[논문]Silicone Fluid들이 실리콘 고무의 절연특성에 미치는 영향(1)

강동필; 박효열; 안명상; 김대환; 이후범; 오세호

Silicone Fluid들이 실리콘 고무의 절연특성에 미치는 영향(1)
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강동필 (한국전기연구원) , 박효열 (한국전기연구원) , 안명상 (한국전기연구원) , 김대환 (한국전기연구원) , 이후범 (동양실리콘(주)) , 오세호 (동양실리콘(주))

전기방전에 대한 shed 재료의 열화내성과 우수한 발수성의 장기간 유지특성은 폴리머 애자의 장기성능에 있어서 가장 중요한 인자들이다. 애자 제조시 무결점 성형성 또한 중요한데 열화내성을 확보하기 위해 다량의 ATH의 첨가가 수반되기 때문에 적절한 process oil의 사용이 불가피하다. 사용하는 오일의 종류와 량에 따라 옥외절연물의 장기성능에 영향을 주는 표면발수성이나 방전내성은 크게 차이가 나는 것으로 밝혀지고 있다. 본 논문에서는 화학적 구조와 정도가 다른 몇 가지 실리콘 fluid들을 실리콘 고무에 처방하여 기본물성과 초고압 옥외절연물의 shed 재료로서 장기성능에 영향을 주는 방전열화내성과 표면발수성의 회복특성을 평가하였다. 실리콘 고무의 무결점 사출성형에 가소도가 중요한데 동일한 무기물 첨가조건에서 유사한 가소도를 갖게 하는데 필요한 량은 fluid들의 종류에 따라서 상당한 차이가 있었다. 특히 PDMS는 점도는 낮지만 분자량이 커서 많은 량이 첨가되어 기계적 특성저하가 크게 일어났다. 코로나 처리후 발수성 회복특성은 fluid들의 분자크기와 반응기의 종류에 따라 상당히 영향을 받았으며 분자가 클수록 초기회복속도는 다소 느려도 최종의 상시발수성은 다소 높게 유지되었으며 2일 이내에 거의 초기 접촉각으로 회복되었다. 내아크성은 무게손실이 적을수록 오차범위도 작은 안정된 특성을 보였으며 fluid들의 종류에 따른 무게손실의 차이는 크지 않았다. 트래킹 방전에 의한 무게 감소는 fluid의 분자가 크면서 페닐기를 가진 fluid들이 첨가된 고무가 우수한 특성을 보였다.

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문제 정의

메톡시기를 가진 실리콘 fluid들의 내트래킹성이 다소 불안정하며 무게 손실이 많으며 hydroxy기를 가진 fluid들은 점도가 낮은 것이 무게손실이 많았는데 트래킹 방전시 수분과 수증기에 대한 내수성은 분자량이 적을수록 나빠지는데 기인하는. 것으로보인다.
본 논문에서는 화학적 구조와 분자량이 상당히 다른 몇 가지 실리콘 fliud들을 첨가하여 실리콘 고무로서의 일반적 물성과 가공성을 평가하고 초고압 옥외절연물의 shed 재료로서 장기성능에 영향을 주는 방전열화내성과 표면발수성의 회복특성에 대해서 연구하였다.

제안 방법

6 ml/min이었다. 4.5 kV의 전압을 6시간 동안 인가 후 발생한 무게 손실을 측정하였다.
Antitracking agent로 사용한 ATH의 입도 분포측정에는 Seishin Enterprise사의 Micron Photo Sizer SKC-2000을 사용하였고 입자의 형상을 조사하기 위하여 IPA에 분산시킨 슬러리 액체를 mount위에 적가하여 건조시킨 뒤 SEM으로 조사하였다.
35 nun의 간격으로 시료의 면상에 배치하고 전극 간 전압은 12, 500 V로 설정하여 측정하였다. CEAST사의 Arc vis를 사용하여 측정하였다.
가소도는 William Plasticity Test Machine(Ueshima~Japan, No. 891517), 경도는 shore A 경도계(GS-710 JIS 정압 하중기), 그리고 인열강도, 인장강도, 신율은 Shimadzu AGT Test Machine으로 측정하였다.
고무의 사출성형성과 기계적 특성을 조사하기 위하여 가소도, 경도, 인장강도, 인열강도, 신율 등을 평가하였다. 가소도는 William Plasticity Test Machine(Ueshima~Japan, No.
실험에 사용한 판상시 편의 크기는 100x100x2 mn?이었으며 각 시편별로 100> 200, 1,000 회로 나누어 코로나 방전열화실험을 행하였다. 방전열화된 시편으로 SEM을 사용하여 표면 열화 정도를 비교하였으며 발수성 회복특성을 평가하였다.
실리콘 고무는 아크에 의하여 탄화가 되지 않으므로 본 연구에서는 시편에 420초의 아크를 발생시킨 후 그 때까지의 무게손실을 측정하여 열화 정도의 기준으로 삼았다. 지름 2.
100x100x2 mn?이었으며 각 시편별로 100> 200, 1,000 회로 나누어 코로나 방전열화실험을 행하였다. 방전열화된 시편으로 SEM을 사용하여 표면 열화 정도를 비교하였으며 발수성 회복특성을 평가하였다.
기준으로 삼았다. 지름 2.4 mm의 텅스텐 재질로 된 1쌍의 전극을 서로 6.35 nun의 간격으로 시료의 면상에 배치하고 전극 간 전압은 12, 500 V로 설정하여 측정하였다. CEAST사의 Arc vis를 사용하여 측정하였다.
코로나 방전 처리된 실리콘 고무표면의 열화에 따른 발수성 감소와 경과시간에 따른 발수성 회복 특성을 조사하기 위하여 Surface and Electro-Optics사의 Dynamic Contact Angle Meter를 사용하여 접촉각을 측정하였다. 적가한 물의 량은 10以이었으며 적가 10초 후에 값을 측정하였다.

