Sedert die tweede helfte van die 19de eeu was keramiek en glas die enigste insuleringsmateriaal wat geskik was vir hoogspanningskragoorvoerlyne. Vanaf die 1940's, met die opkoms van polimeermateriaal, was keramiek en glas nie meer die voorkeurlike keuses nie, wat lande in Europa en Amerika begin het om polymeerinsulators te ondersoek. Daarna is uitgebreide studies oor fisiese eienskappe, elektriese kenmerke, langtermynbetroubaarheid en optimale vorms van elektriese insulators gedoen, en produksie-effektiwiteit het voortdurend verbeter.
Onder hoë-molekulêre materiaal wat keramiek en glas kan vervang, het silikonrubber sedert die 1960's praktiese toepassingsprestasie getoon en onder verskeie polymeer-uitgawes uitgesteen. Silikonrubber-insulators bied verskeie voordele oor keramiese insulators: eerste, hulle is lig, maklik om te hanteer, en veiliger; tweede, keramiese insulators is vatbaar vir spalkking onder impak, terwyl silikonrubber-insulators effektief mekaniese skok soos voertuigbotsings met utiliteitspale kan weerstaan.
Alhoewel ander polymeermateriaal ook die bogenoemde voordele het, veroorsaak slegs silikonrubber minimale omgewingsvervuiling. Polymeerinsulators is waterbestendig, wat lekstroming en oppervlakboog veroorsaak deur waterdruppels verhoed. Bovendien herstel die hydrofobisiteit van silikonrubber-insulators vinniger as by ander polymeerinsulators, wat dit 'n duurzaam materiaal maak wat geskik is vir langtermyn gebruik in swaar omgewings. Hierdie artikel verduidelik die eienskappe van silikonrubber wat gebruik word in hoogspanningselektriese insulasie en stel onlangse ontwikkelingstendense voor.
1 Eienskappe van Silikonrubber
1.1 Chemiese Eienskappe van die Siloxaanbinding
1.1.1 Chemies Stabiliseerde Binding
Die ruggraat van silikonrubber bestaan uit siloxaan (Si-O) bindings. As gevolg van die beduidende verskil in elektro-negativiteit tussen Si (1.8) en O (3.5), word 'n gepolariseerde struktuur gevorm, soos in Figuur 1 (weggelate) getoon, wat ioniese bindingkenmerke vertoon. Gevolglik is die bindenergie van Si-O hoër as dié van C-C (sien Tabel 1). Verder: (1) as gevolg van die ioniese aard van die hoofketting, word die polariteit van die metiel C-H groepe in die sykettings verminder, wat hulle minder vatbaar maak vir aanval deur ander molekules, wat uiteindelik in uitstekende chemiese stabiliteit resulter; (2) aangesien Si nie gemaklik dubbels of driedubbele bindings vorm nie, is die hoofketting minder geneig tot dekomposisie, en Si-C bindings is gevolglik baie stabiel, wat die stabiliteit van die silikonrubber-ruggraat verder versterk.
1.1.2 Hoë Buigsame Polimeer
Die bindhoek van siloxaan (Si-O-Si) is groot (130°–160°), wat dit hoër vryheid gee as organiese polimeer (C-C bindhoek ~110°). Daarbenewens is die Si-O bindlengte (1.64 Å) langer as dié van C-C (1.5 Å). Dit beteken dat die algehele polimeermolekuul meer mobiliteit het en makliker te verander is.
1.1.3 Helikale Struktuur
As gevolg van die helikale struktuur van polysiloxaan, word die siloxaanbindings op die hoofketting binne getrek deur ioniese aantrekkingskrag, terwyl die buitekant bestaan uit metielgroep met swak intermolekulêre interaksies, wat swak intermolekulêre kragte tot gevolg het.
1.2 Eienskappe van Silikonrubber
Gebaseer op die chemiese eienskappe beskryf in Afdeling 1.1, het silikonrubber die volgende eienskappe wat geskik is vir hoogspanningselektriese insulasie.
1.2.1 Hitte- en Koudbestendigheid
As gevolg van sy hoë bindenergie en uitstekende chemiese stabiliteit, het silikonrubber beter hittebestendigheid as organiese polimeer. Daarbenewens, as gevolg van swak intermolekulêre kragte, het dit 'n lae glas-oorgangs temperatuur en uitstekende koudbestendigheid. Derhalwe bly sy prestasie stabiel, ongeag die geografiese gebied waarin dit gebruik word.
1.2.2 Waterbestendigheid
Die oppervlak van polysiloxaan bestaan uit metielgroep, wat dit hydrofobiese eienskappe gee en dus uitstekende waterbestendigheid.
1.2.3 Elektriese Eienskappe
Silikonrubber bevat minder koolstofatome as organiese polimeer, wat lei tot uitstekende boog- en spoorbestendigheid. Bovendien, selfs wanneer dit verbrand word, vorm dit insulerende silika, wat verdere verseker dat dit uitstekende elektriese insulasievermoë het.
1.2.4 Weervervaarlikheid
Soos in Tabel 1 getoon, is die bindenergie van siloxaan hoër as die energie van ultraviolette (UV) lig, wat dit weerstand bied teen UV-veroudering. In versnelde ozonbestendigheidstoetse, krak organiese polimeer binne sekondes tot ure, terwyl silikonrubber slegs 'n ligte vermindering in sterkte wys na vier weke se ouderdom, sonder dat enige kraking waargeneem word, wat uitstekende ozonbestendigheid aandui (sien Tabel 2). Suurreen is 'n gemengde ioniese oplossing met 'n pH van ongeveer 5.6. 'n 500x gekonsentreerde kunsmatige suurreen-toets is gedoen met die oplossing in Tabel 3. Silikonrubber wys uitstekende chemiese bestendigheid soos in Tabel 4 getoon. Alhoewel blootstelling aan gemengde oplossings soos suurreen sommige veranderinge mag veroorsaak, word die impak verwag om minimaal te wees.
