Yüksek Gerilimli Ayırıcılar'da Silikon Kauçuk: Özellikler Sınıflandırmalar ve Uygulamalar

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

Seramik ve camın yerini alabilecek yüksek moleküler ağırlıklı malzemeler arasında, silikon lastiği 1960'lardan beri pratik uygulama performansı göstererek çeşitli polimerler arasında öne çıkmıştır. Silikon lastiği izolatörler, seramik izolatörlere kıyasla birçok avantaja sahiptir: İlk olarak, hafif, kolay taşınabilir ve daha güvenlidir; ikincisi, seramik izolatörler darbeye karşı çatlama eğilimindeyken, silikon lastiği izolatörler araçların direklerle çarpışmasına benzer mekanik şoklara etkili bir şekilde dayanabilir.

Diğer polimer malzemeler de yukarıda belirtilen avantajlara sahip olmakla birlikte, sadece silikon lastiği minimal çevre kirliliğine neden olur. Polimer izolatörler su geçirmezdir, bu da su damlacıkları nedeniyle sızıntı akımı ve yüzey ark oluşumunu önler. Ayrıca, silikon lastiği izolatörlerin hidrofobik özelliği diğer polimer izolatörlere göre daha hızlı kurtulur, bu da onları sert çevresel koşullarda uzun süreli kullanım için dayanıklı bir malzeme haline getirir. Bu makale, yüksek gerilimli elektrik izolasyonunda kullanılan silikon lastiğinin özelliklerini açıklıyor ve son gelişmeleri tanıtmaktadır.

1. Silikon Lastiğinin Özellikleri

1.1 Siloksan Bağının Kimyasal Özellikleri

1.1.1 Kimyasal Stabil Bağ

Silikon lastiğinin ana yapısı siloksan (Si-O) bağlarından oluşur. Si (1.8) ve O (3.5) arasındaki elektronegatiflik farkı nedeniyle, Şekil 1'de gösterildiği gibi (omitted), iletken bağ özellikleri gösteren kutuplaşmış bir yapı oluşturulur. Bu nedenle, Si-O bağı enerjisi C-C bağ enerjisinden daha yüksektir (Tablo 1'e bakınız). Ayrıca: (1) ana zincirin iletken doğası nedeniyle yan zincirlerdeki metil C-H gruplarının polaritesi azalır, bu da diğer moleküller tarafından saldırıya daha az açık olmalarına neden olur, bu da mükemmel kimyasal stabiliteye yol açar; (2) Si kolayca çift veya üçlü bağ oluşturmaz, bu nedenle ana zincir daha az ayrışma eğilimindedir ve Si-C bağları oldukça stabil olur, bu da silikon lastiği ana yapısının stabilitesini daha da 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 özgürlük sağlar. Ayrıca, Si-O bağ uzunluğu (1.64 Å) C-C (1.5 Å) bağ uzunluğundan daha uzundur. Bu, genel polimer molekülünün daha hareketli olduğunu ve daha kolay deformasyona uğradığını ifade eder.

1.1.3 Helisel Yapı

Polisiloksanın helisel yapısı nedeniyle, ana zincirdeki siloksan bağları iletken çekimle içeri doğru çekilirken, dış taraf zayıf moleküler etkileşimlere sahip metil gruplardan oluşur, bu da zayıf moleküler kuvvetlere neden olur.

1.2 Silikon Lastiğinin Özellikleri

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

1.2.1 Isı ve Soğuk Direnci

Yüksek bağ enerjisi ve mükemmel kimyasal stabilitesi nedeniyle, silikon lastiği organik polimerlere kıyasla daha iyi ısı direncine sahiptir. Ayrıca, zayıf moleküler kuvvetler nedeniyle düşük cam geçiş sıcaklığına ve mükemmel soğuk direncine sahiptir. Bu nedenle, kullanıldığı coğrafi bölge ne olursa olsun performansı istikrarlı kalır.

1.2.2 Su Direnci

Polisiloksanın yüzeyi metil gruplardan oluşur, bu da hidrofobik özelliklere ve böylece mükemmel su direncine sahip olmasını sağlar.

1.2.3 Elektriksel Özellikler

Silikon lastiği, organik polimerlere kıyasla daha az karbon atomu içerdiği için, mükemmel ark direnci ve iz sürme direncine sahiptir. Ayrıca, yakıldığında yalıtıcı silika oluşturduğu için, daha üstün elektriksel yalıtım performansını sağlar.

1.2.4 Hava Koşullarına Dayanıklılık

Tablo 1'de gösterildiği gibi, siloksan bağ enerjisi ultraviyole (UV) ışığın enerjisinden daha yüksek olduğu için, UV ışığına bağlı yaşlanmaya karşı dirençlidir. Aşırı hızlandırılmış ozon direnç testlerinde, organik polimerler saniyelerden saatlere kadar çatlayabilirken, silikon lastiği dört haftalık yaşlanmanın ardından sadece az miktarda güç kaybı gösterir ve çatlama gözlenmez, bu da mükemmel ozon dirençlisini gösterir (Tablo 2'ye bakınız). Asit yağmur, yaklaşık 5.6 pH değerine sahip karma iletken bir çözeltidir. Tablo 3'te listelenen çözelti kullanılarak 500 kat yoğunlaştırılmış yapay asit yağmur testi yapılmıştır. Tablo 4'te gösterildiği gibi, silikon lastiği mükemmel kimyasal direnç gösterir. Karışık çözütlere maruz kalmasının bazı değişikliklere neden olabileceği düşünülür, ancak etkisi çok az olacak şekilde beklenir.

Not: Oda sıcaklığında, kaucukta 200 ppm ozon konsantrasyonu ve %50 çekme gerilmesi uygulanmışsa, 28 günlük yaşlanmanın ardından yüzeyde çatlama gözlenmez.

Birim: 2 L deionize su başına g.

1.2.5 Kalıcı Deformasyon

Silikon lastiği, organik polimerlere kıyasla hem oda sıcaklığında hem de yüksek sıcaklıklarda (kalıcı uzama ve sıkıştırma seti dahil) daha iyi kalıcı deformasyon özelliklerine sahiptir.

2. Silikon Lastiğinin Sınıflandırılması

Silikon lastiği, vulkanizasyondan önceki durumu temel alındığında katı ve sıvı tiplerine, vulkanizasyon mekanizması temel alındığında ise peroksit vulkanizasyonu, eklem vulkanizasyonu ve kondensasyon vulkanizasyonu tiplerine ayrılabilir. Katı ve sıvı silikon lastiği arasındaki temel fark, polisiloksanın moleküler ağırlığıdır. Katı silikon lastiği, peroksit vulkanizasyonu veya eklem vulkanizasyonu yoluyla vulkanize edilebilir ve genellikle yüksek sıcaklık vulkanizasyonu (HTV) veya ısı vulkanize edilmiş kaucuk (HCR) olarak adlandırılır (Tablo 5 ve 6'ya bakınız).

Ekleme reaksiyonu ile vulkanize edilen sıvı silikon lastiği, oda sıcaklığında da vulkanize edilebilir, ancak işleme yöntemi ve vulkanizasyon sıcaklığına bağlı olarak sıvı silikon lastiği (LSR), düşük sıcaklık vulkanizasyonu kaucuğu (LTV) veya iki parçalı oda sıcaklığı vulkanizasyonu kaucuğu (RTV) olarak adlandırılır. Polimer izolatörlerin üretimi sırasında enjeksiyon kalıplama ve döküm yaygın olarak kullanılan süreçlerdir.