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Al 비율에 실리콘 고무의 정전기 대전 특성
Electrostatic Electrification Properties of Silicone Rubber due to Al Ratios 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.27 no.8, 2014년, pp.522 - 527  

이성일 (한국교통대학교 안전공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, using the silicone rubber sample of $4cm{\times}4cm{\times}0.1cm$ for low voltage cable, the electrostatic electrification properties of three samples that the conductive Al of 0%, 25%, and 50% is attached to the surface of sample was measured. The following conclusion was ...

주제어

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제안 방법

  • 일반적으로 대전물체의 절연 성능이 높을수록 V0가 높고, τ가 커진다. 그러므로 Al 면적 비율을 증가시켰을 경우 대전전압이 1/2로 반감했을 때 접촉 면적이 커짐에 따라 대전전압이 감소함을 확인하고자 대전전압을 측정하였다. 정전기 대전전압이 Al 면적 비율이 넓을수록 온도 10℃일 때 습도가 높을수록 각각의 대전전압은 낮은 값을 나타내었는데 이는 분 당 1,550 회전을 행함으로 발생된 정전기 대전 전하량이 도체에 의해 접지상태가 되어 버리기 때문이라 생각된다.
  • 본 연구에서는 충진제인 실리카를 50 phr을 배합한 저압용 케이블용 실리콘 고무를 접촉면적 45 × 0.02 × 45∼55 ㎜인 시료를 제작하여 온도 25∼40℃, 습도 40∼80%의 환경에서 10 kV의 전압을 인가하여 정전기 대전전압을 측정하였다.
  • 1 cm인 실리콘 고무 시편의 표면에 도전체인 Al을 0% (100% 절연체)인 시편을 각각의 습도 40%~90%, 온도 10℃~38℃의 환경 범위에서 10 kV의 직류 고전압을 코로나 방전형으로 인가하여 1/2로 반감되는데 걸리는 대전전압을 측정한 결과이다. 습도가 40%, 온도가 10℃일 때의 대전전압은 0.26 kV 정도이나 온도가 15℃까지 급격히 떨어진 후 온도가 20℃부터 38℃까지 0.02 kV 정도로 미약한 변화의 일정한 값으로 대전하였다. 각각의 습도가 50~90%인 경우 온도가 10℃에서의 대전전압은 약 0.
  • 이 연구에서는 가로 4 cm, 세로 4 cm, 두께 1 mm 인 저압 케이블용 실리콘 고무시편에 0%, 25%, 50%의 도전성 재료인 Al을 부착하여 세 종류의 시편을 제작하였다. 온도 10~38℃, 습도 40~90% 환경 범위에서 이때 도전성 재료가 실리콘 고무 절연재료의 정전기 대전 특성에 어떤 영향을 미치는지 Al의 비율이 다른 세 종류 시료에 10 kV의 전압을 인가하여 정전기 대전 전위를 측정하였으며, 습도와 온도의 환경 하에서 특히 Al 접촉 면적 비율에도 영향을 받는다는 것과 물성을 측정을 위해서 푸리에 변환 적외선 분광계 (Germany, Bruker optics vertex 79 model)로 분석 및 검토를 하였다.
  • 이 실험에서 사용한 저압 케이블용 실리콘 고무 시편은 표 1과 같으며 원재료를 준비하고 설비를 가동하며 base를 투입한 후 100℃에서 30분 동안 mixing 하였으며, 실리카와 첨가제인 오일과 카본을 투입 후 120℃에서 10분 동안 혼합시켜 4cm × 4cm × 0.1cm로 성형하였다.
  • 이 연구에서는 가로 4 cm, 세로 4 cm, 두께 1 mm 인 저압 케이블용 실리콘 고무시편에 0%, 25%, 50%의 도전성 재료인 Al을 부착하여 세 종류의 시편을 제작하였다. 온도 10~38℃, 습도 40~90% 환경 범위에서 이때 도전성 재료가 실리콘 고무 절연재료의 정전기 대전 특성에 어떤 영향을 미치는지 Al의 비율이 다른 세 종류 시료에 10 kV의 전압을 인가하여 정전기 대전 전위를 측정하였으며, 습도와 온도의 환경 하에서 특히 Al 접촉 면적 비율에도 영향을 받는다는 것과 물성을 측정을 위해서 푸리에 변환 적외선 분광계 (Germany, Bruker optics vertex 79 model)로 분석 및 검토를 하였다.
  • 정전기를 발생시켜 주는 직류 코로나 방전식의 chopper형이며, 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 serial dot 방식) 및 항온・항습계를 사용하였다.
  • 측정회로를 그림 2에 나타내었으며, 항온・항습계로 온도 10∼38℃까지 5℃씩 상승시키면서, 습도는 40∼90%까지 5%씩 상승시켜가면서 60초 동안 정전기 대전 및 완화 전위 값을 측정했다.

