[논문]실리콘 고무의 면적 변화에 따른 정전기 대전 특성

Lee, Sung-Ill

doi:10.4313/jkem.2012.25.9.732

실리콘 고무의 면적 변화에 따른 정전기 대전 특성
Electrostatic Electrification Properties due to Square of Silicone Rubber 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.25 no.9, 2012년, pp.732 - 737

Lee, Sung-Ill (한국교통대학교 안전공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This study made a specimen (contact surface size: $45\;mm{\times}0.02\;mm{\times}45{\sim}55\;mm$) with silicon rubber for low voltage cable with 50 phr silica filler. The electrification voltage of electrostatics were measured for different sizes of contact surface with the applied voltage of 10kV and the environmental settings of temperature ($25{\sim}40^{\circ}C$) and humidity (40~80%). The following conclusions were made. The electrification voltage of electrostatics decreased as the humidity increased. The electrification voltage of electrostatics increased as the temperature increased. The larger the surface size, the higher the electrification voltage of electrostatics. The property of the material had more effect on the relaxation time than the humidity.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

제안 방법

그림 1에 정전기 전하량 측정회로를 나타내었으며, 항온 · 항습계로 온도 25∼40℃ 까지 5℃씩 상승시키면서, 습도는 40∼80% 까지 5%씩 상승시켜 가면서 1분 동안 정전기 대전 및 완화를 측정했다.
그림 2에 시료를 코로나 방전에 의해 임의로 대전시키는 구동기, 코로나를 발생시키기 위한 고압직류 전원, 소자를 위에 놓고 회전시키는 턴테이블 및 모터, 시료의 전위를 픽업하는 수신기와 증폭기, 또 완화되는 전하로부터 반감기를 측정하는 analyzer가 부착, 이를 조작하는 조작부 등으로 구성되어 있는 static honestmeter의 구조를 나타내었으며 턴테이블 (turn table)을 1,550 rpm의 속도로 회전시키면서 시료에 10 kV의 전압을 20 mm 떨어진 시료에 인가하여 대전되는 대전전압이 3 kV인데 45 ㎜×45 ㎜×0.02 ㎜, 45 ㎜×50 ㎜×0.02 ㎜, 45 ㎜×55 ㎜× 0.02 ㎜인 시료를 장착한 후 온도를 10～40℃, 습도 40～80%의 환경에서 10 kV의 직류고전압을 코로나 방전 형으로 인가시켜 그 검출치가 포화치 (saturation level)에 도달한 후 고압인가를 차단시키고 그 후 60 sec 동안 시료 표면상의 전위 감쇠상태를 연속적으로 측정하였다.
본 실험에서 사용한 실리콘 고무 시료는 표 1과 같으며 원재료를 준비하고 설비를 가동하며 base를 투입한 후 100℃에서 30분 동안 mixing 하였으며, 실리카와 첨가제인 오일과 카본을 투입 후 170℃에서 4시간 동안 혼합시켜 토출한 후 냉각시킨 상태에서 난연실리카 투입 후 1시간 혼합하여 45 ㎜×45 ㎜×0.02 ㎜, 45 ㎜×50 ㎜×0.02 ㎜, 45 ㎜×55 ㎜×0.02 ㎜인 세 가지 시료를 제작하였다.
본 연구에서는 결합제인 실리콘 다이옥시드를 50 phr을 배합한 저압용 실리콘 고무 케이블용 접촉면적45 ㎜×45 ㎜×0.02 ㎜, 45 ㎜×50 ㎜×0.02 ㎜, 45 ㎜×55 ㎜×0.02 ㎜인 3종류의 시료를 제작하여 온도 25～40℃, 습도 40～80%의 환경에서 10 kV의 전압을 인가하여 정전기 대전전압을 측정하였다.
본 연구에서는 저압용 실리콘 고무 케이블의 절연재에 충전제인 실리카를 50 phr을 배합한 시료를 접촉면적 두께 0.02 ㎜, 세로 45 ㎜, 가로를 45, 50, 55 ㎜의 3 종류로 제작하여 온도 25～40℃, 습도 40～80%의 환경에서 정전기 대전전압을 측정하여 대전과 완화 특성에 대하여 검토하였다.
정전기를 발생시켜 주는 직류 코로나 방전식의 chopper형의 D.C(±), 0～10 kV)의 가변형인 static honestmeter (일본: Shishido 정전기(type H-0110), 분석용으로 honest analyzer (일본: Shishido 정전기(type V1), thermal printer (일본: DPU-411, 열감지식 seriai dot 방식) 및 온도와 습도의 환경 조성을 위하여 항온 · 항습계를 사용하였다.

