CN107036926A - 一种用于测量深海环境下聚合物绝缘材料海水渗入深度和浓度的试样结构及其使用方法 - Google Patents

一种用于测量深海环境下聚合物绝缘材料海水渗入深度和浓度的试样结构及其使用方法 Download PDF

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Abstract

一种用于测量深海环境下聚合物绝缘材料海水渗入深度和浓度的试样结构及其使用方法，它涉及一种用于测量深海环境下聚合物绝缘材料海水渗入深度和浓度的试样结构及其使用方法。本发明是要解决现有测量海水在绝缘中的渗入深度和浓度的方法存在测量结果不够精确，操作过程繁琐，所需设备成本高，技术门槛高的问题。装置由薄片试样叠加模块1和注塑增厚模块2组成。方法：制备试样结构，将试样结构置于一定压力下的海水环境中浸泡一定时间，取出，每两层薄片试样编为一组，对比每组薄片试样烘干前后的质量差可以获得海水的浸入深度和浓度。本发明用于测量深海环境下聚合物绝缘材料海水渗入深度和浓度。

Description

一种用于测量深海环境下聚合物绝缘材料海水渗入深度和浓 度的试样结构及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种用于测量深海环境下聚合物绝缘材料海水渗入深度和浓度的试样结构及其使用方法。
背景技术
具有输电和信号传输功能的大长度深海光电复合缆受到了广泛的关注，在未来将产生较大的需求。由于深海光电复合缆的绝缘层与海水直接接触，海水渗入后，将影响绝缘层的绝缘性能。在开发相应的产品时，必须进行海水的渗入试验。然而，如何测量海水在绝缘中的渗入深度和浓度是十分困难的。传统技术通常采用如下两种方式，第一种方式是将一定厚度的试样浸泡于高压海水中，一定时间后取出，将试样从中间截断，应用能谱仪沿截面扫描H原子及O原子的浓度，进而获得海水的渗入特征。但是该方法存在如下缺点，首先，海水的渗入量较小，通常低于0.5％，测试H原子及O原子的浓度时，设备的分辨率根本无法达到实际要求；其次，聚合绝缘本身就含有H原子和O原子，容易混淆测试结果；除此之外，该技术需要较强的专业技术人员和较昂贵的能谱仪来进行测试，技术门槛较高。另一种方式是将试样用切片机进行切片，获得沿厚度方向的平板试样，接下来将平板试样进行红外能谱测试，标定水分子的含量。该方法存在如下问题，首先，应用于红外光谱测试的平板试样必须较薄，需达到0.5mm以下，且试样表面平整度要求较高，目前的切片机设备无法顺利切出这样的试样，成功率无法保证；另外，应用红外光谱标定水分子含量的技术难度较大。本发明提出一种简便快捷，技术门槛低的试样结构和测量方法，可准确测量深海环境下聚合物绝缘的海水渗入浓度和深度。
发明内容
本发明是要解决现有测量海水在绝缘中的渗入深度和浓度的方法存在测量结果不够精确，操作过程繁琐，所需设备成本高，技术门槛高的问题，而提供一种用于测量深海环境下聚合物绝缘材料海水渗入深度和浓度的试样结构及其使用方法。
本发明一种用于测量深海环境下聚合物绝缘材料海水渗入深度和浓度的试样结构由薄片试样叠加模块和注塑增厚模块组成；所述薄片试样叠加模块由多层薄片试样叠加而成；所述注塑增厚模块由四个侧壁围成含有容置区域的长方体形，所述薄片试样叠加模块横置在容置区域内，所述薄片试样叠加模块的侧面与注塑增厚模块的侧壁相贴合。
一种用于测量深海环境下聚合物绝缘材料海水渗入深度和浓度的试样结构的使用方法，按以下步骤进行：
一、采用试样模具制备试样结构：①采用平板硫化机压制出薄片试样，将多层薄片试样叠加成薄片试样叠加模块；②将薄片试样叠加模块放置于模具底座的样品放置台上；③使模具上盖的样品上挡块与薄片试样叠加模块的上表面贴合，将模具上盖与模具底座螺孔对准，采用螺母锁紧，得到待注塑模具；④将待注塑模具置于支架上，将挤出机的机头与注塑入口相连，开启挤出机，向待注塑模具中注入流体态的绝缘材料，当流体态的绝缘材料从注塑出口，关闭挤出机，待模具冷却至室温，将模具拆卸取出试样结构；
