CN108490130B - 一种电缆绝缘材料自愈合性能的评价方法 - Google Patents

一种电缆绝缘材料自愈合性能的评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电缆绝缘材料自愈合性能的评价方法。本发明提供的电缆绝缘材料自愈合性能的评价方法，通过对电缆绝缘材料进行切割预处理，并经过激光共聚焦显微镜测定试样自愈合前后的伤口横切面积，最终计算出材料的自愈合效率，评价方法操作简单、成本低，能直观地反映材料的自愈合性能，提高了自愈合评价工作的效率，有利于建立基于激光共聚焦显微镜法来评价自愈合效率的试验规范；从而可以根据自愈合电缆评价结果对电缆绝缘材料进行优化和改进，以增强绝缘材料的自愈合性能。

Description

一种电缆绝缘材料自愈合性能的评价方法
技术领域
本发明涉及化工材料技术领域，具体而言，涉及一种电缆绝缘材料自愈合性能的评价方法。
背景技术
自愈合是一种在无外力作用下，材料本身对缺陷自我判断、控制和修复的能力。自修复高分子材料具有以下特点：1)位点专一，针对性强、效率高；2)自动化。无需人为观测，节约监测成本；3)提高材料寿命；4)消除材料维修成本。
自愈合电缆绝缘材料的研制是对现有故障修复方式的一次重大突破，有利于延长材料寿命，节约电网建设和运维的开支。电缆绝缘材料自愈合性能的是指不依靠故障定位技术，不需挖开覆土、拆线、停电，不需要外界条件刺激，通过主客体分子的包合作用力自行修复损伤，是对现有故障修复方式的一次重大突破。自修复不仅要求材料表观修复，电缆作为一种电气材料，还要求自愈合后机械性能能够恢复到正常使用状态。目前现有技术中对电缆绝缘材料自愈合性能的评价方法的研究较少且评价结果准确度较低。
发明内容
鉴于此，本发明提出了一种电缆绝缘材料自愈合性能的评价方法，旨在解决采用现有愈合材料性能的评价方法得到的评价结果准确度较低的问题。
一个方面，本发明提出了一种电缆绝缘材料自愈合性能的评价方法，结合图1、图2a及图2b所示，该方法包括以下步骤：(1)试样的制备取一段电缆绝缘材料，将其制成若干个具有一定形状的试样状的试样。例如可以将电缆绝缘材料切割成长条状的多个试样，优选的，可以将电缆绝缘材料切割成3个30×5×1mm长条形结构的试样。
(2)自愈合前后试样伤口横切面积的测定：将各所述试样进行破坏处理，并测定各所述试样伤口的初始横切面积S0，待各所述试样自愈合后测定各所述试样伤口的愈合后的横切面积S1。具体的，由于试样在自愈合过程中在主客体分子的包合作用力的作用下，断裂面连在一起，伤口的宽度和深度逐渐变小，伤口横切面积相应变小，因此，伤口横切面积的变化率可作为评价自愈合性能的方法。如图3所示，具体实施时，将各所述试样分别切成两段，然后将伤口两端相互接触，采用激光共聚焦显微镜分别观察测定各所述试样伤口的初始横切面积S0；待各所述试样自愈合后通过激光共聚焦显微镜分别观察测定各所述试样伤口的愈合后的横切面积S1。具体而言，激光共聚焦显微镜可以为带有刻度的目镜的显微镜，以便于记录材料伤口的横切面积。例如，可以选用LJ-TS01体视显微镜，LJ-SZM实体显微镜，三目显微镜LJ-ST03和LJ-CL01拍照测量显微镜等。
(3)自愈合效率的确定：将各所述试样的自愈合效率η分别确定为
Figure GDA0002909670830000021
其中；S0-S1为各所述试样自愈合前后伤口横切面积的变化值，并根据各所述试样的自愈合效率η确定电缆绝缘材料的自愈合效率，并根据预设判断条件确定所述电缆绝缘材料的自愈合性能是否合格。
进一步地，上述评价方法中，预设判断条件可以为：当所述试样的自愈合次数大于等于3次，并且，至少有3次的自愈合效率大于等于70％时，认为所述试样的自愈合能力合格；反之，不合格。
进一步地，上述评价方法中，在获取各所述试样伤口的愈合后的横切面积S1时，需对每个试样重复进行试验N次，其中，N为大于30的整数，通过三维矩阵记录(m,n,Si)，其中，m表示试样，第一、第二、第三试样；n表示记录次数，其值为1-N之间的整数，i为大于等于1的正整数，Si表示对应的试样的第n次记录的实时愈合后伤口横切面积值。
