Külgumivahik kõrgepingevoolu izolatorites: omadused klassifitseerimine ja rakendused

Alates 19. sajandi teisest poolest olid kõrgepinge elektrijaamade jaoks ainult sobivad eristusmaterjalid keramiika ja klaas. Alates 1940ndatest, kui polümeerimaterjalid ilmusid, ei olnud enam keramiik ja klaas esimesed valikud, mille tõttu Euroopa ja Ameerika riigid alustasid polümeerieristike uurimist. Seejärel viidi laiaulatuslikke uuringuid läbi eristite füüsikaliste omaduste, elektriliste iseloomulikkuste, pikaajalise usaldusväärsuse ja optimaalsete kuju kohta ning tootmise efektiivsus jätkas kasvamist.

Kõrgemolekulaarmaterjalides, mis võivad asendada keramiikat ja klaasi, on silikoongummi näidanud praktikatööd alates 1960ndatest ja on eristanud end teiste polümeeride seas. Silikoongummi eristikud pakuvad mitmeid eeliseid keramiikeristike suhtes: esiteks, need on kehvad, lihtsad kasutamiseks ja ohutumad; teiseks, keramiikeristikud on tõenäolisemad lõhkedeks muutuda jõupingete korral, samas kui silikoongummiristikud suudavad tõhusalt vastu seista mehaanilistele jõududele, nagu sõidukide kokkupõrked postidega.

Kuigi teised polümeerimaterjalid kaanevad mainitud eeliseid, põhjustab vaid silikoongummi minimaalse keskkonnaseisu saastumise. Polümeerieristikud on veekindlad, mis takistab vedeliku lekke ja pinnapoolikut, mida tekkitaks vee pisikesed. Lisaks taastub silikoongummiristike hidrofoobne omadus kiiremini kui teiste polümeerieristike, mis muudab neid kestva materjaliks, mida saab pikas perspektiivis kasutada raskestes tingimustes. See artikkel selgitab silikoongummi iseloomulikkusi kõrgepinge elektrieristuses ja tutvustab hiljuti arenenud trende.

1 Silikoongummi iseloomulikkused

1.1 Siiloksiinüühendi keemilised iseloomulikkused

1.1.1 Keemiliselt stabiilne side

Silikoongummi baas koosneb siiloksiinü (Si-O) sidemest. Tõenäosuse suure erinevuse tõttu Si (1.8) ja O (3.5) vahel moodustatakse polariseeritud struktuur, nagu näidatud joonisel 1 (puudub), mis näitab ioonsideliku iseloomulikkust. Seetõttu on Si-O sideenergia kõrgem kui C-C (vt tabel 1). Lisaks: (1) peamise joone ioonilise iseloomu tõttu on metüül C-H rühmade poolt sidekettes vähenev poolus, mis muudab need vähem tundlikuks teiste molekulide rünnakute suhtes, nii et see annab välja imelikult keemilise stabiilsuse; (2) kuna Si ei moodusta hõlpsasti topelt- või kolmekordseid sidemeid, on peamine joon vähem tõenäoline lahku minema, ja Si-C sidemed on seega väga stabiilsed, mis veelgi parandab silikoongummi baasjoone stabiilsust.

1.1.2 Kõrge paindlikkusega polümeer

Siiloksiinü (Si-O-Si) side nurgad on suured (130°–160°), mis annab neile suurema vabaduse kui orgaanilistele polümeeridele (C-C side nurgad ~110°). Lisaks on Si-O sidemepikkus (1.64 Å) pikem kui C-C (1.5 Å). See tähendab, et üldine polümeerimolekul on lihtsam liigutada ja muuta.

1.1.3 Helitseline struktuur

Tänu polüsiiloksiinü helitselisele struktuurile on siiloksiinü sidemed peamisel joonel tuvastatud iooniattraktioni tõttu, samas kui väljaspool on metüülgrupid, mis omavad nõrga intermolekulärsete suhete, mis tuletab nõrga intermolekulärsete jõudude.

