ہائی-وولٹیج انسلے میں سلیکون ربارب: خصوصیات، درجات اور اطلاقیات

نیمہ صدی کے دوسرے نصف میں سے، برقی توانائی کے لائن کے لئے مناسب عایق مواد صرف سرامک اور شیشہ تھے۔ 1940ء کی دہائی سے شروع ہوکر، پالیمر مواد کے ظہور کے بعد، سرامک اور شیشہ کو مزید ترجیح نہیں دی گئی، جس سے یورپ اور امریکا کے ممالک نے پالیمر عایقوں پر تحقیق شروع کردی۔ اس کے بعد، برقی عایقوں کے طبیعی خصوصیات، برقی خصوصیات، لمبے عرصے تک کی قابلِ اعتمادیت، اور بہترین شکل پر وسیع تحقیقات کی گئیں، اور تیاری کی کارکردگی میں مسلسل بہتری آئی۔

سرامک اور شیشہ کی جگہ لینے والے بلند وزن موادوں میں، سلیکون ربارٹ نے 1960ء کی دہائی سے عملی استعمال کی کارکردگی ظاہر کی ہے اور مختلف پالیمرز میں نمایاں رہا ہے۔ سلیکون ربارٹ کے عایقوں کے سرامک عایقوں کے مقابلے میں متعدد فوائد ہیں: پہلے، وہ ہلکے ہوتے ہیں، آسانی سے ہانڈل کیے جا سکتے ہیں، اور زیادہ سلامت ہوتے ہیں؛ دوسرے، سرامک عایقوں کو ضرب کے تحت پھٹنے کا خطرہ ہوتا ہے، جبکہ سلیکون ربارٹ کے عایقوں کو گاڑیوں کی ٹکرانے کی طرح کے مکینکل شوک کو موثر طور پر تحمل کرنے کی صلاحیت ہوتی ہے۔

اگرچہ دیگر پالیمر موادوں کو بھی اوپر ذکر کی گئی فوائد حاصل ہیں، لیکن صرف سلیکون ربارٹ کو کم ماحولیہ آلودگی کا باعث ہوتا ہے۔ پالیمر عایقوں کو پانی کے خلاف مقاومت ہوتی ہے، جس سے پانی کے قطرے کی وجہ سے لیکیج کرنٹ اور سطحی ایکس کی روک تھام کی جا سکتی ہے۔ مزید برآں، سلیکون ربارٹ کے عایقوں کی ہائیڈروفوبکٹی کی واپسی دیگر پالیمر عایقوں کی نسبت زیادہ تیز ہوتی ہے، جس سے وہ کٹھن ماحول میں لمبے عرصے تک استعمال کے لائق مضبوط مادہ بن جاتا ہے۔ یہ مضمون برقی عایق کے لئے استعمال کیے جانے والے سلیکون ربارٹ کی خصوصیات کو بیان کرتا ہے اور حوالہ جات کی تازہ ترین ترقیات کا مقدمہ کرتا ہے۔

1 سلیکون ربارٹ کی خصوصیات

1.1 سلیکون بانڈ کی کیمیائی خصوصیات

1.1.1 کیمیائی طور پر مستحکم بانڈ

سلیکون ربارٹ کا کیلک گھر سلیکون (Si-O) بانڈ سے ملتا جلتا ہے۔ Si (1.8) اور O (3.5) کے درمیان الکٹرونیگیٹویٹی کے بڑے فرق کی وجہ سے، ایک قطبی بنیادی ڈھانچہ تشکیل دیا جاتا ہے، جس کی تصویر میں دکھایا گیا ہے (چھوڑ دیا گیا)، جس میں آئونک بانڈ کی خصوصیات ظاہر ہوتی ہیں۔ نتیجے کے طور پر، Si-O کا بانڈ انرجی C-C (جدول 1 دیکھیں) سے زیادہ ہوتا ہے۔ مزید: (1) میئن چین کی آئونک طبیعت کی وجہ سے، سائیڈ چینز میں میتھائل C-H گروپ کی قطبیت کم ہوتی ہے، جس سے وہ دیگر مولیکیولوں کے حملے کے خلاف کم حساس ہوتے ہیں، اس طرح بہترین کیمیائی ثباتیت حاصل ہوتی ہے؛ (2) کیونکہ Si کو آسانی سے ڈبل یا ٹرپل بانڈ نہیں بنانے کی صلاحیت ہوتی ہے، اس لئے میئن چین کم تجزیہ پذیر ہوتا ہے، اور Si-C بانڈ بہت مستحکم ہوتے ہیں، جس سے سلیکون ربارٹ کے کیلک گھر کی ثباتیت میں مزید بہتری آتی ہے۔

