تعزيز الاستقرار الحمضي لمطاط السيليكون الخاص بالعوازل

أهمية تعزيز الاستقرار الحمضي لمطاط السيليكون الخاص بالعوازل

من المعلوم بأن الغرض الأساسي من عوازل الجهد العالي هو عزل المكونات ذات الجهد العالي المحتمل من الهيكل الأرضي وكذلك نقل وزن الموصلات أو المكونات الأخرى ذات الجهد العالي إلى الهيكل المحمل والأرضي مثل الأبراج الشبكية أو الأساسات.

كما يمكن تصنيع العوازل من مواد مختلفة، حيث أن أكثرها شيوعاً هي الزجاج أو السيراميك أو أنواع مختلفة من البوليمرات، وفي الشكل التالي؛ فإنه يمكن رؤية تصميم نموذجي لعازل قضيب طويل مركب، كذلك؛ فإن المكون الرئيسي هو لب الألياف الزجاجية المقوى “براتنج الإيبوكسي”، والذي يعمل كعازل كهربائي ويحمل الحمل الميكانيكي للمكونات ذات الجهد العالي.

ومن أجل تحسين مقاومة العوامل الجوية؛ فإنه يتم تغطية القلب بمطاط سيليكون “مبركن” بدرجة حرارة عالية (HTV-SIR) والذي يجب أن يتحمل جميع الضغوط البيئية والاصطناعية، ومن خلال إضافة الحظائر، سوف تزداد مسافة الزحف ويمكن تقليل تيارات التسرب مما يؤدي إلى وميض العازل عن طريق تكوين طبقة موصلة من التلوث على سطح العازل.

كما يتم تعبئة كل من مكونات مطاط السيليكون؛ فإن السقيفة والغمد بحوالي 50٪ بالوزن، وهيدروكسيد الألومنيوم، ونتيجة لذلك؛ فإنه يمكن ضمان تثبيط اللهب ومقاومة التآكل الكهربائي.

يتكون مركب مطاط السيليكون من نظام المصفوفة polydimethylsiloxane (PDMS) المملوء بحشو أولي سليكا، كما يمكن اعتبار “PDMS” بما في ذلك السليكا كقاعدة سيليكون، ومن خلال تغيير الكتلة المولية لنظام (PDMS) المستخدم، كما أن التركيب الكيميائي (مجموعات دورية، خطية، جانبية) أو تعديل كمية السليكا، حيث يمكن ضبط الخصائص الميكانيكية لمطاط السيليكون.

لذلك يضيف المنتجون روابط متقاطعة مثل البيروكسيدات والأصباغ والمواد المضافة للعملية لتخصيص المركب للتطبيق النهائي والمعالجة، كذلك نظراً لقدرته على إحداث تأثير تبريد عند درجات حرارة تتراوح بين (180) و (560) درجة مئوية؛ فإن هيدروكسيد الألومنيوم (ATH) هو الحشو الأكثر شيوعاً لعزل الجهد العالي.

يتم اختبار مقاومة التعقب والتآكل للمواد العازلة المملوءة بـ (ATH) في إعدادات اختبار قياسية مختلفة، مثل اختبار المستوى المائل لـ (DIN IEC 60587) أو اختبار تقادم ضباب الملح وفقاً لـ (IEC 62217)، لذلك تكون اللدائن المرنة المصنوعة من مطاط السيليكون (HTV) المعالج بالبيروكسيد حصرياً، ولكن يمكن نقل مزايا الحشوات الخاملة إلى أي مادة أخرى مستخدمة للعزل الخارجي مثل (EPDM) والسيليكون “المبركن” بدرجة حرارة الغرفة (RTV) أو مطاط السيليكون السائل (LSR).

المناهج الخاصة بتعزيز مستوى العوازل الخاصة بمطاط السيليكون

تركيب المواد الخاصة

المواد المستخدمة في هذا البحث هي منتجات قياسية متوفرة في السوق، كما تتكون مركبات السيليكون من بوليمر أساسي وهيدروكسيد الألومنيوم وصبغة الـ (Crosslinker) والمكونات الاختيارية هي (silane) و (silica) و كبريتات الباريوم، حيث أن سيليكون القاعدة عبارة عن (PDMS) نصف شفاف بكثافة (1.18 جم / سم 3) وقوة تمزق تبلغ حوالي (11 نيوتن / مم) بعد المعالجة، كما أنها مليئة بالسليكا.

(ATH) عبارة عن مسحوق أبيض بكثافة (2.4 جم / سم 3) وحجم جسيم متوسط ​​من (d50٪ = 1.3) ميكروميتر، وذلك كوصلة متقاطعة، حيث تم استخدام هكسان (2.5-dimethyl-2.5-di)، وهو (ثلاثي بوتيل بروكسي) وكبريتات الباريوم عبارة عن مسحوق أبيض بحجم جسيم يبلغ (1.3) ميكروميتر في هذه الدراسة.

وكمادة حشو خاملة ثانية؛ فإنه تم استخدام مسحوق السليكا مع (16 مايكرومتر) وكثافة مقدارها (2.65 جم / سم 3)، حيث يظهر التركيب الكيميائي للفينول “ترايميثوكسيسيلاني” في الشكل التالي، وهو سائل ذو لون أصفر فاتح بنقاوة (98٪)، وذلك عند درجة حرارة 25 درجة مئوية، بحيث تبلغ الكثافة النسبية (0.968 جم / سم 3)، وذلك يشار إليه في هذا المنشور باسم فينيل سيلان.

