用于检测硅橡胶老化程度的模型及其建立方法和应用与流程

本发明涉及材料性能评估，具体地，涉及一种用于检测硅橡胶老化程度的模型及其建立方法和应用。

背景技术：

1、硅橡胶复合绝缘子因其良好的憎水性、憎水迁移性、耐雨闪、耐污闪等特性而被广泛应用于电力系统。然而，随着运行年限增加，复合绝缘子表现出一个突出问题是在服役环境下(包括紫外线、污秽、湿热、电晕放电、冰雪等)逐渐发生老化，硅橡胶材料结构发生破坏，憎水性和耐污闪性能变差，绝缘可靠性下降，直接影响电网的安全运行。长期以来，复合绝缘子的老化机理、老化试验方法、老化表征及评估方法等一直是高电压绝缘领域关注的重点研究方向。

2、目前老化检测表征的手段较多，但更多集中于对微观结构和宏观性能的检测，如，采用x射线衍射能谱(xps)对硅橡胶老化过程中的不同元素含量变化进行表征，或采用扫描电子显微镜(sem)对微观形貌进行表征，或采用硬度计(例如邵氏硬度计)对宏观硬度进行表征。但采用xps对硅橡胶老化过程中的不同元素含量变化进行表征容易受到伞裙表面污秽的影响，很难清楚准确的分析出硅、氧和碳等各种元素的变化，而且检测手段相对复杂，对人工的熟练度和操作准确性要求较高。采用sem、硬度计对微观形貌及硬度进行表征，虽然能简单直接地定性比较硅橡胶老化前后微观形貌和硬度的变化，但是难以评估变化后的整体老化水平，需要借助更多其他检测手段综合评估。

3、背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

技术实现思路

1、为了解决上述问题之一，本发明的第一方面提供了一种用于检测硅橡胶老化程度的模型的建立方法，其包括：

2、准备硅橡胶样品，所述硅橡胶样品的出厂时间小于24h；

3、采用动态力学分析仪表征所述硅橡胶样品，获得第一储能模量-温度谱图和第一损耗因子-温度谱图，从而获得第一室温储能模量g’1、第一结晶转变温度tc1和第一结晶转变峰强度tanδ1；

4、在不同老化条件下分别老化所述硅橡胶样品，获得多个老化样品；

5、采用所述动态力学分析仪分别表征所述多个老化样品，获得第二储能模量-温度谱图和第二损耗因子-温度谱图，从而分别获得所述多个老化样品中每个的第二室温储能模量g’2、第二结晶转变温度tc2和第二结晶转变峰强度tanδ2；

6、分别按照式(1)至式(3)计算所述多个老化样品中每个的储能模量变化值i、结晶转变温度变化值p和结晶转变峰强度变化值q：

7、i＝g’1-g’2 式(1)，

8、p＝tc1-tc2 式(2)，

9、q＝tanδ1-tanδ2式(3)，以及

10、根据所述多个老化样品中每个的老化程度、i值、p值和q值，确定在不同老化程度时i值的第一数值范围、p值的第二数值范围和q值的第三数值范围。

11、在本发明的一些实施例中，上述建立方法还包括：

12、准备已使用不同年限的多个在运行硅橡胶样品；

13、采用所述动态力学分析仪分别表征所述多个在运行硅橡胶样品，获得第三储能模量-温度谱图和第三损耗因子-温度谱图，从而分别获得所述多个在运行硅橡胶样品中每个的g’2值、tc2值和tanδ2值；

14、分别按照式(1)至式(3)计算所述多个在运行硅橡胶样品中每个的i值、p值和q值；

15、判断所述多个在运行硅橡胶样品中每个的i值、p值和q值与所述多个在运行硅橡胶样品中每个的老化程度的对应关系是否正确；

16、若否，调整所述第一数值范围、所述第二数值范围和所述第三数值范围，以与所述多个在运行硅橡胶样品中每个的老化程度相对应。

17、在本发明的一些实施例中，所述多个在运行硅橡胶样品为多个已使用1～20年的在运行硅橡胶样品。

18、在本发明的一些实施例中，根据所述多个老化样品中每个的老化程度、i值、p值和q值，确定在不同老化程度时i值的第一数值范围、p值的第二数值范围和q值的第三数值范围包括：