进一步地，通过下述运算公式判定第一试样、第二试样的比较值P21：
Figure GDA0002909670830000022
式中，P21表示第一试样、第二试样的愈合后伤口横切面积的比较值，S1n表示第一试样的第n次试验的愈合后伤口横切面积值，S2n表示第二试样的第n次试验的愈合后伤口横切面积值；S3n表示的第n次试验的愈合后伤口横切面积值；T表示均方差运算，I表示基于二次函数y＝ax2的积分运算。
进一步地，按照下述公式判定第一试样、第三试样的比较值P31：
Figure GDA0002909670830000031
式中，P31表示第一试样、第三试样的愈合后伤口横切面积的比较值，S1n表示第一试样的第n次试验的愈合后伤口横切面积值，S2n表示第二试样的第n次试验的愈合后伤口横切面积值；S3n表示的第n次试验的愈合后伤口横切面积值；T表示均方差运算，I表示基于二次函数y＝ax2的积分运算。
进一步地，按照下述公式判定第二试样、第三试样的比较值P23：
Figure GDA0002909670830000032
式中，P32表示第二试样、第二试样的愈合后伤口横切面积的比较值,S1n表示第一试样的第n次试验的愈合后伤口横切面积值，S2n表示第二试样的第n次试验的愈合后伤口横切面积值；S3n表示的第n次试验的愈合后伤口横切面积值；T表示均方差运算，I表示基于二次函数y＝ax2的积分运算。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明提供的电缆绝缘材料自愈合性能的评价方法，通过对电缆绝缘材料进行切割预处理，并经过激光共聚焦显微镜测定试样自愈合前后的伤口横切面积，最终计算出材料的自愈合效率，评价方法操作简单、成本低，能直观地反映材料的自愈合性能，提高了自愈合评价工作的效率，有利于建立基于激光共聚焦显微镜法来评价自愈合效率的试验规范；从而可以根据自愈合电缆评价结果对电缆绝缘材料进行优化和改进，以增强绝缘材料的自愈合性能。
尤其是，本发明通过采用上述冗余判定的方法来确定每次愈合后伤口横切面积的拉伸应力值，通过将离散的各个试样的实验值，应用于方差运算及积分运算中，消除各个试样数据的误差效应，并通过计算各个比较值来获取拉伸应力值是否存在偏差，引入阈值P作为比较值的比较结果，针对特定的某种材料确定相应的比较差值，以此来判定是否存在重大偏差，并在不存在重大偏差时，获取算术平均值，得最终的试样伤口的愈合后的横切面积S1。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例提供的流程图；
图2a为本发明实施例提供的电缆绝缘材料自愈合前通过激光共聚焦显微镜测试伤口横切面积的示意图；
图2b为本发明实施例提供的电缆绝缘材料自愈合后通过激光共聚焦显微镜测试伤口横切面积的示意图；
图3为本发明实施例提供的电缆绝缘材料的自愈合状态示意图。
具体实施方式
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的电缆绝缘材料的自愈合评价方法进行详细描述。
本发明实施例的电缆绝缘材料自愈合性能的评价方法，包括以下步骤：
(1)试样的制备取一段电缆绝缘材料，将其制成若干个具有一定形状的试样状的试样；例如可以将电缆绝缘材料切割成长条状的多个试样，优选的，可以切割成33个30×5×1mm长条形结构的试样。
(2)自愈合前后试样伤口横切面积的测定：将各所述试样进行破坏处理，并测定各所述试样伤口的初始横切面积S0，待各所述试样自愈合后测定各所述试样伤口的愈合后的横切面积S1；(3)自愈合效率的确定：将各所述试样的自愈合效率η分别确定为，其中；S0-S1为各所述试样自愈合前后伤口横切面积的变化值，并根据各所述试样的自愈合效率η确定电缆绝缘材料的自愈合效率，并根据预设条件确定所述电缆绝缘材料的自愈合性能是否合格。