대상 데이터

  • 1cm로 성형하였다. 성형한 실리콘 고무에 도전체인 Al을 0% (100% 절연체), Al 25% (75% 절연체), Al 50% (50% 절연체)로 부착하여 그림 1과 같이 시편을 3종류로 제작하였으며, 시편의 조성비는 표 1과 같다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
공장 전체 또는 기계 주변에 가습 설비를 설치하는 이유는? 최근, 산업현장에서 온도 및 습도 등의 생산 작업 환경을 실현하는데 역점을 두고 있다. 특히, 정전기 발생의 근원이 되고 있는 습도 환경은 생산 공장에서는 생산성, 품질 향상 및 안전 대책에 있어서 중요 요인으로 작용을 하므로 공장 전체 또는 기계 주변에 가습 설비를 설치하고 있다. 정전기에 의한 생산 장애와 시스템 파괴 등의 재해가 고분자 절연 물질에 의해 발생하는 경우가 급격히 늘고 있다 [1-3].
습도가 90% 정도가 되었을 때 대전전압의 폭이 넓은 범위 정도로 감소된 이유는 무엇인가? 15 kV의 넓은 범위 정도로 감소되었다. 이는 실리콘 고무 시편에 O-H 분자가 침투함으로써 전기 저항의 값이 떨어졌기 때문이라 생각된다.
폴리에틸렌 계통 및 여러 가지 유기 고분자가 절연재료로서 활용되는 이유는? 절연재료로서 우수한 전기 특성 때문에 폴리에틸렌 계통 및 여러 가지 유기 고분자가 사용되고 있는데 이와 같은 절연재료들은 각기 성능이 다르고 수명, 가격, 무게 등의 차이가 있으므로 전선의 사용 목적에 따라 적합한 재료들을 선택해야 한다. 산업의 발달과 더불어 긴 수명의 고도화된 성능의 기계에 대응하는 전선 및 케이블 등의 개발이 되어야만 누전으로 인한 화재로 막대한 인명과 재산의 손실을 방지할 수 있다.
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참고문헌 (10)

  1. T. J. Maloney, J of Electrostatics, 31, 313 (1993). 

  2. W. D. Greason, IEEE Trans., 33, 286 (1997). 

  3. H. G. Cho and Y. K. Park, J. KIEEME, 10, 770 (1997). 

  4. C. S. Huh, K. S. Jang, and H. G. Cho, J. KIEEME, 9, 344 (1996). 

  5. K. S. Cole and R. H. Cole, J. Chem. Phys., 9, 341 (1941). 

  6. Y. S. Yoo, J. H. Kim, K. S. Seo, H. G. Cho, and Y. K. Park, J. KIEEME, 12, 1052 (1999). 

  7. R. J. Morgan, L. T. Mones, and W. J. Steele, Polymer, 23, 295 (1982). 

  8. T. Imai, F. Sawa, T. Ozaki, T Shimizu, R. kido, M. Kozako, and T. Tanaka, Proc. of International Symposium on Electrical Insulating Materials, 5-9 (Kitakyushu, Japan, 2005) p. 239. 

  9. H. C. Karner, Evaluation of Polymeric Insulating Materials for HV Outdoor Application, 6th ISH, 30.02, 1 (1989). 

  10. ASTMD 2132-91, Standard Test Method for Dust-and-Fog Tracking and Erosion Resistance of Electrical Insulation Materials (1991). 

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