Ufugaji wa Siliconi katika Insulaters wa Mwendo Mkakati: Sifa Zake Mipaka na Matumizi

Tangu hali ya mwisho wa miaka ya 19, vyanzo vilivyofaa kwa mzunguko wa umeme wa kiwango cha juu kulikuwa ni majengo ya ceramic na vidole. Tangu miaka ya 1940, tangu uzalishaji wa vyanzo vya polymer vilivyotokana, ceramic na vidole hayakuwa chaguo la mara kwanza, kuburudisha maeneo ya Ulaya na Amerika kuanza kutafuta kuhusu vyanzo vya polymer. Baada ya hilo, utafiti wa kina ukuaji ulifanyika kuhusu sifa za fizikia, uwezekano wa umbele na mizizi bora ya vyanzo vya umeme, na ufanisi wa uzalishaji ukawekwa endelea.

Kati ya vyanzo vingine vya uzito mkubwa ambavyo yanaweza kukataa ceramic na vidole, gomu ya silikoni imeonyesha ufanisi wa matumizi tangu miaka ya 1960 na imekuwa katika vyanzo vingine vya polymer. Vyanzo vya gomu ya silikoni yana faida nyingi zaidi kuliko vyanzo vya ceramic: kwanza, yana wimbo mdogo, rahisi kutumika, na salama zaidi; pili, vyanzo vya ceramic yanaweza kuganda tangu kunapata mapinduzi, lakini vyanzo vya gomu ya silikoni yanaweza kushinda mapinduzi ya kimikakati kama vile magari kuvigaga stakabaa za umeme.

Ingawa vyanzo vingine vya polymer pia yanaweza kupewa faida zilizopewa hapo awali, tu gomu ya silikoni inachukua uchafu wa mazingira chache. Vyanzo vya polymer vinavyowezeshwa kuhifadhi maji hufanya kuonekana current ya leakage na arc ya uwiano wa maji. Pia, ukaribu wa maji wa vyanzo vya gomu ya silikoni unarejulisha kwa haraka zaidi kuliko vyanzo vingine vya polymer, kufanya vyanzo hivi vyoweza kutumika kwa muda mrefu katika mazingira magumu. Makala hii hutambua sifa za gomu ya silikoni itayotumiwa kwa insulation ya kiwango cha juu na kutaja mwenendo wa ukuaji wa hivi punde.

1 Sifa za Gomu ya Silikoni

1.1 Sifa Kimia za Bond ya Siloxane

1.1.1 Bond Chemically Stable

Mstari wa gomu ya silikoni una bond za siloxane (Si-O). Kwa sababu ya tofauti kubwa ya electronegativity kati ya Si (1.8) na O (3.5), umaundeleo wa polarity unaonekana, kama inavyoelezwa katika Chumba 1 (limeondoka), unayo sifa za ionic bond. Hivyo basi, bond energy ya Si-O ni juu kuliko C-C (angalia Meza 1). Pia: (1) kutokana na tabia ionic ya mstari mkuu, polarity ya methyl C-H groups katika mikoa ya upande yanaongezeka, kufanya wawe wasio na wazo wa kupiga na molekyuli mengine, kusaidia kuunda kimistabilisho chemichali bora; (2) kwa sababu Si haijaribi kuunda double au triple bonds, mstari mkuu usipoanza kujisambaza, na Si-C bonds zinaweza kuwa stable, husaidia kuimarisha kimistabilisho cha mstari mkuu wa gomu ya silikoni.

1.1.2 Polymer na Uwekezaji Mwingi

Bond angle ya siloxane (Si-O-Si) ni mzuri (130°–160°), ikitoa uhuru wa juu kuliko polymers zenye kimia (C-C bond angle ~110°). Pia, bond length ya Si-O (1.64 Å) ni zaidi kuliko C-C (1.5 Å). Hii inamaanisha kwamba molecule ya polymer nzima ni rahisi zaidi kusonga na kubadilika.

1.1.3 Helical Structure

Kwa sababu ya structure ya helical ya polysiloxane, bond za siloxane kwenye mstari mkuu huendelea ndani kwa kuthibitisha ya ionic, na sehemu ya nje inajumuisha methyl groups wenye intermolecular interactions madogo, kutoa intermolecular forces madogo.

1.2 Sifa za Gomu ya Silikoni

Kulingana na sifa kimia zilizotajwa katika Sekta 1.1, gomu ya silikoni ina sifa ifuatayo zinazofaa kwa insulation ya kiwango cha juu.

1.2.1 Heat and Cold Resistance

Kwa sababu ya bond energy inayokuwa juu na kimistabilisho chemichali bora, gomu ya silikoni ina resistance ya heat zaidi kuliko polymers zenye kimia. Pia, kutokana na intermolecular forces madogo, ina glass transition temperature chache na resistance ya cold bora. Hivyo basi, ufanisi wake unamalizia kuwa sawa sawa bila kujali eneo lenye kutumiwa.

1.2.2 Water Resistance

Surface ya polysiloxane unatumia methyl groups, kunatengeneza sifa za hydrophobic na water resistance bora.

1.2.3 Electrical Properties

Gomu ya silikoni ina carbon atoms chache kuliko polymers zenye kimia, inatoa tracking resistance na arc resistance bora. Pia, hata wakati ya kuchoma, inafanya silica insulation, kuimarisha electrical insulation performance.