1.1.2 بلند مفاصلی پالیمر

سلیکون (Si-O-Si) کا بانڈ زاویہ بڑا (130°–160°) ہوتا ہے، جس سے ایک مخصوص آرگانک پالیمر (C-C بانڈ زاویہ ~110°) کی نسبت زیادہ آزادی ملتی ہے۔ مزید برآں، Si-O بانڈ کی لمبائی (1.64 Å) C-C (1.5 Å) سے لمبی ہوتی ہے۔ یہ مطلب ہے کہ کل پالیمر مولیکیول زیادہ متحرک ہوتا ہے اور ڈیفرم کرنے کے لئے آسان ہوتا ہے۔

1.1.3 حلزی ڈھانچہ

پولیسلیکون کے حلزی ڈھانچہ کی وجہ سے، میئن چین پر سلیکون بانڈ آئونک ایٹریکشن کی وجہ سے اندر کشیدہ ہوتے ہیں، جبکہ باہر کی طرف میتھائل گروپ موجود ہوتے ہیں جن کے درمیان ضعیف مولیکیولی تداخل ہوتا ہے، جس سے ضعیف مولیکیولی قوتیں پیدا ہوتی ہیں۔

1.2 سلیکون ربارٹ کی خصوصیات

قسم 1.1 میں بیان کردہ کیمیائی خصوصیات کی بنیاد پر، سلیکون ربارٹ کے ذیل میں ذکر شدہ خصوصیات ہیں جو بلند وولٹیج برقی عایق کے لئے مناسب ہیں۔

1.2.1 گرمی اور سردی کی پابندی

بالکل بانڈ انرجی اور بہترین کیمیائی ثباتیت کی وجہ سے، سلیکون ربارٹ کی گرمی کی پابندی آرگانک پالیمرز کی نسبت بہتر ہوتی ہے۔ مزید برآں، ضعیف مولیکیولی قوتیں کی وجہ سے، اس کا گلاس ٹرانزیشن ٹیمپریچر کم ہوتا ہے اور بہترین سردی کی پابندی ہوتی ہے۔ اس لئے، اس کی کارکردگی کسی بھی جغرافیائی علاقے میں استعمال کے لئے مستحکم رہتی ہے۔

1.2.2 پانی کی پابندی

پولیسلیکون کی سطح میتھائل گروپ سے ملتی جلتی ہے، جس سے ہائیڈروفوبکٹی کی خصوصیات اور بہترین پانی کی پابندی حاصل ہوتی ہے۔

1.2.3 برقی خصوصیات

سلیکون ربارٹ میں آرگانک پالیمرز کی نسبت کم کاربن اتم ہوتے ہیں، جس سے بہترین آرک ریزننس اور ٹریکنگ ریزننس حاصل ہوتی ہے۔ مزید برآں، جب بھی یہ جلاتا ہے، تو یہ عایق سلیکا بناتا ہے، جس سے بہترین برقی عایق کارکردگی کی یقینیت حاصل ہوتی ہے۔

1.2.4 موسمی پابندی

جدول 1 میں دکھایا گیا ہے کہ سلیکون کا بانڈ انرجی یو وی (UV) روشنی کی توانائی سے زیادہ ہوتا ہے، جس سے یہ یو وی کے باعث ہونے والے بوڑھاپے کے خلاف پابند ہوتا ہے۔ تیزی سے آزون کی پابندی کے ٹیسٹ میں، آرگانک پالیمرز کو دوسرے سے گھنٹوں تک کریک ہو جاتا ہے، جبکہ سلیکون ربارٹ کو چار ہفتے کے بوڑھاپے کے بعد صرف قوت میں تھوڑا کمی ہوتی ہے، کوئی کریک نہیں دکھائی دیتا، جس سے بہترین آزون کی پابندی کی یقینیت حاصل ہوتی ہے (جدول 2 دیکھیں)۔ ایسڈ رین ایک مخلوط آئونک حل ہے جس کا pH تقریباً 5.6 ہوتا ہے۔ جدول 3 میں درج حل کا استعمال کرتے ہوئے 500x مائع ایسڈ رین کا ٹیسٹ کیا گیا ہے۔ سلیکون ربارٹ کی بہترین کیمیائی پابندی جدول 4 میں دکھائی گئی ہے۔ اگرچہ مخلوط حل کی طرح ایسڈ رین کی وضاحت کے باوجود کچھ تبدیلیاں ہوسکتی ہیں، لیکن اس کا اثر یقینی طور پر کم ہوگا۔