本实施例光学显微镜计算面积，采用光学显微镜如：LJ-TS01体视显微镜，LJ-SZM实体显微镜，三目显微镜LJ-ST03，LJ-CL01拍照测量显微镜，带有刻度的目镜，能够直接输出面积值，显微镜还与一运算模块连接。
由于本实施例测定三个试样选取均值进行伤口的愈合后的横切面积S1的获取，首先需要确定三个试样的材质的稳定性及一致性，需要去除掉材质因素带来的测量误差；因此，在获取各所述试样伤口的愈合后的横切面积S1时，需对每个试样重复进行试验N次，其中，N为大于30的整数，通过三维矩阵记录(m,n,Si)，其中，m表示试样，第一、第二、第三试样；n表示记录次数，其值为1-N之间的整数；i为大于等于1的正整数，Si表示对应的试样的第n次记录的实时愈合后伤口横切面积值。
运算模块通过下述运算公式判定第一试样、第二试样的比较值P21：
Figure GDA0002909670830000051
式中，P21表示第一试样、第二试样的愈合后伤口横切面积的比较值，S1n表示第一试样的第n次试验的愈合后伤口横切面积值，S2n表示第二试样的第n次试验的愈合后伤口横切面积值；S3n表示的第n次试验的愈合后伤口横切面积值；T表示均方差运算，I表示基于二次函数y＝ax2的积分运算。
上述均值运算的基本算法为：通过获取在某个时间段内的所有采样点的位置值，对某个时间段内的各个取值进行积分运算和均方差运算，然后取比值，得出相比较的平均值。
运算模块按照下述公式判定第一试样、第三试样的比较值P31：
Figure GDA0002909670830000061
式中，P31表示第一试样、第三试样的愈合后伤口横切面积的比较值，S1n表示第一试样的第n次试验的愈合后伤口横切面积值，S2n表示第二试样的第n次试验的愈合后伤口横切面积值；S3n表示的第n次试验的愈合后伤口横切面积值；T表示均方差运算，I表示基于二次函数y＝ax2的积分运算。
运算模块按照下述公式判定第二试样、第三试样的比较值P23：
Figure GDA0002909670830000062
式中，P32表示第二试样、第二试样的愈合后伤口横切面积的比较值,S1n表示第一试样的第n次试验的愈合后伤口横切面积值，S2n表示第二试样的第n次试验的愈合后伤口横切面积值；S3n表示的第n次试验的愈合后伤口横切面积值；T表示均方差运算，I表示基于二次函数y＝ax2的积分运算。
经过上述方式获取的三个比较值P21、P31、P32，获取三个比较值的差值绝对值，判定差值绝对值是否超过存储在运算模块的阈值P，若有一个差值绝对值超过阈值P，则说明测试结果存在明显的偏差，则认定其中一个试样的材质存在问题，应排除该试样的愈合后伤口横切面积值。在确定好三个差值绝对值均在运算模块的阈值P内时，取所有实时愈合后伤口横切面积的算术平均值获得最终的愈合后伤口横切面积S。阈值P由具体的试样材料决定。
本发明通过采用上述冗余判定的方法来确定每次愈合后伤口横切面积的拉伸应力值，通过将离散的各个试样的实验值，应用于方差运算及积分运算中，消除各个试样数据的误差效应，并通过计算各个比较值来获取拉伸应力值是否存在偏差，引入阈值P作为比较值的比较结果，针对特定的某种材料确定相应的比较差值，以此来判定是否存在重大偏差，并在不存在重大偏差时，获取算术平均值，得最终的试样伤口的愈合后的横切面积S1。
实施例1
将试样一切断后，将伤口两端相互接触，采用激光共聚焦显微镜测定伤口初始横切面积为7282μm2，在室温下等待2h后,再用激光共聚焦显微镜测定自愈合后的伤口初始横切面积88μm2，自愈合效率η1为98.79％。
实施例2
将试样二切断后，将伤口两端相互接触，采用激光共聚焦显微镜测定伤口初始横切面积为7489μm2，在室温下等待2h后,再用激光共聚焦显微镜测定自愈合后的伤口初始横切面积为96μm2，自愈合效率η2为98.72％
实施例3
将试样三切断后，将伤口两端相互接触，采用激光共聚焦显微镜测定伤口初始横切面积为7698μm2，在室温下等待2h后,再用激光共聚焦显微镜测定自愈合后的伤口初始横切面积为106μm2，自愈合效率η3为98.64％
