CN104713799A - 一种硫化硅橡胶性能评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硫化硅橡胶性能评估方法，包括如下步骤：1)在硫化硅橡胶中选择N个样品，分别在N个升温速率下测试得到N条热失重曲线，其中第i个升温速率β_i对应第i条热失重曲线；2)在所述N条热失重曲线中选择M个反应深度，对于第m个反应深度，得到数据(β₁,T_1m)、(β₂,T_2m)…(β_i,T_im)…(β_N,T_Nm)；3)建立lg(β)关于1/T的坐标系，将数据(β₁,T_1m)、(β₂,T_2m)…(β_i,T_im)…(β_N,T_Nm)在该坐标系上拟合成一条直线，根据该直线的斜率计算第m个反应深度对应的活化能E_a；4)依次求出每个反应深度对应的活化能E_a，建立活化能E_a与反应深度的关系曲线；5)根据反应深度与活化能E_a的关系评估所述硫化硅橡胶的热稳定性能和/或耐老化性能。本测量方法受人为因素影响小，准确度高。

Description

一种硫化硅橡胶性能评估方法

【技术领域】

本发明涉及一种硫化硅橡胶性能评估方法。

【背景技术】

硅橡胶材料是电网系统中被广泛使用的绝缘材料，由硅橡胶材料制成的器件和产品包括但不限于复合绝缘子、防污闪涂料、电缆终端附件等。

但是硅橡胶是一种有机高分子材料，在长期的运行中容易受到外界环境应力的作用而发生老化。高温硫化硅橡胶是电力系统内使用最为广泛的绝缘材料。一些高温硫化硅橡胶绝缘材料由于所使用的原料或工艺水平不佳，导致材料本身的耐老化性能较差。

【发明内容】

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种准确度较高、且受人为因素影响小的硫化硅橡胶性能评估方法。

一种硫化硅橡胶性能评估方法，包括如下步骤：

1)在硫化硅橡胶中选择N个样品，分别在N个升温速率下测试得到N条热失重曲线，其中第i个升温速率β_i对应第i条热失重曲线；其中，1≤i≤N；

2)在所述N条热失重曲线中选择M个反应深度，对于第m个反应深度，得到数据(β₁,T_1m)、(β₂,T_2m)…(β_i,T_im)…(β_N,T_Nm)，其中，T_im表示第i条热失重曲线中与第m个反应深度对应的温度；其中，1≤m≤M；

3)建立lg(β)关于1/T的坐标系，将数据(β₁,T_1m)、(β₂,T_2m)…(β_i,T_im)…(β_N,T_Nm)在该坐标系上拟合成一条直线，根据该直线的斜率计算第m个反应深度对应的活化能E_a；

4)依次求出每个反应深度对应的活化能E_a，建立活化能E_a与反应深度的关系曲线；

5)根据反应深度与活化能E_a的关系评估所述硫化硅橡胶的热稳定性能和/或耐老化性能。

在一个实施例中，

在步骤4)中，建立活化能与热失重剩余比例的关系。

在一个实施例中，

在步骤5)中，若活化能E_a与反应深度的关系曲线中，热失重剩余比例97％处的反应活化能小于100kJ/mol，则将所述硫化硅橡胶的热稳定性和/或耐老化性能差。

在一个实施例中，

在步骤5)中，若活化能E_a与反应深度的关系曲线中，热失重剩余比例88％处的反应活化能大于200kJ/mol，则判断所述硫化硅橡胶在受外力的情况下易发生龟裂或断裂。

在一个实施例中，

在步骤5)中，若活化能E_a与反应深度的关系曲线中，热失重剩余比例60％～80％的反应活化能小于130kJ/mol，则判断所述硫化硅橡胶中的硅氧烷成分已经发生了老化反应。

在一个实施例中，反应深度可选择0.03，0.06，0.09，0.12，0.20，0.25，0.30，0.35，0.40。这覆盖了高温硫化硅橡胶从氢氧化铝填料分解到硅氧烷分解的全过程。

