo tiêu chuẩn ASTM D149 hoặc IEC
- Xếp hạng ngọn lửa UL 94 V-0 (để đảm bảo an toàn phòng cháy chữa cháy)
- Có sẵn nhiều độ dày và tùy chọn độ cứng khác nhau
- Được hỗ trợ kỹ thuật
- Tùy chọn lớp nền dính hoặc dẫn nhiệt
RuiYang Silicone sản xuất tấm silicone được thiết kế chuyên biệt cho các ứng dụng điện. Sản phẩm của chúng tôi đã được kiểm tra độ bền điện môi, đáp ứng các tiêu chuẩn chống cháy và có sẵn các tùy chọn cắt theo kích thước. Cho dù bạn đang xây dựng bảng điều khiển, pin EV hay hệ thống điện công nghiệp, chúng tôi đều có tấm silicone phù hợp.
Phần kết luận
Tấm silicon có độ bền điện môi cao mang lại khả năng cách điện đáng tin cậy và lâu dài cho các ứng dụng điện và điện áp cao.