1.2.4 Weather Resistance

Kama inavyoelezwa katika Meza 1, bond energy ya siloxane ni juu kuliko energy ya ultraviolet (UV) light, inaweza kuzuia aging kutokana na UV. Katika mitihani ya accelerated ozone resistance, polymers zenye kimia huenda kuganda tangu sekunde hadi masaa, lakini gomu ya silikoni hupata reduction ya nguvu kidogo baada ya wiki nne, hakuna cracking, inaonyesha ozone resistance bora (angalia Meza 2). Acid rain ni solution ya mixed ionic inayotumia pH karibu 5.6. Mitihani ya artificial acid rain ya concentration 500x iliyotumia solution iliyotajwa katika Meza 3 iliyofanyika. Gomu ya silikoni inaonyesha chemical resistance bora kama inavyoelezwa katika Meza 4. Ingawa exposure kwa solutions zenye mixture kama acid rain inaweza kutoa mabadiliko, impact unaona kuwa chache.

Note: At room temperature, with an ozone concentration of 200 ppm and a 50% tensile strain applied to the rubber, the surface shows no cracking even after 28 days of aging.

Unit: g per 2 L of deionized water.

1.2.5 Permanent Deformation

Gomu ya silikoni ina sifa bora za permanent deformation (ikiwa ni elongation na compression set) both at room and elevated temperatures compared to organic polymers.

2 Classification of Silicone Rubber

Gomu ya silikoni inaweza kutegemea kwa solid na liquid types kulingana na hali yake kabla ya vulcanization, na kwa peroxide curing, addition curing, na condensation curing types kulingana na mechanism ya vulcanization. Tofauti kuu kati ya gomu ya silikoni solid na liquid ni molecular weight ya polysiloxane. Gomu ya silikoni solid inaweza kuvulcanize kwa njia ya peroxide curing au addition curing, na inatafsiriwa kama high-temperature vulcanizing rubber (HTV) au heat-cured rubber (HCR) (angalia Tables 5 and 6).

Ingawa gomu ya silikoni liquid cured by addition reaction inaweza kuvulcanize kwa temperature ya chumba, inaita liquid silicone rubber (LSR), low-temperature vulcanizing rubber (LTV), au two-part room-temperature vulcanizing rubber (RTV), kulingana na processing method na temperature ya curing. Katika uzalishaji wa insulators vya polymer, injection molding na casting ni processes zinazotumiwa sana.

One-component condensation-type (moisture-cure) silicone rubber inaweza kutumiwa kama construction sealants, pamoja na products za electrical na electronic. Katika applications za electrical, solvent-diluted room-temperature vulcanizing (RTV) silicone rubber coatings zinatumika sana kama protective materials kwa insulators vya ceramic.

2.1 Silicone Rubber with Aluminum Trihydroxide (ATH)

Gomu ya silikoni inayoweza kupewa sifa bora za tracking resistance na arc resistance inaweza kupatikana kwa kuongeza loading ya juu ya aluminum trihydroxide (ATH). Gomu ya silikoni inayozunguka 50 parts by mass ya ATH inatoa resistance ya tracking ya voltage ya juu (4.5 kV), pamoja na sifa bora za arc resistance, weather resistance, salt fog resistance, na acid rain resistance, inayofanya iwe material inayofaa kwa insulation katika eneo linalo na salt fog safi. Lakini, kutokana na loading ya juu ya ATH, material hii ina viscosity ya juu (plasticity chache) na strength ya mechanical chache.

2.2 Silicone Rubber without Aluminum Trihydroxide (ATH)

Katika maeneo ya ndani ya Uropa na maeneo mingine yenye salt fog chache na levels za pollution chache, gomu ya silikoni isiyonazo ATH filler inaweza kutumiwa. Katika hali hii, selection sahihi ya gomu ya silikoni msingi, surface treatment ya fumed silica, na kuongeza compounding agents wenye sifa bora za tracking resistance zinaweza kuboresha hydrophobicity ili kupatikana requirements za tracking resistance ya voltage ya juu. Ingawa kumpateka na gomu ya silikoni inayozunguka ATH, aina hii ina viscosity chache na sifa bora za mechanical na electrical.

2.3 For Outdoor Cable Accessories

Kwa sababu accessories za cable za nje zinapatikana katika mazingira magumu, zinahitaji sifa bora za tracking resistance. Materials zinazoweza kupatikana kwa crosslinking density optimized, inayofaa kwa products za ambient-temperature shrinkable (cold-shrink).

2.4 For Indoor Cable Accessories

Accessories za cable za ndani si zinaweza kutathmini salt fog, hivyo tracking resistance sio muhimu. Lakini, tangu ziwe zinatumika kwa applications za ambient-temperature shrinkable (cold-shrink), sifa bora za permanent deformation zinafanya vitu vyote.

2.5 Coating Applications

Spraying coatings za gomu ya silikoni kwenye eneo linalo na uchafu wa juu unaweza kuendeleza hydrophobicity ya muda mrefu. Coatings zinaweza kutumika kwa insulators tayari zimepatikana kulingana na levels za pollution, inasaidia kuendeleza huduma na kupunguza gharama. Ripoti hivi punde zinatafsiriwa kuwa coating insulators ya gomu ya silikoni zinaweza kuongeza retention ya hydrophobicity. Sasa, tunapatikana aina mbili za msingi: coated insulators na rubber-type insulators.

3 Conclusion

Makala hii imeintroduce materials za gomu ya silikoni za insulators vya polymer. Utafiti na mitihani yanaendelea kutoka kwa mashirika na wauzaji wengi. Ikiwa reliability ya juu itatuonyeshwa kwa mitihani ya durability na sifa nyingine, matumizi ya insulators vya gomu ya silikoni yanatarudi kuongezeka zaidi.