고전단 분산 장비는 중요한 기계적 기능을 수행합니다. 즉, 강한 힘을 가하여 응집된 나노 입자를 분해하고 혼합물 전체에 균일하게 분포시키는 것입니다. 고성능 코로나 저항 절연체 제조라는 특정 맥락에서 이 장비는 폴리이미드 또는 에폭시 수지와 같은 고분자 매트릭스 내에서 실리카 또는 알루미나와 같은 무기 충전재가 분자 수준에서 균일하게 분포되도록 보장합니다.
핵심 통찰력: 고전단 분산의 주요 가치는 단순히 혼합하는 것이 아니라 결함 방지입니다. 나노 입자 응집체를 강제로 분해함으로써 장비는 전기장이 집중되는 약점을 제거하여 코로나 노화로 인한 조기 절연 실패를 직접적으로 방지합니다.
고전단 분산의 메커니즘
응집체 분해
나노 입자는 표면력으로 인해 서로 뭉치거나 응집되는 강한 자연적 경향이 있습니다. 일반적인 혼합으로는 이러한 클러스터를 분리하기에 충분하지 않은 경우가 많습니다.
균질기와 같은 고전단 장비는 강력한 기계적 전단력을 적용하여 이러한 결합력을 극복합니다. 이 작용은 응집체를 물리적으로 찢어 개별 입자로 만듭니다.
분자 수준의 균일성 달성
입자가 분리되면 장비는 고분자 매트릭스 전체에 균일하게 분산되도록 합니다.
목표는 나노 입자 간의 거리가 일정한 균질한 혼합물을 만드는 것입니다. 이러한 수준의 균일성은 재료가 단순히 충전재가 포함된 고분자가 아니라 진정한 나노복합재료로 기능하는 데 필수적입니다.
분산이 코로나 저항을 정의하는 이유
전기장 집중 방지
절연 재료의 성능은 종종 가장 약한 지점에 의해 결정됩니다.
나노 입자가 뭉치면 절연체 내에 불규칙성이 발생합니다. 이러한 불규칙성은 전기장의 초점이 되어 국부적인 응력을 유발합니다.
재료 수명 연장
균일한 분포를 보장함으로써 고전단 분산은 재료 구조 전체에 걸쳐 전기 응력을 균등하게 분산시킵니다.
이는 코로나 방전 및 후속 재료 분해로 이어지는 국부적인 "핫스팟"을 방지합니다. 결과적으로 재료의 코로나 노화에 대한 저항성이 크게 향상됩니다.
절충점 이해
과도한 전단 위험
입자 분포를 개선하기 위해 기계적 에너지가 필요하지만 과도한 전단은 문제를 일으킬 수 있습니다.
너무 많은 에너지를 투입하면 상당한 열이 발생하여 수지가 조기에 경화되거나 고분자 사슬이 분해될 수 있습니다. 입자를 분해하는 것과 매트릭스 무결성을 보존하는 것 사이의 균형입니다.
공정 복잡성 대 성능
고전단 균질기를 사용하면 단순 교반에 비해 제조 공정에 단계가 추가됩니다.
그러나 저에너지 방법(예: 자기 교반)에 의존하면 고성능 절연에 필요한 특정 표면적을 달성하지 못하는 경우가 많습니다. 절충점은 훨씬 우수한 전기적 특성을 위해 더 높은 에너지와 장비 비용입니다.
프로젝트에 적합한 선택
고전단 분산은 제조 공정을 성능 요구 사항과 일치시키는 도구입니다.
- 주요 초점이 최대 전압 내구성이라면: 응집이 전혀 없도록 고전단 처리를 우선시하십시오. 미세한 클러스터라도 실패 지점이 될 수 있습니다.
- 주요 초점이 매트릭스 무결성이라면: 분산을 달성하면서도 고분자의 열 분해를 방지하기 위해 온도와 전단 시간을 주의 깊게 모니터링하십시오.
궁극적으로 분산의 균일성이 절연 성능의 한계입니다.
요약표:
| 특징 | 기계적 작용 | 절연 성능에 미치는 영향 |
|---|---|---|
| 응집체 분해 | 표면력을 극복하여 나노 입자 클러스터 분리 | 전기장이 집중되는 약점 제거 |
| 균일 분산 | 무기 충전재를 분자 수준으로 분산 | 매트릭스 전체에 걸쳐 일관된 유전 특성 보장 |
| 결함 방지 | 불규칙성과 국부적 응력 최소화 | 코로나 노화로 인한 조기 실패 직접 방지 |
| 에너지 제어 | 전단력과 온도 모니터링 균형 | 고분자 매트릭스 무결성 보존 및 분해 방지 |
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참고문헌
- Chuanyang Li, Yunlong Zi. Insulating materials for realising carbon neutrality: Opportunities, remaining issues and challenges. DOI: 10.1049/hve2.12232
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