二、测量：将试样结构置于一定压力下的海水环境中浸泡一定时间，然后将试样结构取出，采用壁纸刀将薄片试样叠加模块和注塑增厚模块分离，然后再将薄片试样叠加模块由上向下每两层薄片试样编为一组并进行编号，采用壁纸刀将每组薄片试样进行分离，采用精密天平分别对每组薄片试样进行称量，记录每组薄片试样的质量，再分别将每组薄片试样置于温度为105℃的真空烘箱中烘干24h，再采用精密天平分别对烘干后的每组薄片试样进行称量，记录烘干后的每组薄片试样的质量，将烘干前后每组薄片试样的质量做差，差值即为海水的浸入量，对比每组薄片试样烘干前后的质量差可以获得海水的浸入深度和浓度。
本发明的有益效果是：
本发明应用该结构的试样和对应的测试方法，可以简便快捷的测量出海水的渗入深度和浓度。
附图说明
图1为测量深海环境下聚合物绝缘材料海水渗入深度和浓度的试样结构的俯视图；
图2为测量深海环境下聚合物绝缘材料海水渗入深度和浓度的试样结构的侧面剖视图；
图3为测量深海环境下聚合物绝缘材料海水渗入深度和浓度的试样结构的整体结构示意图；
图4为模具底座的俯视图；
图5为模具底座的侧面剖视图；
图6为模具底座的整体结构示意图；
图7为模具上盖的仰视图；
图8为模具上盖的侧面剖视图；
图9为模具上盖的整体结构示意图；
图10为试样模具的侧面剖视图；
图11为采用试样模具制备试样结构的示意图；
图12为低密度聚乙烯在50MPa海水压力下吸水量随时间的变化曲线；其中a为浸水15天，b为浸水30天，c为浸水90天。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：结合图1～图3说明本实施方式，本实施方式一种用于测量深海环境下聚合物绝缘材料海水渗入深度和浓度的试样结构由薄片试样叠加模块1和注塑增厚模块2组成；所述薄片试样叠加模块1由多层薄片试样叠加而成；所述注塑增厚模块2由四个侧壁围成含有容置区域的长方体形，所述薄片试样叠加模块1横置在容置区域内，所述薄片试样叠加模块1的侧面与注塑增厚模块2的侧壁相贴合。
所述薄片试样叠加模块1的厚度为深海光电复合缆的绝缘层厚度的二倍。
所述薄片试样叠加模块1中薄片试样的层数为偶数。
本实施方式所述横置是指将所述薄片试样叠加模块1平行于注塑增厚模块2的上下端面并与注塑增厚模块2的侧壁相贴合。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述注塑增厚模块2的侧壁的厚度大于薄片试样叠加模块1的厚度。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图4～图11说明本实施方式，本实施方式一种用于测量深海环境下聚合物绝缘材料海水渗入深度和浓度的试样结构的使用方法，按以下步骤进行：
一、采用试样模具制备试样结构：①采用平板硫化机压制出薄片试样，将多层薄片试样叠加成薄片试样叠加模块1；②将薄片试样叠加模块1放置于模具底座6的样品放置台上；③使模具上盖5的样品上挡块与薄片试样叠加模块1的上表面贴合，将模具上盖5与模具底座6螺孔对准，采用螺母锁紧，得到待注塑模具11；④将待注塑模具11置于支架10上，将挤出机的机头9与注塑入口3相连，开启挤出机8，向待注塑模具11中注入流体态的绝缘材料，当流体态的绝缘材料从注塑出口4，关闭挤出机8，待模具冷却至室温，将模具拆卸取出试样结构；
二、测量：将试样结构置于一定压力下的海水环境中浸泡一定时间，然后将试样结构取出，采用壁纸刀将薄片试样叠加模块1和注塑增厚模块2分离，然后再将薄片试样叠加模块1由上向下每两层薄片试样为一组并进行编号，采用壁纸刀将每组薄片试样进行分离，采用精密天平分别对每组薄片试样进行称量，记录每组薄片试样的质量，再分别将每组薄片试样置于温度为105℃的真空烘箱中烘干24h，再采用精密天平分别对烘干后的每组薄片试样进行称量，记录烘干后的每组薄片试样的质量，将烘干前后每组薄片试样的质量做差，差值即为海水的浸入量，对比每组薄片试样烘干前后的质量差可以获得海水的浸入深度和浓度。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是：步骤一中所述试样模具由注塑入口3、注塑出口4、模具上盖5、模具底座6和螺母7组成；所述模具底座6的上端设置有向上突起的样品放置台，所述模具底座6的上端在所述样品放置台的外侧形成一环形通道；所述模具上盖5的下端设置有向下突起的样品上挡块，所述模具上盖5的下端在所述样品上挡块的外侧形成一环形通道，所述模具底座6的环形通道与所述模具上盖5的环形通道共同形成注塑通道；所述模具底座6的侧面设置有注塑入口3，所述注塑入口3连通至注塑通道，所述模具上盖5的上端设置有注塑出口4，所述注塑出口4连通至注塑通道；所述模具上盖5下端部的四周设置有上盖外沿，所述模具底座6上端部的四周设置有底座外沿，所述上盖外沿和底座外沿设置有相配合的螺孔，所述螺孔内均设置有螺母7。