Nota: By kamertemperatuur, met 'n ozonkonsentrasie van 200 ppm en 'n 50% trekspanning toegepas op die rubber, wys die oppervlak geen kraking selfs na 28 dae se ouderdom nie.
Eenheid: g per 2 L destilleerde water.
1.2.5 Permanente Vervorming
Silikonrubber wys beter permanente vervormingeienskappe (insluitend permanente uitrekking en kompressie-set) by beide kamertemperatuur en verhoogde temperature in vergelyking met organiese polimeer.
2 Indeling van Silikonrubber
Silikonrubber kan ingedeel word in soliede en vloeibare tipes op grond van sy toestand voor vulkanisasie, en in peroxide-vulkanisering, addisie-vulkanisering, en kondensasie-vulkanisering tipes op grond van die vulkaniseringsmekanisme. Die hoofverskil tussen soliede en vloeibare silikonrubber lê in die molekulêre massa van die polysiloxaan. Soliede silikonrubber kan via peroxide-vulkanisering of addisie-vulkanisering vulkaniseer word, en word algemeen as hoë-temperatuur vulkaniseerbare rubber (HTV) of hitte-gestookte rubber (HCR) (sien Tabelle 5 en 6) aangedui.
Alhoewel vloeibare silikonrubber wat deur addisie-reactie vulkaniseer word, ook by kamertemperatuur kan vulkaniseer, word dit aangedui as vloeibare silikonrubber (LSR), lae-temperatuur vulkaniseerbare rubber (LTV), of twee-komponente kamertemperatuur vulkaniseerbare rubber (RTV), afhangende van die verwerkingsmetode en vulkaniserings temperatuur. In die vervaardiging van polymeerinsulators, word inspuitgieting en gieting algemeen gebruik.
Een-komponente kondensasietipe (vochtkure) silikonrubber kan in konstruksiese sealants, sowel as in elektriese en elektroniese produkte gebruik word. In elektriese toepassings, word oplosmiddel-verslagte kamertemperatuur vulkaniseerbare (RTV) silikonrubber coatings algemeen op keramiese insulators gespuit as beskermingsmateriaal.
2.1 Silikonrubber met Aluminiumtrihydroxide (ATH)
Silikonrubber met goeie spoorspoor- en boogbestendigheid kan verkry word deur 'n hoë belading van aluminiumtrihydroxide (ATH) in te sluit. Silikonrubber gevul met 50 dele per massa ATH wys aanvaarbare weerstand teen hoogspannings (4.5 kV) spoor, saam met uitstekende boogbestendigheid, weervervaarlikheid, soutmistbestendigheid, en suurreenbestendigheid, wat dit geskik maak as insulatiemateriaal in areas met ernstige soutmist. Egter, as gevolg van die hoë ATH-belading, ly hierdie materiaal onder hoë viskositeit (slegte plastisiteit) en lae meganiese sterkte.
2.2 Silikonrubber sonder Aluminiumtrihydroxide (ATH)
In inlandsareas van Europa en soortgelyke regions met minimale soutmist en lae verontreinigingsvlakke, kan silikonrubber sonder ATH-vuller gebruik word. In sulke gevalle kan die passende keuse van die basis silikonrubber, oppervlakte behandeling van fumed silika, en die byvoeging van samensettingmiddels wat spoorbestendigheid verhoog, die hydrofobisiteit verbeter om hoogspannings-spoorbestendigheid vereistes te bevredig. In vergelyking met ATH-gevulde silikonrubber, het hierdie tipe laer viskositeit en beter meganiese en elektriese eienskappe.
2.3 Vir Buitekabeltoebehore
Aangesien buitekabeltoebehore blootgestel is aan swaar omgewings, moet hulle goeie spoorbestendigheid hê. Materiale met lae permanente uitrekking kan bereik word deur polymeer met geoptimeerde kruislingdigdigtheid te gebruik, geskik vir omgewingstemperatuur insnoering (kou-insnoering) produkte.
2.4 Vir Binnekabeltoebehore
Binnenkabeltoebehore is onwaarskynlik om deur soutmist beïnvloed te word, so spoorbestendigheid word dikwels nie vereis nie. Egter, wanneer dit gebruik word in omgewingstemperatuur insnoering (kou-insnoering) toepassings, is lae permanente vervormingeienskappe steeds nodig.
2.5 Beslaag Toepassings
Silikonrubber beslae op heftig verontreinigde areas kan goeie hydrofobisiteit oor die lang termyn handhaaf. Beslae kan ook op reeds geïnstalleerde insulators aangebring word op grond van verontreinigingsvlakke, wat voortgesette diens en kostebesparings moontlik maak. Onlangse rapporte dui daarop dat die beslaan van silikonrubber insulators die behoud van hydrofobisiteit verder kan verhoog. Tans bestaan daar twee hooftipes: beslae insulators en rubber-tipe insulators.
3 Gevolgtrekking
Hierdie artikel het silikonrubbermateriaal vir polymeerinsulators bekendgestel. Ongoing navorsing en toetse word deur verskeie instellings en vervaardigers gedoen. As hoë betroubaarheid kan gedemonstreer word deur duurzaamheid en ander prestasietoetse, word die toepassing van silikonrubber insulators verwag om verder te breë.