Silikona Gumbo en Alta-Voltaĵa Izoliloj: Ecoj Klasifikoj kaj Aplikoj

Depost la dua duono de la 19-a jarcento, la nuraj izolmaterialoj taŭgaj por alta-voltaj elektraj transdonlinioj estis ceramiko kaj glaso. Komencante en la 1940-aj jaroj, kun la apero de polimeraj materialoj, ceramiko kaj glaso ne plu estis la preferataj elektoj, kion provokis ke landoj en Eŭropo kaj Ameriko komencis esplori polimerajn izolilojn. Poste, vastaj studoj estis faritaj pri la fizikaj ecoj, elektraj karakterizoj, longdaŭra fidindeco, kaj optimalaj formoj de elektraj izoliloj, kaj la produktiveco daŭre pliboniĝis.

Inter la alta-molekulaĵaj materialoj kapablaj anstataŭigi ceramikon kaj glason, silikona gumo montris praktikan aplikan performon ekde la 1960-aj jaroj kaj elstaris inter diversaj polimeroj. Silikona guma izolilo havas plurajn avantaĝojn super ceramika izolilo: unue, ili estas leviĝaj, facila manĝeblaj, kaj pli sekuraj; due, ceramikaj izoliloj tendencas kraki sub impakto, dum silikona guma izolilo povas efektive rezisti mekanikajn ŝokojn, kiel la kolizio de veturiloj kun utilpostoj.

Ankoraŭ ke aliaj polimeraj materialoj ankaŭ posedas la menciitajn avantaĝojn, nur silikona gumo kaŭzas minimuman ĉirkaŭaĵpollution. Polimeraj izoliloj estas akva-resistaj, evitante fuitan kuranton kaj surfacan arkadon kaŭzitan de akvagutoj. Krome, la hidrofobaeco de silikona guma izolilo rekonstruas pli rapide ol tiu de aliaj polimeraj izoliloj, farante ilin duran materialon taŭgan por longdura uzo en severaj ĉirkaŭaĵoj. Ĉi artikolo klarigas la karakterizojn de silikona gumo uzata por alta-volta elektra izolado kaj prezentas lastatempan evolu-tendenco.

1 Karakterizoj de Silikona Gumo

1.1 Kemaj Karakterizoj de la Siloksano-ligo

1.1.1 Kemie Stabila Ligo

La skeleto de silikona gumo konsistas el siloksana (Si-O) ligoj. Pro la signifa diferenco en elektronegativeco inter Si (1.8) kaj O (3.5), formiĝas polarigita strukturo, kiel montrite en Figuro 1 (omitis), montranta ionligajn karakterizojn. Konsekvence, la ligejoenergio de Si-O estas pli alta ol tiu de C-C (vidu Tablon 1). Plue: (1) pro la iona naturo de la ĉefĉeno, la polarizo de la metilaj C-H grupoj en la flankĉenoj estas malpliigita, igante ilin malpli atakindajn de aliaj molekuloj, do rezultigante eklaran kemian stabilecon; (2) ĉar Si ne facile formas duoblajn aŭ trioblajn ligojn, la ĉefĉeno estas malpli dismetiĝema, kaj la Si-C ligoj estas konsekvence tre stabila, plue plibonigante la stabilecon de la silikona guma skeleto.

1.1.2 Alta Fleksebleca Polimero

La ligan angulo de siloksano (Si-O-Si) estas granda (130°–160°), donante al ĝi pli altan liberecon ol organikaj polimeroj (C-C ligan angulo ~110°). Aldone, la longo de la Si-O ligo (1.64 Å) estas pli longa ol tiu de C-C (1.5 Å). Tio signifas, ke la tuta polimera molekulo estas pli moviĝema kaj pli facile deformiĝas.

1.1.3 Helikala Strukturo

Pro la helikala strukturo de polisiloksano, la siloksana ligoj sur la ĉefĉeno estas traktitaj enen per iona atro, dum la ekstera flanko konsistas el metilaj grupoj kun malfortaj intermolekulaj interagoj, rezultigante malfortajn intermolekulajn fortojn.