تحضير وتكييف العينة

تم إنتاج العينة (150 × 150 × 2 مم) على مكبس هيدروليكي 1000 كيلو نيوتن، وبعد ذلك؛ فإنه تمت إضافة المركب غير المعالج إلى المطبعة لمدة دقيقتين عند (180) درجة مئوية، وذلك بعد المعالجة لمدة 10 دقائق أخرى عند نفس درجة الحرارة وتكييف مجفف لمدة 7 أيام عند (23 ± 2) درجة مئوية مع رطوبة نسبية تبلغ (50 ± 5٪)، بحيث تم ثقب العينات المرغوبة للاختبار. تم ضبط الرطوبة النسبية في المجفف بواسطة محلول مشبع من سداسي هادرات نترات المغنيسيوم (Merck KGaA).

الغمر الحمضي

من أجل اختبار مقاومة مركبات مطاط السيليكون المختلفة ضد الحمض، كما تم غمر عينات من كل مركب في حمض النيتريك (1M) لمدة 168 ساعة، كما تم استخدام اختبارات مماثلة من قبل العديد من المؤلفين، ولتجنب خطر التعادل، فإنه تم غمر العينات في حمض 100 مل، وذلك أثناء الغمر لمدة 168 ساعة، كما تم الحفاظ على درجة الحرارة ثابتة عند 30 درجة مئوية وتم قياس قيمة الرقم الهيدروجيني كل يوم.

تحديد خسارة الكتلة

تم قياس فقد الكتلة على أسطوانات صغيرة قطرها 26 مم وارتفاعها 10 مم، كما تم تحديد الفرق في الكتلة قبل وبعد التخزين عن طريق مقياس (Mettler Toledo ME204T / 00 ± 0.001g)، ولهذا الغرض، بحيث تم تكييف عينات الاختبار (3 قطع على الأقل) في مجفف تحت الظروف المذكورة في القسم (2.2) بعد التخزين، بحيث تم تكييف العينات في نفس الظروف لمدة 24 ساعة على الأقل.

الاختبارات الميكانيكية

تم قياس قوة الشد ومقاومة التمزق والاستطالة عند الكسر (A) لتحليل تأثير الحشو الخامل ومعالجة الحشو على الخواص الميكانيكية، لذلك؛ فقد أجريت هذه الاختبارات مع عينات غير معالجة (أصلية) وعينات العمر الحمضي، ولجميع الفحوصات تم تكييف العينات كما هو مذكور أعلاه.

كما تم تحديد قوة الشد والاستطالة عند الكسر (E @ B) وفقاً لعينة (DIN 53504) من النوع (S2)، تم إجراء جميع الاختبارات الميكانيكية، وذلك باستثناء صلابة (Shore A) على جهاز اختبار ميكانيكي عالمي (Wolpert) بمعدل تغذية يبلغ 200 مم / دقيقة، بحيث كان الطول الأصلي (20) مم، ويمكن حساب مقاومة الشد والاستطالة عند الكسر بالمعادلات التالية:

كما تم قياس مقاومة التمزق وفقاً لـ (ASTM D624) بسرعة 500 مم / دقيقة، وذلك بالنسبة لهذا الاختبار، بحيث تم تقطيع العينات مسبقاً في منتصف العينة ويتم قياس القوة حتى حدوث التمزق.

اختبار التآكل الكهربائي

تتعرض العوازل الخارجية للرطوبة والتأثيرات البيئية الأخرى، وذلك بالاقتران مع إجهاد المجال الكهربائي العالي، بحيث يمكن أن تحدث التفريعات، بحيث تحدث درجات حرارة محلية تصل إلى 1200 درجة مئوية بسبب هذه التصريفات.

ولهذا النوع المحدد من التدهور الكهربائي؛ فإنه تم تطوير إعداد اختبار، وذلك يجمع اختبار المستوى المائل وفقاً لـ (DIN EN 60587)، ومن بين الإجهاد الكهربائي وتدفق مادة ملوثة على طول سطح عينة مائل. بسبب المجال الكهربائي المطبق على العينة، بحيث تحدث التصريفات على حواف قطرات الملوثات.

كما يتم عرض إعداد اختبار تخطيطي في الشكل التالي يمكن أن يؤدي التركيز المحلي للتفريغ الكهربائي إلى تآكل الحفر، بحيث يسمى تأثير بناء مسارات تآكل سطحي التعقب. كما يفشل الاختبار إذا تحقق تيار (60 مللي أمبير) أو بدأت العينات في الاحتراق أو تم تجسير 50 ​​٪ من طول العينة عن طريق تتبع أو حفر التآكل الذي أحدث ثقباً في العينة أثناء الاختبار استمرارية 6 ساعات، وفي إعداد الاختبار لهذا البحث، كما تم استخدام جهد تيار متردد ثابت يبلغ 4.5 كيلو فولت وتدفق ملوث قدره (0.6 مل / دقيقة ± 10٪).