本发明的有益效果是：可利用少量硫化硅橡胶样品对其老化程度进行定量判断，测量结果直接反映了高温硫化硅橡胶绝缘材料的热稳定性和在恶劣环境下发生老化的难易程度，且测量方法受人为因素影响小，准确度高。

【附图说明】

图1是本发明一个实施例中某一复合绝缘子样品某个反应深度得到的1/T-lg(β)拟合曲线；

图2是本发明一个实施例的一条热失重曲线及反应深度选择示意图；

图3是本发明某一复合绝缘子样品不同反应深度下的1/T-lg(β)拟合曲线；

图4是本发明部分复合绝缘子伞裙样品的反应活化能-热失重剩余比例曲线。

【具体实施方式】

以下对发明的较佳实施例作进一步详细说明。

如图1至4所示，一种实施例的硫化硅橡胶性能评估方法，包括如下步骤：

1)在硫化硅橡胶中选择N个样品，分别在N个升温速率下测试得到N条热失重曲线，其中第i个升温速率β_i对应第i条热失重曲线；其中，1≤i≤N。

在一个实施例中，在被测的复合绝缘子中选5个5个伞裙样品，在不同升温速率条件下分别进行1次热失重实验，共进行5次。升温速率β₁＝5℃/min，β₂＝10℃/min，β₃＝15℃/min，β₄＝20℃/min，β₅＝25℃/min，升温范围50℃～800℃。由此得到一支复合绝缘子样品的5条热失重曲线，热失重曲线是热失重与温度的关系曲线，如图2显示了其中一条热失重曲线。

2)在所述N条热失重曲线中选择M个反应深度，对于第m个反应深度，得到数据(β₁,T_1m)、(β₂,T_2m)…(β_i,T_im)…(β_N,T_Nm)，其中，T_im表示第i条热失重曲线中与第m个反应深度对应的温度；建立lg(β)关于1/T的坐标系，将数据(β₁,T_1m)、(β₂,T_2m)…(β_i,T_im)…(β_N,T_Nm)在该坐标系上拟合成一条直线，根据该直线的斜率计算第m个反应深度对应的活化能E_a；其中，1≤m≤M。

根据热分析动力学方程，有如下关系： $\lg \left(\mathrm{\β}\right)=\lg \left(\frac{A\·E_a}{\mathrm{RG}\left(\mathrm{\α}\right)}\right)-2.315-0.4567\·\frac{E_a}{\mathrm{RT}};$

其中，β是升温速率，G(α)为积分机理函数，A为表观指前因子；E_a为表观活化能；R为摩尔气体常量，T为反应温度。在反应深度α确定的条件下，G(α)是一个恒定值，而lg(β)和成线性关系，因此，可以根据上述方程表示的直线的斜率可以求出E_a值。

利用上述5条热失重曲线从实验得到原始数据表：

β₁：T₁₁，T₁₂，……，T_1k1

α₁₁，α₁₂，……，α_1k1

β₂：T₂₁，T₂₂，……，T_2k2

α₂₁，α₂₂，……，α_2k2

β_n：T_n1，T_n2，……，T_nkn

α_n1，α_n2，……，α_nkn

在数据表中，对于一个β，T_ij和α_ij是互相对应的反应温度和反应深度，也即是说，在某一条热失重曲线中，一旦确定了某一个反应深度，即可以获得对应的反应温度。

利用热失重曲线的原始数据可以得到反应深度对应的温度值。因此，对于任意一个固定的α值，都可以得到一组数据(β_i,T_i)，代入方程就可得到一组线性方程组，由拟合直线对应的斜率可以计算出这一反应深度对应的活化能E_a。

3)依次求出每个反应深度对应的活化能E_a，建立活化能E_a与反应深度的关系曲线。

例如，反应深度选择α₁＝0.03，α₂＝0.06，α₃＝0.09和α₄＝0.12，分别对应热失重曲线的97％，94％，91％和88％，虚线区域S1是硅橡胶中填料氢氧化铝反应分解的过程，如图2所示；反应深度α₅＝0.20，α₆＝0.25，α₇＝0.30，α₈＝0.35和α₉＝0.40，分别对应热失重曲线的80％，75％，70％，65％和60％，虚线区域S2是硅橡胶中硅氧烷分解的过程。