其他与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式三或四不同的是：步骤一中所述薄片试样叠加模块1的上表面与模具上盖5的样品上挡块的下表面尺寸相同。其他与具体实施方式三或四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式三至五之一不同的是：步骤一中所述薄片试样叠加模块1的下表面与模具底座6的样品放置台的上表面尺寸相同。其他与具体实施方式三至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式三至六之一不同的是：步骤一中所述薄片试样叠加模块1的材质与流体态的绝缘材料的材质相同。其他与具体实施方式三至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式三至七之一不同的是：步骤一中所述流体态的绝缘材料为流体态的低密度聚乙烯。其他与具体实施方式三至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式三至八之一不同的是：步骤二中所述一定压力未50MPa。其他与具体实施方式三至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式三至九之一不同的是：步骤二中所述一定时间为15～90天。其他与具体实施方式三至九之一相同。
采用以下实施例验证本发明有益效果：
实施例：一种测量深海环境下聚合物绝缘材料海水渗入深度和浓度的方法，按以下步骤进行：
一、采用试样模具制备试样结构：①采用平板硫化机压制出薄片试样，将16层0.5mm的薄片试样叠加成薄片试样叠加模块1；②将薄片试样叠加模块1放置于模具底座的样品放置台上；③使模具上盖的样品上挡块与薄片试样叠加模块1的上表面贴合，将模具上盖与模具底座螺孔对准，采用螺母锁紧，得到待注塑模具；④将待注塑模具置于支架上，将挤出机的机头与注塑入口相连，开启挤出机，向待注塑模具中注入流体态的绝缘材料，当流体态的绝缘材料从注塑出口，关闭挤出机，待模具冷却至室温，将模具拆卸取出试样结构；
二、测量：将试样结构置于50MPa下的海水环境中浸泡15～90天，然后将试样结构取出，采用壁纸刀将薄片试样叠加模块1和注塑增厚模块2分离，然后再将薄片试样叠加模块1由上向下每两层薄片试样编为一组并进行编号，采用壁纸刀将每组薄片试样进行分离，采用精密天平分别对每组薄片试样进行称量，记录每组薄片试样的质量，再分别将每组薄片试样置于温度为105℃的真空烘箱中烘干24h，再采用精密天平分别对烘干后的每组薄片试样进行称量，记录烘干后的每组薄片试样的质量，将烘干前后每组薄片试样的质量做差，差值即为海水的浸入量，对比每组薄片试样烘干前后的质量差可以获得海水的浸入深度和浓度。
所述绝缘材料为低密度聚乙烯，绝缘材料厚度为4mm。单层薄片试样的尺寸为100mm×100mm×0.5mm。所述精密天平为梅特勒XPE204S精密天平。
图12为低密度聚乙烯在50MPa海水压力下吸水量随时间的变化曲线；其中a为浸水15天，b为浸水30天，c为浸水90天；将分组从上向下依次编为1～8号，从图中可以看出在50Mpa水压下，通过吸水量曲线可以看出，最外层海水吸水量最多，浸泡15天后，海水渗入的平均百分比在0.12％左右，绝缘内部各层的海水渗入量很少，大约在0.03％左右。随着浸泡时间的增加，依然是最外层的海水渗入最多，最外层吸水量30天时达到0.13％，90天时达到0.15％，随着浸泡时间的增加，最外层海水吸入量增加速度越来越慢，但是与最外层相邻的两层试样的海水吸入量有所增加，其他层的海水吸入量依然很少。通过对比浸泡不同时间后绝缘层的吸水量可以得知，最外层吸水量在很短的时间内吸入量就达到了约0.1％左右，随着海水浸泡天数的增加，最外层海水浸入量增加不是很明显，吸水量趋于饱和。