19、检测所述多个老化样品中每个的硬度和/或回弹性能，从而确定所述多个老化样品中每个的老化等级；以及

20、根据所述多个老化样品中每个的老化等级、i值、p值和q值，确定所述第一数值范围、所述第二数值范围和所述第三数值范围。

21、在本发明的一些实施例中，当邵氏硬度小于75a、180°对折无折痕时，老化等级为i级；

22、当邵氏硬度为75～80a、180°对折无折痕时，老化等级为ii级；

23、当邵氏硬度大于80a且小于85a、180°对折有折痕时，老化等级为iii级；以及

24、当邵氏硬度大于等于85a、180°对折有开裂时，老化等级为ⅳ级；

25、其中老化等级越高，老化程度越大。

26、在本发明的一些实施例中，所述不同老化条件包括第一老化条件和/或第二老化条件；

27、其中，所述第一老化条件包括：温度200～240℃、时间0～500h；

28、所述第二老化条件包括20～30个大循环老化，每个所述大循环老化包括：高温老化2d、湿热老化2d、紫外老化2d、电晕老化1d，其中所述高温老化在温度150～180℃进行，所述湿热老化在相对湿度93～95％、温度60℃进行，所述紫外老化在紫外灯强度75～100w进行，所述电晕老化在电场环境25～30kv进行。

29、在本发明的一些实施例中，所述不同老化条件包括第一老化条件和第二老化条件，所述多个老化样品包括在所述第一老化条件下老化获得的多个第一老化样品和在所述第二老化条件下老化获得的多个第二老化样品；

30、根据所述多个老化样品中每个的老化程度、i值、p值和q值，确定在不同老化程度时i值的第一数值范围、p值的第二数值范围和q值的第三数值范围包括：

31、根据所述多个第一老化样品的老化程度确定所述第一数值范围、所述第二数值范围和所述第三数值范围；

32、判断所述多个第二老化样品中每个的i值、p值和q值与所述多个第二老化样品中每个的老化程度的对应关系是否正确；

33、若否，调整所述第一数值范围、所述第二数值范围和所述第三数值范围，以与所述多个第二老化样品中每个的老化程度相对应。

34、本发明的第二方面提供了一种用于检测硅橡胶老化程度的模型，其通过上述任一所述的建立方法建立。

35、在本发明的一些实施例中，当所述硅橡胶的i值大于-30mpa、p值小于1℃、q值小于0.02时，所述硅橡胶的老化等级为i级；

36、当所述硅橡胶的i值为-30～-80mpa、p值1～4℃、q值0.02～0.05时，所述硅橡胶的老化等级为ii级；

37、当所述硅橡胶的i值小于-80mpa且大于-140mpa、p值大于4℃且小于5.5℃、q值大于0.05且小于0.08时，所述硅橡胶的老化等级为iii级；

38、当所述硅橡胶的i值小于等于-140mpa、p值大于等于5.5℃、q值大于等于0.08时，所述硅橡胶的老化等级为ⅳ级；

39、其中所述硅橡胶的老化等级越高，老化程度越大。

40、本发明的第三方面提供了一种检测硅橡胶老化程度的方法，其包括：

41、采用动态力学分析仪表征所述硅橡胶，获得第四储能模量-温度谱图和第四损耗因子-温度谱图，从而获得所述硅橡胶的第二室温储能模量g’2、第二结晶转变温度tc2和第二结晶转变峰强度tanδ2；

42、分别按照式(1)至式(3)计算所述硅橡胶的储能模量变化值i、结晶转变温度变化值p和结晶转变峰强度变化值q：

43、i＝g’1-g’2 式(1)，

44、p＝tc1-tc2 式(2)，

45、q＝tanδ1-tanδ2 式(3)，

46、其中，g’1为第一室温储能模量，tc1为第一结晶转变温度，tanδ1为第一结晶转变峰强度，g’1值、tc1值、tanδ1值通过采用所述动态力学分析仪表征出厂时间小于24h的硅橡胶样品获得；以及

47、根据上述任一所述的模型以及所述硅橡胶的i值、p值和q值，确定所述硅橡胶的老化程度。

48、本发明提供的模型利用动态力学分析仪对复合绝缘子的硅橡胶伞裙在老化过程中的分子动力学进行表征，以硅橡胶自身特征转变峰和储能模量为评估对象，测试方法简单精准，通过测试结果能够从根源上明晰硅橡胶材料的老化机理和老化程度。

49、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。