Gumê Silikoniyan di İzlazên Bajarî yên Bilindayê de: Xasîyên, Klasifikasyonan û Teyaran

Daha 19'uncu yüzyılın ikinci yarısından beri, yüksek gerilimli elektrik hatları için uygun yalıtım malzemeleri sadece seramik ve cam olmuştur. 1940'lardan itibaren polimer malzemelerin ortaya çıkmasıyla, seramik ve cam tercih edilen seçenekler olmaktan çıkmış, Avrupa ve Amerika'daki ülkeler polimer izolatörler üzerinde araştırma yapmaya başlamıştır. Daha sonra, elektrik izolatörlerinin fiziksel özellikleri, elektriksel karakteristikleri, uzun vadeli güvenilirliği ve en iyi şekilleri üzerinde kapsamlı çalışmalar yapılmış ve üretim verimliliği sürekli olarak artmıştır.

Seramik ve camı değiştirebilecek yüksek moleküler ağırlıklı malzemeler arasında, silikon kauçuk 1960'lardan beri pratik uygulama performansı göstermiş ve çeşitli polimerler arasında öne çıkmıştır. Silikon kauçuk izolatörler, seramik izolatörlere göre birkaç avantaja sahiptir: İlk olarak, hafif, kolay kullanılır ve daha güvencedir; İkincisi, seramik izolatörler darbe altında çatlama eğilimindedir, ancak silikon kauçuk izolatörler araçların direklerle çarpışması gibi mekanik şoklara etkili bir şekilde dayanabilir.

Diğer polimer malzemeler de yukarıda belirtilen avantajlara sahip olmakla birlikte, sadece silikon kauçuk çevresel kirliliğe neden olan az miktarda zararlı madde salgılar. Polimer izolatörler suya karşı dayanıklıdır, bu da su damlacıkları nedeniyle sızıntı akımı ve yüzey arkı oluşmasını önler. Ayrıca, silikon kauçuk izolatörlerin hidrofobik özelliği diğer polimer izolatörlere kıyasla daha hızlı geri kazanır, bu onları sert çevre koşullarında uzun süreli kullanım için dayanıklı bir malzeme haline getirir. Bu makale, yüksek gerilimli elektrik yalıtımı için kullanılan silikon kauçuğun özelliklerini açıklıyor ve son gelişmeleri tanıtmaktadır.

1 Silikon Kauçuğun Özellikleri

1.1 Siloksan Bağının Kimyasal Özellikleri

1.1.1 Kimyasal Stabil Bağ

Silikon kauçuğun ana yapısı siloksan (Si-O) bağlarından oluşur. Si (1.8) ve O (3.5) arasındaki elektronegatiflik farkının önemli olması, Şekil 1'de gösterildiği gibi (atlandı), iyonik bağ özellikleri gösteren kutuplaşmış bir yapı oluşturur. Sonuç olarak, Si-O'nun bağ enerjisi C-C'den daha yüksektir (Tablo 1'e bakınız). Ayrıca: (1) ana zincirin iyonik doğası nedeniyle yan zincirlerdeki metil C-H gruplarının polaritesi azalır, bu da diğer moleküller tarafından saldırıya uğrama olasılığını azaltarak, mükemmel kimyasal stabilite sağlar; (2) Si, çift veya üçlü bağlar kolayca oluşturmaz, bu nedenle ana zincir daha az ayrışma eğilimindedir ve Si-C bağları oldukça stabil olur, bu da silikon kauçuğun ana yapısının stabilitesini artırır.

1.1.2 Yüksek Esneklikli Polimer

Siloksan (Si-O-Si) bağ açısı büyük (130°–160°), organik polimerlerin (C-C bağ açısı ~110°) olduğundan daha fazla özgürlüğe sahiptir. Ayrıca, Si-O bağ uzunluğu (1.64 Å) C-C'den (1.5 Å) daha uzundur. Bu, tüm polimer molekülünün daha hareketli ve daha kolay deformasyona uğraması anlamına gelir.

1.1.3 Helisel Yapı

Polisiloksanın helisel yapısı nedeniyle, ana zincirdaki siloksan bağı iyonik çekimle içeri doğru çekilirken, dış taraf zayıf moleküler etkileşimlere sahip metil gruplardan oluşur, bu da zayıf intermoleküler kuvvetler sonuçlanır.