성능/효과

1) 일정온도, 습도가 60%에서 80%로 증가함에 따라 대전전압은 감소했는데 이는 공기 중의 습도의 일부가 보강제인 AlOH₃ (aluminium trihydroxide)가 배합된 실리콘 고무 시료 표면에 의해 흡수되어 절연체의 정전기 특성에 영향을 미쳤기 때문에 반비례 경향을 나타냈다고 생각된다.
2) 일정습도, 온도가 25℃에서 40℃로 높아질수록 대전전압이 상승함을 확인했는데 이는 실리콘 고무시료 표면에 turn table에 장착된 시료가 마찰시 전자의 방출이 온도의 영향을 받기 때문이라 생각된다.
3) 면적이 넓을수록 온도 및 습도에 의한 대전전압이 상승함을 확인할 수 있었다.
4) 온도 및 습도가 일정할 경우 1/2 반감 시 면적이 넓을수록 대전전압이 더 높았음을 확인할 수 있었다.
그러므로 면적을 증가시켰을 경우 대전전압은 1/2로 반감 시 면적이 증가할수록 감쇠시간은 나타나지 않았으며 습도가 일정할 경우 대전전압은 45 ㎜×45 ㎜×0.02 ㎜인 시료인 경우 0.80 kV, 45 ㎜×50 ㎜×0.02 ㎜인 시료인 경우 0.81 kV, 45 ㎜×55 ㎜×0.02 ㎜인 시료인 경우 0.83 kV로 나타났는데 접촉 면적이 커짐에 따라 대전전압도 높아짐을 확인했다.
57 kV 범위 정도로 완만하게 감소하였다. 그림 3～6에서 습도가 40%일 때 온도가 25℃에서 1.68 kV, 30℃에서 1.70 kV, 35℃에서 1.71 kV, 40℃에서 1.76 kV 정도의 대전전압이 발생 하였으며, 습도가 80%일 때 온도가 25℃에서 1.51 kV, 30℃에서 1.53 kV, 35℃에서 1.57 kV, 40℃에서 1.26 kV 정도로 습도가 80%일 때가 80%일 때 보다 대전전압의 발생이 감소하였음을 확인했다.
그림 6은 온도가 35℃일 때 40%～80%의 습도 환경에서 정전기 대전특성을 측정한 결과이다. 면적이 가로 45, 50, 55 mm, 세로 45 ㎜, 높이 0.02 ㎜인 시료는 습도가 40%에서 대전전압은 1.75～1.77 kV 정도이나 습도 80%일 때 약 1.54～1.57 kV 범위 정도로 완만하게 감소하였다. 그림 3～6에서 습도가 40%일 때 온도가 25℃에서 1.
66 kV 정도로 완만하게 증가하였다. 습도가 일정할 경우 면적이 넓을수록 정전기 대전량이 커짐을 확인했다.
02 ㎜, 세로 45 ㎜, 가로를 45, 50, 55 ㎜의 3 종류로 제작하여 온도 25～40℃, 습도 40～80%의 환경에서 정전기 대전전압을 측정하여 대전과 완화 특성에 대하여 검토하였다. 이때 접촉 면적이 정전기 대전 특성에 어떤 영향을 미치는지 면적이 다른 세 종류 시료에 10 kV의 전압을 인가하여 정전기 대전 전하량을 측정하였으며, 습도와 온도의 환경 하에서 특히 접촉 면적에도 영향을 받는다는 것을 검토하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	실리콘 고무는 무슨 용도로 널리 사용되고 있는가?	최근, 산업 현장에서 고분자 물질의 정전기에 의한 생산 장애와 시스템 파괴 등의 재해가 점증하여 일어나고 있다. 이에 시료로 선정한 실리콘 고무는 주사슬 (main chain)이 규소와 산소로 되어 있는 무기 고분자이기 때문에 주파수 및 온도 변화에 따른 전기절연성, 내로나성, 내후성, 내약품성이 우수하여 전천후 절연재료로 널리 사용되고 있다 [1-3]. 또한 송전선로의 고압화, 배전선로의 지중화, 수중화, 원자력 발전소 등의 전선이나 케이블 등의 극한 환경 속에서도 절연내력, 내열 및 내한성이 아주 우수하다.
	실리콘 고무의 최종 물성에 크게 영향을 미치는 것은 무엇인가?	실리콘 고무는 그 고분자간 분자간의 힘이 낮아 부족한 특성을 보강하기 위하여 충전재 입자의 표면적, 입도 분포 그리고 표면처리 상태 등이 잘 고려되어야 한다. 또한 고분자와 충전재의 체적분율, 형상, 크기 등도 고무의 최종 물성에 크게 영향을 미친다. 무기물 충전재의 표면 상태는 친수 특성을 가지고 있어 고분자에의 함침성이 나쁘므로 가공성이 좋지 않기 때문에 표면처리를 함으로써 기계적 강도, 접착성, 전기적 특성, 내수성, 내후성 등을 개선할 수 있다 [7,8].
	실리콘 고무의 장점은?	최근, 산업 현장에서 고분자 물질의 정전기에 의한 생산 장애와 시스템 파괴 등의 재해가 점증하여 일어나고 있다. 이에 시료로 선정한 실리콘 고무는 주사슬 (main chain)이 규소와 산소로 되어 있는 무기 고분자이기 때문에 주파수 및 온도 변화에 따른 전기절연성, 내로나성, 내후성, 내약품성이 우수하여 전천후 절연재료로 널리 사용되고 있다 [1-3]. 또한 송전선로의 고압화, 배전선로의 지중화, 수중화, 원자력 발전소 등의 전선이나 케이블 등의 극한 환경 속에서도 절연내력, 내열 및 내한성이 아주 우수하다.

참고문헌 (8)

S. Lee and S. Kim, J. KIEEME, 23, 48 (2010).

원문보기 상세보기
S. Lee, J. KIEEME, 23, 718 (2010).

원문보기 상세보기
R. G. Renninger, J. Electrostatics, 28, 253 (1992).

상세보기
D. L. Sin and T. L. Welsher, J. Electrostatics, 31, 199 (1993).

상세보기
M. C. Jon and T. L. Welsher, J. Electrostatics, 32, 43 (1994).

상세보기
K. Lee, J. Yoo, J. Hong, S. Lee, Y. Kim, and H. Jeong, J. KIEEME, 20, 25 (2007).

원문보기 상세보기
W. D Greason, J. Electrostatics, 28, 199 (1992).

상세보기
W. D Greason and S. Bulach, IEEE Trans. on Ind. App.,. 33, 286 (1997).

상세보기

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증