Properties of Linear Low Density Polyethylene Silicone Rubber Nanocomposites For High Voltage Insulation Application

• Main Author: Ismail, Nurul Hidayah Ismail_
• Format: Thesis
• Language: English
• Published: 2016
• Subjects: T Technology; TA404 Composite materials
• Online Access: http://eprints.usm.my/40779/1/Properties_of_Linear_Low_Density_Polyethylene_Silicone_Rubber_Nanocomposites_For_High_Voltage_Insulation_Application.pdf; http://eprints.usm.my/40779/
• Institution: Universiti Sains Malaysia

Kajian ini menyiasat prestasi komposit nano termoplastik elastomer berasaskan campuran polietilena berketumpatan rendah linear (LLDPE) dan getah silikon (SR) diisi dengan pelbagai jenis pengisi nano bukan organik seperti silika (Si), boron nitrida (BN) dan zink oksida (ZO) untuk aplikasi penebat bervoltan tinggi. Bahagian pertama kajian menyiasat kesan urutan pencampuran yang berbeza pada sifat-sifat komposit nano LLDPE/SR/BN. 5 vol% nano-BN telah dimasukkan ke dalam 70/30 LLDPE/SR dengan menggunakan tiga urutan yang berbeza; LLDPE + SR + BN (dicampur dalam satu langkah pemprosesan), LLDPE + (masterbatch-SR/BN) dan SR + (masterbatch-LLDPE/BN), di mana sampel-sampel dengan masterbatch disediakan dalam dua langkah pemprosesan. Sampel dengan masterbatch-SR/BN mempamerkan struktur pengkapsulan dan menunjukkan kekuatan pecahan dielektrik yang tertinggi dan ketelusan serta kehilangan tangen yang paling rendah berbanding dengan dua urutan pencampuran yang lain yang menjana struktur penyebaran terpisah. Kemudian, dengan menggunakan urutan pencampuran yang optimum, pelbagai jenis komposit nano LLDPE/SR telah disediakan. Kesan tiga formulasi parameter seperti kandungan SR (10, 20 dan 30 wt%), jenis pengisi nano (Si, BN dan ZO) dan kandungan pengisi nano (2, 5 dan 8 vol%) terhadap sifat-sifat komposit nano LLDPE/SR telah disiasat secara statistik dengan menggunakan reka bentuk eksperimen (DOE). Berdasarkan analisis DOE, didapati bahawa komposit nano dengan 10 wt% SR dan 2 vol% BN mempamerkan sifat-sifat yang optimum untuk penebat bervoltan tinggi. Dalam bahagian ketiga kajian, sampel komposit nano yang optimum telah didedahkan kepada sinaran pancaran elektron (EB) pada dos yang berbeza-beza (20, 40, 50 dan 100 kGy). Keputusan menunjukkan bahawa 20 kGy sinaran EB cukup untuk menyambung silang fasa SR dan meningkatkan lekatan antara muka dalam sistem komposit nano tersebut yang menyebabkan peningkatan kepada kekuatan dielektrik pecahan, jumlah rintangan, kekuatan tegangan dan modulus. Siasatan ke atas kesan-kesan penuaan ultraviolet (UV), haba dan air (diubah kepada tiga tempoh penuaan yang berbeza) ke atas komposit nano LLDPE/SR/BN yang menjalani sinaran EB dan tidak menjalani sinaran EB menunjukkan bahawa penuaan air menunjukkan kesan yang paling teruk kepada kekuatan pecahan dielektrik, diikuti oleh penuaan UV dan haba. Didapati bahawa dengan meningkatkan masa penuaan, kekuatan pecahan dielektrik semakin menurun. Sifat hidrofobik bagi sampel yang tidak menjalani penyinaran EB berkurangan di dalam semua sampel yang menjalani penuaan, tetapi dalam kes sampel yang dipancarkan sinaran EB, sifat hidrofobik menunjukkan kesan yang tidak ketara terhadap penuaan. ________________________________________________________________________________________________________________________ This study investigated the performance of thermoplastic elastomer nanocomposites based on linear low density polyethylene (LLDPE) and silicone rubber (SR) blends filled with different types of inorganic nanofillers such as silica (Si), boron nitride (BN) and zinc oxide (ZO) for the application of high voltage insulators. The first part of the study investigated the effect of different mixing sequences on the properties of LLDPE/SR/BN nanocomposites. 5 vol% of nano-BN was introduced into 70/30 LLDPE/SR by using three different sequences; LLDPE + SR + BN (mixed in single processing step), LLDPE + (masterbatch-SR/BN) and SR + (masterbatch-LLDPE/BN), where the samples with masterbatch were prepared by two processing steps. The samples with masterbatch-SR/BN exhibited encapsulation structure and showed the highest dielectric breakdown strength and the lowest permittivity and loss tangent compared to the other two mixing sequences which generated separated dispersion structure. Later, by adapting the optimum mixing sequence, various types of LLDPE/SR nanocomposites were prepared. The effect of three formulation parameters such as SR content (10, 20 and 30 wt%), type of nanofiller (Si, BN and ZO) and nanofiller loading (2, 5 and 8 vol%) on the properties of LLDPE/SR nanocomposites was investigated statistically by using design of experiment (DOE). Based on DOE analysis, it was found that the nanocomposites with 10 wt% of SR and 2 vol% of BN exhibited optimum properties for high voltage insulators. In the third part of the study, the optimized nanocomposite sample was exposed to electron beam (EB) irradiation at varied doses (20, 40, 50 and 100 kGy). The results indicated that 20 kGy EB irradiation was enough to selectively crosslink the SR phases and improve interfacial adhesion in the nanocomposite system giving rise to the improved dielectric breakdown strength, volume resistivity, tensile strength and modulus. Investigation on the effects of ultraviolet (UV), heat and water ageing (varied to three different ageing times) on the unirradiated- and 20 kGy irradiated-LLDPE/SR/BN nanocomposites indicated that water ageing showed the most severe effect on the dielectric breakdown strength, followed by UV and heat ageing. It was found that increasing ageing time further reduced the dielectric breakdown strength. The hydrophobicity for the unirradiated samples reduced in all aged samples, but in the case of irradiated samples, the hydrophobicity showed insignificant effect on ageing.