1.2 Ecoj de Silikona Gumo

Surbaze de la kemaj karakterizoj priskribitaj en Sekcio 1.1, silikona gumo posesas la jenajn ecojn taŭgajn por alta-volta elektra izolado.

1.2.1 Varma kaj Malvarma Resisto

Pro sia alta ligejoenergio kaj eklara kemia stabileco, silikona gumo havas pli bonan varman resiston ol organikaj polimeroj. Aldone, pro malfortaj intermolekulaj fortoj, ĝi havas malaltan glastemperaturon kaj eklaran malvarman resiston. Do, sia performo restas stabila sendepende de la geografia regiono en kiu ĝi estas uzata.

1.2.2 Akva Resisto

La surfaco de polisiloksano estas komponita el metilaj grupoj, donante al ĝi hidrofobajn ecojn kaj do eklaran akvan resiston.

1.2.3 Elektraj Ecoj

Silikona gumo enhavas pli malplian nombron de karbonatomoj ol organikaj polimeroj, rezultigante eklaran arkresiston kaj trairelan resiston. Krome, eĉ kiam bruligita, ĝi formiĝas insulanta siliko, plue certigante eklaran elektran insuladan performon.

1.2.4 Vetro Resisto

Kiel montrite en Tablo 1, la ligejoenergio de siloksano estas pli alta ol la energio de ultraviolada (UV) lumo, igante ĝin resistan al UV-indukta vetustigo. En akceligitaj ozono-resistaj testoj, organikaj polimeroj krakas en sekundoj ĝis horoj, dum silikona gumo montras nur lepton malpliiĝon de forto post kvar semajnoj de vetustigo, sen krakado, indikante eklaran ozono-resiston (vidu Tablon 2). Acida pluvo estas miksa ioni solvo kun pH ĉirkaŭ 5.6. Testo de 500-foje koncentrita artifika acida pluvo estis farita uzante la solvon listigita en Tablo 3. Silikona gumo montras eklaran kemian resiston kiel montrite en Tablo 4. Kvankam ekspono al miksitaj solvoj kiel acida pluvo povas kaŭzi iujn ŝanĝojn, la efekto estas atendata esti minimuma.

Noto: Je ĉambrotemperaturo, kun ozono-koncentro de 200 ppm kaj 50% tensia streĉo aplikita al la gumo, la surfaco montras neniun krakadon eĉ post 28 tagoj de vetustigo.

Unuo: g por 2 L de dejonizita akvo.

1.2.5 Permana Deformacio

Silikona gumo montras pli bonajn permanajn deformaciajn karakterizojn (inkluzive permanenta elongado kaj kompresi-seto) ĉe ambaŭ ĉambro- kaj altaj temperaturoj kompare al organikaj polimeroj.

2 Klasifikado de Silikona Gumo

Silikona gumo povas esti klasifikita en solidan kaj likvecan tipon bazitan sur sia stato antaŭ vulkanizado, kaj en peroksidan vulkanizadon, aldono-vulkanizadon, kaj kondensacion-vulkanizadon bazitan sur la vulkanizada mekanismo. La ĉefa diferenco inter solida kaj likveca silikona gumo kuŝas en la molekulara pezo de la polisiloksano. Solida silikona gumo povas esti vulkanizita per aŭ peroksidan vulkanizadon aŭ aldono-vulkanizadon, kaj estas ofte referita kiel alta-temperatura vulkaniza gumo (HTV) aŭ varmvulkaniza gumo (HCR) (vidu Tablojn 5 kaj 6).