نوٹ: کمرہ گرمی پر، 200 ppm کی آزون کی کثافت اور ربارٹ کو 50% کشیدگی کا تناؤ دیا گیا ہے، 28 دن کے بوڑھاپے کے بعد بھی سطح پر کوئی کریک نہیں دکھائی دیتا۔

یونٹ: 2 لیٹر ڈی آئنزڈ پانی کے لئے گرام۔

1.2.5 دائمی تغیر

سلیکون ربارٹ کی دائمی تغیر کی خصوصیات (جن میں دائمی توسیع اور کمپریشن سیٹ شامل ہیں) کمرہ گرمی اور بلند گرمی دونوں پر آرگانک پالیمرز کی نسبت بہتر ہوتی ہیں۔

2 سلیکون ربارٹ کی تقسیم

سلیکون ربارٹ کو اس کی سلیکنائزیشن کے قبل کی حالت کے مطابق ٹھوس اور مائع قسموں میں تقسیم کیا جاسکتا ہے، اور سلیکنائزیشن کے مکانزم کے مطابق پروسٹ کیورنگ، ایڈیشن کیورنگ، اور کنڈینسیشن کیورنگ قسموں میں تقسیم کیا جاسکتا ہے۔ ٹھوس اور مائع سلیکون ربارٹ کے درمیان اصل فرق پولیسلیکون کے مولیکیولی وزن میں ہوتا ہے۔ ٹھوس سلیکون ربارٹ کو پروسٹ کیورنگ یا ایڈیشن کیورنگ کے ذریعے سلیکنائز کیا جاسکتا ہے، اور عموماً اسے ہائی ٹیمپریچر ولکنائزنگ ربارٹ (HTV) یا ہیٹ کیورڈ ربارٹ (HCR) کہا جاتا ہے (جدول 5 اور 6 دیکھیں)۔

اگرچہ ایڈیشن ری ایکشن سے کیور کیا گیا مائع سلیکون ربارٹ کو کمرہ گرمی پر بھی سلیکنائز کیا جاسکتا ہے، لیکن اسے پروسیسنگ کے طریقہ کار اور کیورنگ گرمی کے مطابق مائع سلیکون ربارٹ (LSR)، لو ٹیمپریچر ولکنائزنگ ربارٹ (LTV)، یا ٹو-پارٹ روم ٹیمپریچر ولکنائزنگ ربارٹ (RTV) کہا جاتا ہے۔ پالیمر عایقوں کی تیاری میں، انجیکشن مولڈنگ اور کاسٹنگ عام طریقہ کار ہیں۔

ایک کمپوننٹ کنڈینسیشن ٹائپ (مصنوعی رطوبت کی کیور) سلیکون ربارٹ کو کانسٹرکشن سیلنٹس میں، اور برقی اور الیکٹرانک پروڈکٹس میں استعمال کیا جا سکتا ہے۔ برقی اپلیکیشنز میں، سولونٹ-ڈیلیوٹڈ روم ٹیمپریچر ولکنائزنگ (RTV) سلیکون ربارٹ کو سرامک عایقوں پر سپرے کیا جاتا ہے تاکہ وہ محافظ مواد کے طور پر کام کر سکے۔

2.1 آلومینیم ٹرائی ہائیڈروکسائڈ (ATH) کے ساتھ سلیکون ربارٹ

آلومینیم ٹرائی ہائیڈروکسائڈ (ATH) کی بڑی مقدار کو شامل کرکے ٹریکنگ ریزننس اور آرک ریزننس کے خلاف بہترین سلیکون ربارٹ حاصل کیا جا سکتا ہے۔ 50 حصہ بماس کے ATH سے بھرا ہوا سلیکون ربارٹ بلند وولٹیج (4.5 kV) ٹریکنگ کے خلاف قابل قبول مزاحمت ظاہر کرتا ہے، ساتھ ہی بہترین آرک ریزننس، موسمی پابندی، نمک کی دھماکی کی پابندی، اور ایسڈ رین کی پابندی حاصل ہوتی ہے، جس سے یہ نمک کی دھماکی کے شدید علاقوں میں عایق مادے کے طور پر مناسب ہوتا ہے۔ لیکن، ATH کی بڑی مقدار کی وجہ سے، یہ مادہ بلند گنجائش (کم پلاستیسٹی) اور کم مکینکل قوت کا شکار ہوتا ہے۔