1.2 Silikon Kauçuğun Özellikleri

Bölüm 1.1'de açıklanan kimyasal özelliklere dayanarak, silikon kauçuk yüksek gerilimli elektrik yalıtımı için aşağıdaki özelliklere sahiptir.

1.2.1 Sıcaklık ve Soğuk Direnci

Yüksek bağ enerjisi ve mükemmel kimyasal stabilitesi nedeniyle, silikon kauçuk organik polimerlere göre daha iyi ısıya dirençlidir. Ayrıca, zayıf intermoleküler kuvvetler nedeniyle düşük cam geçiş sıcaklığına ve mükemmel soğuğa dayanıklılığa sahiptir. Bu nedenle, kullanıldığı coğrafi bölgeye bakılmaksızın performansı daima istikrardır.

1.2.2 Su Direnci

Polisiloksanın yüzeyi metil gruplardan oluşur, bu da ona hidrofobik özellikler ve böylece mükemmel suya karşı dayanıklılık sağlar.

1.2.3 Elektriksel Özellikler

Silikon kauçuk, organik polimerlere göre daha az karbon atomu içerdiği için, mükemmel ark direnci ve iz iznini sağlar. Ayrıca, yakıldığında yalıtıcı silika oluşturduğundan, üst düzey elektrik yalıtımı performansını daha da sağlar.

1.2.4 Hava Koşullarına Dayanıklılık

Tablo 1'de gösterildiği gibi, siloksanın bağ enerjisi ultraviyole (UV) ışığının enerjisinden daha yüksektir, bu da UV ışığına bağlı yaşlanmaya karşı dirençlidir. Akselere ozon direnci testlerinde, organik polimerler saniyelerden saatlere kadar çatlarken, silikon kauçuk dört haftalık yaşlanmanın ardından sadece bir miktar güç kaybı gösterir ve çatlama gözlemlenmez, bu da mükemmel ozon direncini gösterir (Tablo 2'ye bakınız). Asit yağmur, yaklaşık pH 5.6 olan karma iyonik bir çözeltidir. Tablo 3'te listelenen çözelti ile 500 kat yoğunlaştırılmış yapay asit yağmur testi yapıldı. Tablo 4'te gösterildiği gibi, silikon kauçuk mükemmel kimyasal direnç gösterir. Karma çözeltiler gibi asit yağmuruna maruz kalma bazı değişikliklere yol açabilir, ancak etkisi çok az olacak.

Not: Oda sıcaklığında, oksijen konsantrasyonu 200 ppm ve kauçuğa %50 tensil gerilme uygulandığında, yüzey 28 günlük yaşlanmanın ardından bile çatlama göstermez.

Birim: 2 L deionize su başına g.

1.2.5 Kalıcı Deformasyon

Silikon kauçuk, organik polimerlere göre oda ve yüksek sıcaklıklarda daha iyi kalıcı deformasyon (kalıcı uzama ve kompresyon set dahil) özelliklerine sahiptir.

2 Silikon Kauçuğun Sınıflandırılması

Silikon kauçuk, vulkanizasyondan önceki durumuna göre katı ve sıvı tiplerine, vulkanizasyon mekanizmasına göre ise peroksit kurutma, eklem kurutma ve kondensasyon kurutma tiplerine ayrılabilir. Katı ve sıvı silikon kauçuğun arasındaki temel fark, polisiloksanın moleküler ağırlığıdır. Katı silikon kauçuk, peroksit kurutma veya eklem kurutma yoluyla vulkanize edilebilir ve genellikle yüksek sıcaklık vulkanize edilmiş kauçuk (HTV) veya ısı kurutma kauçuğu (HCR) olarak adlandırılır (Tablo 5 ve 6'ya bakınız).

Ekleme reaksiyonu ile vulkanize edilen sıvı silikon kauçuk, oda sıcaklığında da vulkanize edilebilir, ancak işleme yöntemi ve vulkanizasyon sıcaklığına bağlı olarak sıvı silikon kauçuk (LSR), düşük sıcaklık vulkanize edilmiş kauçuk (LTV) veya iki parçalı oda sıcaklığı vulkanize edilmiş kauçuk (RTV) olarak adlandırılabilir. Polimer izolatörlerin imalatında enjeksiyon kalıp döküm ve döküm yaygın olarak kullanılan işlemlerdir.