Ankoraŭ ke likveca silikona gumo kurata per aldono-reago povas ankaŭ vulkanizi je ĉambrotemperaturo, ĝi estas desegnita kiel likveca silikona gumo (LSR), malalta-temperatura vulkaniza gumo (LTV), aŭ du-partiga ĉambrotemperatura vulkaniza gumo (RTV), depende de la procesmetodo kaj vulkaniza temperaturo. En la fabrikado de polimeraj izoliloj, oftaj estas injekci-formado kaj fundado.

Unu-partiga kondensa tipo (humidkurata) silikona gumo povas esti uzata en konstrua sigelado, kiel ankaŭ en elektraj kaj elektronikaj produktoj. En elektraj aplikoj, solvanto-diluita ĉambrotemperatura vulkaniza (RTV) silikona guma revestilo estas ofte sprucita sur ceramikaj izoliloj kiel protektmaterialo.

2.1 Silikona Gumo kun Trihidroksido de Alumio (ATH)

Silikona gumo kun bona trairelan resiston kaj arkresiston povas esti akirita per inkorporado de alta ŝargo de trihidroksido de alumio (ATH). Silikona gumo plenita kun 50 partojn maso de ATH montras akcepteblan resiston al alta-volta (4.5 kV) trairado, kune kun eklara arkresiston, vetroresiston, salbrumresiston, kaj acida-pluvresiston, igante ĝin taŭga kiel izolmaterialo en areoj kun severa salbrumo. Tamen, pro la alta ATH-ŝargo, ĉi materialo suferas de alta vizkoze (malbona plasteco) kaj malalta mekanika forto.

2.2 Silikona Gumo sen Trihidroksido de Alumio (ATH)

En interlandaj areoj de Eŭropo kaj similaj regionoj kun minimuma salbrumo kaj malalta kontamineco, silikona gumo sen ATH-plenaĵo povas esti uzata. En tiaj kazoj, taŭga selektado de la baza silikona gumo, surfaca traktado de fulmo-siliko, kaj adicio de komponaj agentoj kiuj plibonigas trairelan resiston povas plibonigi hidrofobiecon por kontentigi alta-volta traira resista bezonojn. Komparite kun ATH-plena silikona gumo, ĉi tipo havas pli malaltan vizkozecon kaj superan mekanikan kaj elektran ecojn.

2.3 Por Eksteraj Kabelo-Aksesoroj

Ĉar eksteraj kabelo-aksesoroj estas eksponitaj al severaj ĉirkaŭaĵoj, ili devas posedas bonan trairelan resiston. Materialoj kun malalta permana elongado povas esti atingitaj per uzado de polimeroj kun optimigita kruceca denseco, taŭgaj por ĉambrotemperatura ŝrumpilo (malvarma ŝrumpilo) produktoj.

2.4 Por Interaj Kabelo-Aksesoroj

Interaj kabelo-aksesoroj verŝajne ne estos afektitaj de salbrumo, do trairelan resisto ofte ne estas bezonata. Tamen, kiam uzata en ĉambrotemperatura ŝrumpilo (malvarma ŝrumpilo) aplikoj, ankoraŭ necesas malalta permana deformacia karakterizoj.

2.5 Revestilo Aplikoj

Sprucado de silikona guma revestiloj sur forte kontaminataj areoj povas teni bonan hidrofobiecon longe. Revestiloj ankaŭ povas esti aplikitaj al jam instalitaj izoliloj laŭ kontaminec-nivelo, ebligante daŭrigan servon kaj kostsavigoj. Lastatempe, raportoj indikas, ke revestado de silikona guma izoliloj povas plu plibonigi la tenadon de hidrofobieco. Aktuale, ekzistas du ĉefaj tipoj: revestitaj izoliloj kaj guma-tipaj izoliloj.

3 Konkludo

Ĉi artikolo estas enkondukis silikona guma materialojn por polimeraj izoliloj. Diversaj institucioj kaj produtantoj daŭre faras esploradon kaj testadon. Se alta fidindeco povas esti pruvita per daŭro kaj aliaj perform-testoj, la apliko de silikona guma izoliloj estas atendata plu vastiĝi.