由上述实施例可知，本发明的自愈合评价方法通过对电缆绝缘材料进行破坏处理，通过观察伤口的横切面积，可以得到准确的自愈合效率，保证了评价结果的准确性。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种电缆绝缘材料自愈合性能的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)试样的制备
取一段电缆绝缘材料，将所述电缆绝缘材料制成3个长条状的试样；
(2)自愈合前后试样伤口横切面积的测定
将各所述试样进行破坏处理，并测定各所述试样伤口的初始横切面积S0，待各所述试样自愈合后测定各所述试样伤口的愈合后的横切面积S1；
在获取各所述试样伤口的愈合后的横切面积S1时，需对每个试样重复进行试验N次，其中，N为大于30的整数，通过三维矩阵记录(m,n,Si)，其中，m表示试样，第一、第二、第三试样；n表示记录次数，其值为1-N之间的整数，i代表测定次数，i为大于等于1的正整数，Si表示对应的试样的第n次试验的愈合后伤口横切面积值；
通过运算公式(1)判定第一试样、第二试样的比较值P21：
Figure FDA0002988771500000011
式中，P21表示第一试样、第二试样的愈合后伤口横切面积的比较值，S1n表示第一试样的第n次试验的愈合后伤口横切面积值，S2n表示第二试样的第n次试验的愈合后伤口横切面积值；S3n表示第三试样的第n次试验的愈合后伤口横切面积值；T表示均方差运算，I表示基于二次函数y＝ax2的积分运算；
按照运算公式(2)判定第一试样、第三试样的比较值P31：
Figure FDA0002988771500000012
式中，P31表示第一试样、第三试样的愈合后伤口横切面积的比较值，S1n表示第一试样的第n次试验的愈合后伤口横切面积值，S2n表示第二试样的第n次试验的愈合后伤口横切面积值；S3n表示第三试样的第n次试验的愈合后伤口横切面积值；T表示均方差运算，I表示基于二次函数y＝ax2的积分运算；
按照运算公式(3)判定第二试样、第三试样的比较值P32：
Figure FDA0002988771500000021
式中，P32表示第二试样、第二试样的愈合后伤口横切面积的比较值,S1n表示第一试样的第n次试验的愈合后伤口横切面积值，S2n表示第二试样的第n次试验的愈合后伤口横切面积值；S3n表示第三试样的第n次试验的愈合后伤口横切面积值；T表示均方差运算，I表示基于二次函数y＝ax2的积分运算；
通过获取的三个比较值P21、P31、P32获取三个比较值的差值绝对值，判定差值绝对值是否超过存储在运算模块的阈值P，若有一个差值绝对值超过阈值P，则说明测试结果存在明显的偏差，则认定其中一个试样的材质存在问题，应排除该试样的愈合后伤口横切面积值。在确定好三个差值绝对值均在运算模块的阈值P内时，取所有实时愈合后伤口横切面积的算术平均值获得最终的试样伤口的愈合后的横切面积S1；
(3)自愈合效率的确定
将各所述试样的自愈合效率η分别确定为
Figure FDA0002988771500000022
其中；S0-S1为各所述试样自愈合前后伤口横切面积的变化值，并根据各所述试样的自愈合效率η确定电缆绝缘材料的自愈合效率，并根据预设判断条件确定所述电缆绝缘材料的自愈合性能是否合格。
2.根据权利要求1所述的评价方法，其特征在于，所述步骤(2)中，对各所述试样伤口横切面积的测定过程如下：将各所述试样分别切成两段，然后将伤口两端相互接触，采用激光共聚焦显微镜分别观察测定各所述试样伤口的初始横切面积S0；待各所述试样自愈合后通过激光共聚焦显微镜分别观察测定各所述试样伤口的愈合后的横切面积S1。
3.根据权利要求1所述的评价方法，其特征在于，所述步骤(3)中的预设判断条件为：当所述试样的自愈合次数大于等于3次，并且，至少有3次的自愈合效率大于等于70％时，认为所述试样的自愈合能力合格；反之，不合格。
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