2.2 آلومینیم ٹرائی ہائیڈروکسائڈ (ATH) کے بغیر سلیکون ربارٹ

یورپ کے اندری علاقوں اور مشابہ علاقوں میں جہاں نمک کی دھماکی کم ہوتی ہے اور آلودگی کی سطح کم ہوتی ہے، ATH فلر کے بغیر سلیکون ربارٹ کا استعمال کیا جا سکتا ہے۔ اس صورت میں، بنیادی سلیکون ربارٹ کا صحیح انتخاب، فیلڈ سلیکا کا سطحی علاج، اور ٹریکنگ ریزننس کو بہتر بنانے والے کمپاؤنڈنگ ایجنٹ کا اضافہ کرکے ہائیڈروفوبکٹی کو بہتر بنایا جا سکتا ہے تاکہ بلند وولٹیج ٹریکنگ ریزننس کی مطلوبات کو پورا کیا جا سکے۔ ATH سے بھرا ہوا سلیکون ربارٹ کے مقابلے میں، یہ قسم کم گنجائش اور بہتر مکینکل اور برقی خصوصیات کا حامل ہوتی ہے۔

2.3 آؤٹ ڈور کیبل اکسسروز کے لئے

آؤٹ ڈور کیبل اکسسروز کو کٹھن ماحول کا سامنا کرنا پڑتا ہے، لہذا ان کی ٹریکنگ ریزننس کی بہترین پابندی ہونی چاہئے۔ آپریٹنگ ٹیمپریچر شرنک (کولڈ شرنک) پروڈکٹس کے لئے مناسب کراس لنکنگ ڈینسٹی والے پالیمرز کا استعمال کرتے ہوئے کم دائمی توسیع والے مواد حاصل کیے جا سکتے ہیں۔

2.4 انڈور کیبل اکسسروز کے لئے

انڈور کیبل اکسسروز کو نمک کی دھماکی کا اثر نہیں ہوتا، لہذا ٹریکنگ ریزننس کی معمولی ضرورت ہوتی ہے۔ لیکن، آپریٹنگ ٹیمپریچر شرنک (کولڈ شرنک) اپلیکیشنز میں استعمال کے لئے کم دائمی تغیر کی خصوصیات کی ضرورت ہوتی ہے۔

2.5 کوٹنگ اپلیکیشنز

بہت آلودہ علاقوں پر سلیکون ربارٹ کو کوٹنگ کرکے لمبے عرصے تک بہترین ہائیڈروفوبکٹی حاصل کی جا سکتی ہے۔ کوٹنگ کو پہلے سے ہی نصب شدہ عایقوں پر آلودگی کی سطح کے مطابق لاگو کیا جا سکتا ہے، جس سے خدمات کو جاری رکھا جا سکتا ہے اور کلفتوں کی بچت کی جا سکتی ہے۔ حوالہ جات کے مطابق، سلیکون ربارٹ کے عایقوں کو کوٹنگ کرکے ہائیڈروفوبکٹی کی برقرار رکھنے کی صلاحیت کو مزید بہتر بنایا جا سکتا ہے۔ حالیہ طور پر، دو اہم قسمیں موجود ہیں: کوٹنگ شدہ عایقوں اور ربارٹ قسم کے عایقوں۔

3 نتیجہ

یہ مقالہ پالیمر عایقوں کے لئے سلیکون ربارٹ کے مواد کا متعارف کرایا ہے۔ مختلف اداروں اور مصنوعات کی جانب سے مزید تحقیق اور ٹیسٹنگ کی جا رہی ہے۔ اگر کسی بھی مزید برآں کی صلاحیت کو ٹیسٹنگ کے ذریعے ثابت کیا جا سکے تو، سلیکون ربارٹ کے عایقوں کا استعمال مزید بڑھا سکتا ہے۔