Bir parçalı kondansasyon tipi (nem kurutma) silikon kauçuk, inşaat mühendisliğindeki dikiş malzemeleri, elektrik ve elektronik ürünlerde kullanılabilir. Elektrik uygulamalarında, çözücü ile seyreltilmiş oda sıcaklığı vulkanize edilmiş (RTV) silikon kauçuk kaplama genellikle seramik izolatörlere koruyucu malzeme olarak püskürtülür.

2.1 Alüminyum Trihidroksit (ATH) İçeren Silikon Kauçuk

Yüksek alüminyum trihidroksit (ATH) yüklemi ile, iyi iz izni ve ark direncine sahip silikon kauçuk elde edilebilir. 50 kısım kütle ATH ile doldurulmuş silikon kauçuk, yüksek gerilim (4.5 kV) iz iznine kabul edilebilir direnç, mükemmel ark direnci, hava koşullarına direnç, tuz sisine direnç ve asit yağmuruna direnç göstererek, ciddi tuz sisine sahip bölgelerde izolasyon malzemesi olarak uygundur. Ancak, yüksek ATH yüklemi nedeniyle, bu malzeme yüksek viskoziteye (kötü plastisite) ve düşük mekanik dayanıma sahiptir.

2.2 Alüminyum Trihidroksit (ATH) Olmayan Silikon Kauçuk

Avrupa'nın iç kesimlerinde ve benzeri düşük tuz sis ve kirlilik seviyelerine sahip bölgelerde, ATH doldurucusu olmayan silikon kauçuk kullanılabilir. Bu durumlarda, uygun baz silikon kauçuğun seçilmesi, fumed silika yüzey işleme ve iz iznini artıran kompozisyon katkı maddeleri eklendiğinde, yüksek gerilim iz direnci gereksinimlerini karşılayacak hidrofobik özelliğe sahip olabilir. ATH doldurulu silikon kauçuğa kıyasla, bu tür daha düşük viskoziteye ve üstün mekanik ve elektriksel özelliklere sahiptir.

2.3 Dış Mevkiler İçin Kablosal Ekipmanlar

Dış mevkilerdeki kablosal ekipmanlar, sert çevre koşullarına maruz kaldığından, iyi iz direncine sahip olmalıdır. Optimize edilmiş kavuşma yoğunluğu ile polimerlerin kullanımı, çevresel sıcaklık daralabilir (soğuk daralabilir) ürünler için düşük kalıcı uzama değerlerine ulaşılmasına olanak tanır.

2.4 İç Mevkiler İçin Kablosal Ekipmanlar

İç mevkilerdeki kablosal ekipmanlar, tuz sisine maruz kalmayacağından, genellikle iz direnci gerekmez. Ancak, çevresel sıcaklık daralabilir (soğuk daralabilir) uygulamalarda kullanılacaksa, düşük kalıcı deformasyon özellikleri hala gerekli olur.

2.5 Kaplama Uygulamaları

Yoğun kirlilik alanlarına silikon kauçuk kaplamalar püskürtülerek, uzun vadede iyi hidrofobik özellikler korunabilir. Zaten monte edilmiş izolatörlere, kirlilik seviyelerine bağlı olarak kaplama uygulanarak, hizmet süresi devam edebilir ve maliyet tasarrufu sağlanabilir. Son raporlara göre, silikon kauçuk izolatörlerin kaplanması, hidrofobik özelliğin saklanmasını daha da artırabilir. Şu anda, iki ana türü vardır: kaplanmış izolatörler ve kauçuk tipi izolatörler.

3 Sonuç

Bu makale, polimer izolatörler için silikon kauçuk malzemelerini tanıttı. Çeşitli kurumlar ve üreticiler tarafından devam eden araştırmalar ve testler yapılmaktadır. Dayanıklılık ve diğer performans testleri aracılığıyla yüksek güvenilirlik gösterilebilirse, silikon kauçuk izolatörlerin uygulama alanı daha da genişlemesi beklenmektedir.