CN101713725A - 高分子材料抗水树性能的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高分子材料抗水树性能的检测方法，该方法是在测试杯中完成的，所述测试杯，包括外杯和内杯，外杯套在内杯外，内杯的底部与外杯之间留有空腔，内杯的底部设有安置试样的通孔；外杯中有外杯测试液，内杯中设有内杯测试液，内杯测试液中插有铂电极，铂电极与电源相连接，外杯测试液通过电极与电源相连接；将试样安置在通孔中，并密封，试样的上表面设有缺陷；然后开启电源，对缺陷两侧施加交变电压36～120小时，取下试样，染色，将缺陷切开，采用读数显示微镜检查，即可获得试样水树形成的情况。本发明的方法，试验周期缩短到5天，对中压抗水树材料的生产和质检有一定的促进意义。

Description

高分子材料抗水树性能的检测方法

技术领域

本发明涉及一种中低压电力电缆用抗水树材料的鉴定方法。

背景技术

水树是中高压XLPE电缆绝缘破坏的主要原因。因此，研究耐水树枝的XLPE电缆料对提高我国XLPE电缆绝缘的质量具有重要的经济价值，研究抗水树材料的鉴定方法也有重要的意义。

美国相关标准中抗水树材料鉴定方法试验周期为30天，试验周期冗长，不适合用于工业化生产抗水树材料的质检工作。

发明内容

本发明的目的是提供一种高分子材料抗水树性能的检测方法，以克服现有技术存在的上述缺陷。

本发明的方法，是在测试杯中完成的，所述测试杯，包括外杯和内杯，所述外杯套在内杯外，所述内杯的底部与外杯之间留有空腔，所述内杯的底部设有安置试样的通孔；

外杯中设有外杯测试液，内杯中设有内杯测试液，内杯测试液中插有铂电极，所述铂电极与电源相连接，外杯测试液通过电极与电源相连接；

测试方法如下：

(1)将试样安置在通孔中，并用胶粘剂密封，所述试样的上表面设有缺陷；

所述缺陷包括凹陷或者是针孔，优选针孔；

优选的，所述针孔为上大下小的锥形针孔，锥形的夹角为55～65°，优选60°，锥形孔的底端与试样的下表面之间的距离为1～2mm，优选1.5mm；

(2)然后开启电源，对缺陷两侧施加交变电压；

所述的交流电压为6～10kV，优选8kV，其交流频率为2～10kHz，优选6kHz；

施加交变电压的时间为36～120小时，优选120小时；

(3)取下称试样，用亚甲基蓝染色，将缺陷垂直切开，采用读数显示微镜，检查试样水树形成的情况。

所述内杯测试液为含有如下浓度组分的水溶液：

无机盐0.1～1mol/L，优选0.8mol/L

表面活性剂0.01～0.1g/L，优选0.03g/L

所述无机盐选自氯化钠、氯化钾或氯化锌；

所述表面活性剂为含有极性基团和非极性烃链的物质，优选的，所述表面活性剂选自甘胆酸钠，十二烷基苯磺酸钠，脂肪酸甘油酯或聚山梨酯；

外杯测试液为含有如下浓度组分的水溶液：

无机盐0.01～0.1mol/L，优选0.05mol/L；

表面活性剂0.01～0.1g/L，优选0.03g/L；

所述无机盐选自氯化钠、氯化钾或氯化锌；

所述表面活性剂为含有极性基团和非极性烃链的物质，优选的，所述表面活性剂选自甘胆酸钠，十二烷基苯磺酸钠，脂肪酸甘油酯或聚山梨酯；

本发明的检测方法的机理是这样的：

微观的说，水树是由沿电场方向成直线分布的水膜微孔所组成的，可以由一系列符合动力学的公式方程导出它的发展速率。水树分两种，发散性水树和领结性水树，它们产生的机理和位置不同，但是它们的生长机理是一致的。

1)水树的发展与电场强度之间的关系

当场强增加一倍时，水树长度变成4倍，而当场强增加一倍时，水树发展到一定尺寸所需要的时候将减少到1/4；

2)频率对水树发展的影响

有资料显示，会有更高的频率成为一个增长点

3)温度效应

水树的发展受温度的影响不大

4)盐溶液浓度效应

盐溶液浓度对水树生长速率有一定的影响

5)表面活性剂效应

表面活性剂具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列，并能使表面张力显著下降。用在盐溶液中可以显著增加溶液对塑料的浸润性。

电场强度或者电压，时间和频率是影响水树发展的三大因素，从法兰西电力公司早期的实验，针电极法中可以看出其产生的电化学树枝在数百小时后发展停止了。发展停止也可能是相邻通道顶端电场的相互作用所致，或者，简言之，顶端电场不再是强的，为了使树枝延伸，就必须把电场提高。另外，通过对各种电缆和模拟实验的长期试验，在50～5000Hz下，在聚乙烯和交联聚乙烯中，频率加速是不能使水树蔓延的，即使在5000Hz的电压下，形成大的树枝也是比较少的。综上所述，电场强度或者电压是影响水树长度的最关键因素。

影响水树发展速率的是电场强度和频率，电场强度和水树发展速率的关系前面已经提到；频率的影响也提到过，高频会成为增长点。

本发明的方法，与常规的抗水树性能鉴定方法相比，具有无可比拟的时间优势，通过试样条件的变动，试验周期缩短到5天，对国内中压抗水树材料的生产和质检有一定的促进意义。

附图说明

图1为测试装置结构示意图。

图2为测试杯结构示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明的方法，是在测试杯中完成的，所述测试杯，包括外杯1和内杯2，所述外杯1套在内杯2外，所述内杯2的底部与外杯1之间留有空腔3，所述内杯2的底部设有安置试样4的通孔5；