대상 데이터

일본 도시바 실리콘의 base gum과 Huber(l.lem)사 ATH를 사용하였다. 고무처방에 사용된 fluid의 종류, 270정도의 가소도를 갖게 하는데 사용된 fluid들의 량, 컴파운드명을 표 1에 정리하였다.

이론/모형

IEC 60587의 규정에 따라 내트래킹성을 측정하였으며 AC 4.5 kV 전압을 인가하였다. 이비온성 wetting agent가 첨가된 0.

성능/효과

1. 실리콘 고무의 무결점 사출성형에 가소도가 중요한데 동일한 무기물 첨가조건에서 유사한가 소도를 갖게 하는데 필요한 량은 실리콘 fluid들의 종류에 따라서 상당한 차이가 있었다. 특히 PDMS는 점도는 낮지만 분자량이 커서 많은 량이 첨가되어 기계적 특성저하가 크게 일어났다.
2. 코로나 처리후 발수성 회복특성은 fluid들의 분자 크기와 반웅기의 종류에 따라 상당히 영향을 받았으며 분자가 클수록 초기회복속도는 다소 느려도 최종의 상시발수성은 다소 높게 유지되었으며 2일 이내에 거의 초기 접촉각으로 회복되었다.
3. 내아크성은 무게손실이 적을수록 오차범위도 작은 안정된 특성을 보였으며 fluid들의 종류에 따른 무게 손실의 차이는 크지 않았다.
4. 트래킹 방전에 의한 무게 감소는 fluid의 분자가 크면서 페닐기를 가진 fluid들이 첨가된 고무가 우수한 특성을 보였다.
그리고 이들은 친수성 화학기를 가지고 있지 않기 때문에 초기의 접촉각도 높은 특징을 가지고 있다. OH-t-PDMS들은 초기 접촉각이 낮았으며 방전 처리 후 초기회복특성은 우수하였으나 하루가 경과된이후의 발수성은 낮게 유지되었다. 이것은 분자 크기가 작아 초기 발수성 회복은 빠르지만 실록산분자 양단에 친수성의 hydroxy기가 붙어 있어 일정 이상으로 접족각이 증가하지는 않는 것으로 보인다.
의미한다. PDMS와 페닐기를 가진 fluid들이 첨가된 고무들은 코로나 처리후 초기회복속도는 느렸으나 하루이상 경과된 후에는 발수성이 더 높게 회복되었다. PDMS는 분자가 상당히 커서 확산의 유동성이 낮아 회복이 느리고 페닐기를 가진 fluid는 페닐기의 부피가 커서 아주 짧은 시간에 민감하게 회복되지는 못 하지만 실리콘 gum과의 상용성도 낮고 무기물 표면과의 인력도 약하여 1-2시간 이후의 희복속도는 아주 빠른 것으로 확인되고 있다.
즉 트래킹 방전 시 표면에 물이 존재하고 전기방전에 의한 열과 광이 발생되는 조건에서 오일분 자가 적어 열화속도가 빠를 수도 있지만 방전 열이 발생하여 고온이 되면 터미널에 두 개의 0H기를 가진 오일의 물에 대한 용해도가 커서 쉽게 용해되어 없어질 수도 있다. 첨가한 오일의 점도가 높아질수록 트래킹에 의한 무게손실은 감소함을 보이는 것으로 보아 fluid들의 내열성이 내트래킹성에 크게 영향을 주고 있는 것으로 보인다.
실리콘 고무의 무결점 사출성형에 가소도가 중요한데 동일한 무기물 첨가조건에서 유사한가 소도를 갖게 하는데 필요한 량은 실리콘 fluid들의 종류에 따라서 상당한 차이가 있었다. 특히 PDMS는 점도는 낮지만 분자량이 커서 많은 량이 첨가되어 기계적 특성저하가 크게 일어났다.

후속연구

고려하여야 한다. 특히 반응성 fluid들은 표면방전 시 첨가된 무기물 표면이 친수성 상태로 변하는 것을 저지하는 효과가 기대되므로 고무의 처방 시 저분자성 fluid들의 처방에 대한 연구가 필요하다.

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