Investigations on mechanical and electrical properties of silicone rubbers

Silicone is an extremely versatile rubber with central importance in industrial manufacturing, particularly in electrical engineering. This significant role is due to its many features, such as the good electrical insulating properties, the high inertness and non reactive behavior with most chemicals, the resistance to extreme environments and temperatures still maintaining its useful characteristics. Nowadays, new kinds of silicone rubbers are continuously developed, which need characterization according to their specific application. The first part of this study deals with the mechanical tensile strength; after a theoretical examination, the obtained results are presented and analyzed, concerning the tests conducted on different silicone rubbers in the company “IPH Berlin”. The second part, regarding the investigation of electrical properties performed in the laboratories of “Technische Universität Berlin”, is introduced by a description of the employed test cell and a preliminary partial discharge measurement. The dissipation factor test, from which the dielectric permittivity is computed, is based on the relationship between the test object and an ideal reference capacitor; the experiments are carried out varying three different parameters: the temperature, the frequency and the applied voltage. The volume resistivity, obtained by using an electrometer with implementation of the alternating-polarity method, is investigated at different temperatures. Finally, the polarization and depolarization current (PDC) test, at different temperatures, allows the evaluation of the dielectric response in the time domain. These three dielectric tests are discussed and their results are inspected, yielding the characterization of different silicone rubbers and providing a reference for their future implementation in electrical components or a basis for a further scientific investigation.

Il silicone è una gomma estremamente versatile, largamente utilizzata nella produzione industriale e con un’importante funzione nell’ingegneria elettrica. Questo ruolo fondamentale è dovuto alle sue molteplici caratteristiche, come la proprietà di isolante elettrico, l’elevata inerzia in relazione a molteplici componenti chimici, la resistenza a condizioni termiche e ambientali estreme sempre mantenendo le specifiche peculiarità. Al giorno d’oggi, nuove tipologie di silicone sono continuamente sviluppate, necessitando di una specifica analisi secondo i loro particolari utilizzi. La prima parte di questo studio affronta il test meccanico di trazione uniassiale; dopo una spiegazione teorica, sono presentati e analizzati i risultati ottenuti, riguardanti gli esperimenti condotti su diverse gomme siliconiche nella società “IPH Berlin”. La seconda parte, attinente allo studio di proprietà elettriche effettuato nei laboratori della “Technische Universität Berlin”, è introdotta da un’illustrazione della cella utilizzata per le diverse prove e da una misurazione di scariche parziali. Il test riguardante il fattore di dissipazione, dal quale è calcolata la permettività, è basato sul confronto tra l’oggetto in prova e un capacitore ideale; l’esperimento è eseguito mediante la variazione di tre parametri: la frequenza, la temperatura e la tensione applicata. La resistività volumica, ottenuta con l’impiego di un elettrometro che utilizza il metodo cosiddetto “alternating-polarity”, è analizzata a diverse temperature. Infine, il test di “polarization and depolarization current” (PDC), effettuato a differenti temperature, permette la valutazione della risposta dielettrica nel dominio del tempo. E’ esaminato lo svolgimento degli esperimenti realizzati, in aggiunta all’analisi dei risultati, fornendo la caratterizzazione delle diverse gomme siliconiche e offrendo un riferimento per la loro implementazione in componenti elettrici, o un punto di partenza per ulteriori analisi in laboratorio.