外杯1中设有外杯测试液6，内杯2中设有内杯测试液7，内杯测试液7中插有铂电极8，所述铂电极8与电源9相连接，外杯测试液6通过电极与电源9相连接。

参见图2，所述试样4的上表面设有缺陷401，所述缺陷401为凹陷或者是针孔，优选针孔；

优选的，所述针孔为上大下小的锥形针孔，锥形的夹角α为55～65°，优选60°，锥形孔的底端与试样的下表面之间的距离h为1～2mm，优选1.5mm。

实施例1

试样配方：重量份，该配方中不含有抗水树成分，为非抗水树材料。

聚乙烯             100份  产地：燕山石化LD100AC

过氧化二异丙苯  2份  产地：上海高桥化工DCP

4，4’-硫代双(6-叔丁基-3-3甲基苯酚)  0.3份

产地：美国Monsanto 300#

按照上述的配方，在115℃混炼，120℃的平板硫化成型，制备成为直径为26mm、厚度为6mm的圆片，然后在其上表面开锥形针孔，锥形的夹角为60°，再180℃平板硫化成型，成型后锥形孔的底端与试样的下表面之间的距离为1.5mm；

采用图1的装置进行检测，其中：

内杯测试液7为含有如下浓度组分的水溶液：

无机盐0.8mol/L，表面活性剂0.03g/L；

无机盐为氯化钠；表面活性剂为甘胆酸钠；

外杯测试液6为含有如下浓度组分的水溶液：

无机盐0.05mol/L，表面活性剂0.03g/L；

无机盐为氯化钠；表面活性剂为甘胆酸钠；

将试样安置在通孔5中，并用硅胶密封固定；

开启电源，施加交变电压，交流电压为8kV交流电压，其交流频率为6kHz，施加交变电压的时间为120小时；

取下称试样，用亚甲基蓝染色，将锥形针孔垂直切开，采用100倍读数显示微镜进行检测，试验结果见表1。

实施例2

采用美国ASTM标准规定的常规检测方法，对实施例1的非抗水树材料进行检测，结果见表1。

实施例3

试样配方：重量份，该配方中含有抗水树成分，为抗水树材料。

低密度聚乙烯    100份 产地：燕山石化LD100AC

过氧化二异丙苯  2份   产地：上海高桥化工DCP

4，4’-硫代双(6-叔丁基-3-3甲基苯酚)

                0.3份 产地：美国Monsanto 300#

三梨醇          1份   产地：法国罗盖特P60

聚乙二醇        2份   产地：俄罗斯NKNK PEG600

采用实施例1的方法进行检测，结果见表2。

实施例4

采用美国ASTM标准规定的常规检测方法，对实施例3的抗水树材料进行检测，结果见表2。

表1

	水树长度(μm)
		实施例1	782
实施例2	791

表2

	水树长度(μm)
		实施例3	346
实施例4	354

由表1和表2的数据可见，本发明的实验条件和方法可以对抗水树材料的抗水树性能进行鉴定，与美国ASTM标准规定的方法，所获得的检测结果之间的误差为3％以下，两者基本一致，快速水树试验能够满足常规水树试验对水树评判的标准。

Claims (6)

1.抗水树材料的检测方法，其特征在于，所述方法是在测试杯中完成的，所述测试杯，包括外杯(1)和内杯(2)，所述外杯(1)套在内杯(2)外，所述内杯(2)的底部与外杯(1)之间留有空腔(3)，所述内杯(2)的底部设有安置试样(4)的通孔(5)；

外杯(1)中有外杯测试液(6)，内杯(2)中设有内杯测试液(7)，内杯测试液(7)中插有铂电极(8)，所述铂电极(8)与电源(9)相连接，外杯测试液(6)通过电极与电源(9)相连接；

测试方法如下：

(1)将试样(4)安置在通孔(5)中，并用胶粘剂密封，所述试样(4)的上表面设有缺陷(401)；

(2)然后开启电源，对缺陷两侧施加交变电压；

施加交变电压的时间为36～120小时；

(3)取下试样，染色，将缺陷(401)垂直切开，采用读数显示微镜检查，即可获得试样水树形成的情况。

2.根据权利1所述的方法，其特征在于，所述缺陷(401)为上大下小的锥形针孔，锥形的夹角为55～65°，锥形孔的底端与试样的下表面之间的距离为1～2mm。

3.根据权利2所述的方法，其特征在于，锥形的夹角为60°，锥形孔的底端与试样的下表面之间的距离为1.5mm。

4.根据权利1所述的方法，其特征在于，所述的交流电压为6～10kV交流电压，其交流频率为2～10kHz，施加交变电压的时间为120小时。

5.根据权利1～4任一项所述的方法，其特征在于，所述内杯测试液7为含有如下浓度组分的水溶液：

无机盐      0.1～1mol/L；

表面活性剂  0.01～0.1g/L；

所述无机盐选自氯化钠、氯化钾、或氯化锌；

所述表面活性剂为含有极性基团和非极性烃链的物质；

外杯测试液6为含有如下浓度组分的水溶液：

无机盐      0.01～0.1mol/L；

表面活性剂  0.01～0.1g/L；

所述无机盐选自氯化钠、氯化钾或氯化锌；

所述表面活性剂为含有极性基团和非极性烃链的物质。

6.根据权利5所述的方法，其特征在于，所述表面活性剂选自甘胆酸钠，十二烷基苯磺酸钠，脂肪酸甘油酯或聚山梨酯。

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