1.2 Silikoongummi omadused

Põhinedes 1.1 lõigu kirjeldatud keemilistel iseloomulikkustel, omab silikoongummi järgmisi omadusi, mis sobivad kõrgepinge elektrieristuseks.

1.2.1 Soojus- ja külmakindlus

Tänu kõrge sideenergiale ja imelikule keemilisele stabiilsusele on silikoongummi parem soojuskindlus kui orgaanilistel polümeeridel. Lisaks nõrga intermolekulärase jõudude tõttu on tal madal külglasteemperatuur ja imelik külmakindlus. Seetõttu on tema töövõime stabiilne, olenemata geograafilisest piirkonnast, kus seda kasutatakse.

1.2.2 Veekindlus

Polüsiiloksiinü pinna moodustavad metüülgrupid, mis andvad sellele hidrofoobseid omadusi ja seega imelikku veekindlust.

1.2.3 Elektrilised omadused

Silikoongummis on vähem süsinikatomide kui orgaanilistes polümeerides, mis annab imeliku arku- ja jälgkindluse. Lisaks, isegi põletades, moodustab see insuleeriva silikooni, mis tagab imeliku elektrilise eristuse.

1.2.4 Ilmaringluskindlus

Nagu tabel 1 näitab, on siiloksiini sideenergia kõrgem kui ultraviolett (UV) valguse energia, mis muudab selle vastupidavaks UV-põhisele vananemisele. Kiirendatud ozoonivastavuse testides lõhkenevad orgaanilised polümeerid sekundites kuni tundides, samas kui silikoongummi näitab nelja nädala vananemise järel vaid väikese tugevuse vähenemist ja lõhked pole nähtavad, mis näitab imelikku ozoonivastavust (vt tabel 2). Sademehit on segatud iooniline lahustik, mille pH on umbes 5.6. Tehti 500x konsentreeritud künstliku sademehi testimine tabelis 3 loetletud lahustikuga. Silikoongummil on imelik kemikaalivastavus, nagu tabel 4 näitab. Kuigi segatud lahustikute, nagu sademehi, kontrolli all olekus võib toimuda mingi muutus, oodatakse, et mõju on minimaalne.

Märkus: Ruumitemperatuuril, 200 ppm ozoonikonsentratsiooniga ja 50% venituspinge, mis on rakendatud gummile, ei ilmnu selle pinna lõhked isegi 28 päeva vananemise järel.

Ühik: g 2 L deioniseeritud veega.

1.2.5 Püsiv muutus

Silikoongummi omab paremaid püsiva muutuse omadusi (kaasa arvatud püsiv pikendus ja kompressioonikomplekt) nii ruumitemperatuuril kui ka kõrgematel temperatuuridel võrreldes orgaaniliste polümeeridega.

2 Silikoongummi klassifitseerimine

Silikoongummi saab klassifitseerida kõvasse ja vedelasse tüüpi vulkaniseerimise enne staatuse järgi, ja peroksüüdi vulkaniseerimise, lisamise vulkaniseerimise ja kondenseerimise vulkaniseerimise tüüpi vulkaniseerimismeetodite järgi. Peamised erinevused kõva ja vedela silikoongummi vahel on polüsiiloksiinü molekulmass. Kõva silikoongummi saab vulkaniseerida nii peroksüüdi vulkaniseerimise kui ka lisamise vulkaniseerimise meetodite abil, ja seda tavaliselt nimetatakse kõrgetemperatuuril vulkaniseeritavaks kummiks (HTV) või soojusvulkaniseeritavaks kummiks (HCR) (vt tabelid 5 ja 6).

Kuigi vedel silikoongummi, mis on vulkaniseeritud lisamise reaktsiooniga, saab vulkaniseerida ka ruumitemperatuuril, määratakse see vedelaks silikoongummi (LSR), madalatemperatuuril vulkaniseeritavaks kummiks (LTV) või kahekomponentseks ruumitemperatuuril vulkaniseeritavaks kummiks (RTV), sõltuvalt töötlemismeetodist ja vulkaniseerimistemperatuurist. Polümeerieristike tootmisel kasutatakse tavaliselt injektsioonimoldimist ja kastmineetodit.