Claims (10)

1.一种用于测量深海环境下聚合物绝缘材料海水渗入深度和浓度的试样结构，其特征在于用于测量深海环境下聚合物绝缘材料海水渗入深度和浓度的试样结构由薄片试样叠加模块(1)和注塑增厚模块(2)组成；所述薄片试样叠加模块(1)由多层薄片试样叠加而成；所述注塑增厚模块(2)由四个侧壁围成含有容置区域的长方体形，所述薄片试样叠加模块(1)横置在容置区域内，所述薄片试样叠加模块(1)的侧面与注塑增厚模块(2)的侧壁相贴合。
2.根据权利要求1所述的一种用于测量深海环境下聚合物绝缘材料海水渗入深度和浓度的试样结构，其特征在于所述注塑增厚模块(2)的侧壁的厚度大于薄片试样叠加模块(1)的厚度。
3.如权利要求1所述的一种用于测量深海环境下聚合物绝缘材料海水渗入深度和浓度的试样结构的使用方法，其特征在于用于测量深海环境下聚合物绝缘材料海水渗入深度和浓度的试样结构的使用方法，按以下步骤进行：
一、采用试样模具制备试样结构：①采用平板硫化机压制出薄片试样，将多层薄片试样叠加成薄片试样叠加模块(1)；②将薄片试样叠加模块(1)放置于模具底座(6)的样品放置台上；③使模具上盖(5)的样品上挡块与薄片试样叠加模块(1)的上表面贴合，将模具上盖(5)与模具底座(6)螺孔对准，采用螺母锁紧，得到待注塑模具(11)；④将待注塑模具(11)置于支架(10)上，将挤出机的机头(9)与注塑入口(3)相连，开启挤出机(8)，向待注塑模具(11)中注入流体态的绝缘材料，当流体态的绝缘材料从注塑出口(4)，关闭挤出机(8)，待模具冷却至室温，将模具拆卸取出试样结构；
二、测量：将试样结构置于一定压力下的海水环境中浸泡一定时间，然后将试样结构取出，采用壁纸刀将薄片试样叠加模块(1)和注塑增厚模块(2)分离，然后再将薄片试样叠加模块(1)由上向下每两层薄片试样编为一组，采用壁纸刀将每组薄片试样进行分离，采用精密天平分别对每组薄片试样进行称量，记录每组薄片试样的质量，再分别将每组薄片试样置于温度为105℃的真空烘箱中烘干24h，再采用精密天平分别对烘干后的每组薄片试样进行称量，记录烘干后的每组薄片试样的质量，将烘干前后每组薄片试样的质量做差，差值即为海水的浸入量，对比每组薄片试样烘干前后的质量差可以获得海水的浸入深度和浓度。
4.根据权利要求3所述的一种用于测量深海环境下聚合物绝缘材料海水渗入深度和浓度的试样结构的使用方法，其特征在于步骤一中所述试样模具由注塑入口(3)、注塑出口(4)、模具上盖(5)、模具底座(6)和螺母(7)组成；所述模具底座(6)的上端设置有向上突起的样品放置台，所述模具底座(6)的上端在所述样品放置台的外侧形成一环形通道；所述模具上盖(5)的下端设置有向下突起的样品上挡块，所述模具上盖(5)的下端在所述样品上挡块的外侧形成一环形通道，所述模具底座(6)的环形通道与所述模具上盖(5)的环形通道共同形成注塑通道；所述模具底座(6)的侧面设置有注塑入口(3)，所述注塑入口(3)连通至注塑通道，所述模具上盖(5)的上端设置有注塑出口(4)，所述注塑出口(4)连通至注塑通道；所述模具上盖(5)下端部的四周设置有上盖外沿，所述模具底座(6)上端部的四周设置有底座外沿，所述上盖外沿和底座外沿设置有相配合的螺孔，所述螺孔内均设置有螺母(7)。
5.根据权利要求3所述的一种用于测量深海环境下聚合物绝缘材料海水渗入深度和浓度的试样结构的使用方法，其特征在于步骤一中所述薄片试样叠加模块(1)的上表面与模具上盖(5)的样品上挡块的下表面尺寸相同。
6.根据权利要求3所述的一种用于测量深海环境下聚合物绝缘材料海水渗入深度和浓度的试样结构的使用方法，其特征在于步骤一中所述薄片试样叠加模块(1)的下表面与模具底座(6)的样品放置台的上表面尺寸相同。
7.根据权利要求3所述的一种用于测量深海环境下聚合物绝缘材料海水渗入深度和浓度的试样结构的使用方法，其特征在于步骤一中所述薄片试样叠加模块(1)的材质与流体态的绝缘材料的材质相同。
8.根据权利要求3所述的一种用于测量深海环境下聚合物绝缘材料海水渗入深度和浓度的试样结构的使用方法，其特征在于步骤一中所述流体态的绝缘材料为流体态的低密度聚乙烯。
9.根据权利要求3所述的一种用于测量深海环境下聚合物绝缘材料海水渗入深度和浓度的试样结构的使用方法，其特征在于步骤二中所述一定压力未50MPa。
10.根据权利要求3所述的一种用于测量深海环境下聚合物绝缘材料海水渗入深度和浓度的试样结构的使用方法，其特征在于步骤二中所述一定时间为15～90天。
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