对于每一个复合绝缘子伞裙样品都选取9个反应深度进行计算，因此可以得到9条拟合曲线和9个反应活化能值E_a，如图3所示。

以热失重剩余比例为X轴，反应活化能为Y轴，做出复合绝缘子样品反应活化能随反应深度的变化折线图，如图4显示了部分复合绝缘子伞裙样品的反应活化能-热失重剩余比例曲线。

5)根据反应深度与活化能E_a的关系评估所述硫化硅橡胶的热稳定性能和/或耐老化性能。

在一个实施例中，活化能E_a与反应深度的关系曲线中，热失重剩余比例97％处的反应活化能，记做Ea₉₇，一般应大于110kJ/mol，最小不低于100kJ/mol。如果活化能值小于100kJ/mol，说明硅橡胶的热稳定性差，长期运行性能不佳。

热失重剩余比例88％处的反应活化能，记做Ea₈₈，一般数值应在130～170kJ/mol，如果数值过高(例如大于200kJ/mol)，说明填料硅氧烷的混合、吸附存在问题，数值过高吸附过高，在受外力的情况下易发生龟裂或断裂。

热失重剩余比例80％～60％处的反应活化能一般数值应在130～150kJ/mol，数值过低说明硅橡胶中的硅氧烷成分已经发生了老化反应，运行状态不佳。

图4中，曲线L1和L2对应的复合绝缘子伞裙样品有明显褪色现象。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (6)

1.一种硫化硅橡胶性能评估方法，其特征是，包括如下步骤：

1)在硫化硅橡胶中选择N个样品，分别在N个升温速率下测试得到N条热失重曲线，其中第i个升温速率β_i对应第i条热失重曲线；其中，1≤i≤N；

2)在所述N条热失重曲线中选择M个反应深度，对于第m个反应深度，得到数据(β₁,T_1m)、(β₂,T_2m)…(β_i,T_im)…(β_N,T_Nm)，其中，T_im表示第i条热失重曲线中与第m个反应深度对应的温度；其中，1≤m≤M；

3)建立lg(β)关于1/T的坐标系，将数据(β₁,T_1m)、(β₂,T_2m)…(β_i,T_im)…(β_N,T_Nm)在该坐标系上拟合成一条直线，根据该直线的斜率计算第m个反应深度对应的活化能E_a；

4)依次求出每个反应深度对应的活化能E_a，建立活化能E_a与反应深度的关系曲线；

5)根据反应深度与活化能E_a的关系评估所述硫化硅橡胶的热稳定性能和/或耐老化性能。

2.如权利要求1所述的硫化硅橡胶性能评估方法，其特征是，

在步骤4)中，建立活化能与热失重剩余比例的关系。

3.如权利要求1所述的硫化硅橡胶性能评估方法，其特征是，

在步骤5)中，若活化能E_a与反应深度的关系曲线中，热失重剩余比例97％处的反应活化能小于100kJ/mol，则将所述硫化硅橡胶的热稳定性和/或耐老化性能差。

4.如权利要求1所述的硫化硅橡胶性能评估方法，其特征是，

在步骤5)中，若活化能E_a与反应深度的关系曲线中，热失重剩余比例88％处的反应活化能大于200kJ/mol，则判断所述硫化硅橡胶在受外力的情况下易发生龟裂或断裂。

5.如权利要求1所述的硫化硅橡胶性能评估方法，其特征是，

在步骤5)中，若活化能E_a与反应深度的关系曲线中，热失重剩余比例60％～80％的反应活化能小于130kJ/mol，则判断所述硫化硅橡胶中的硅氧烷成分已经发生了老化反应。

6.如权利要求1所述的硫化硅橡胶性能评估方法，其特征是，

M个反应深度分别为0.03、0.06、0.09、0.12、0.20、0.25、0.30、0.35和0.40。