CN108680431A - 一种电缆护套材料自愈合性能的评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电缆护套材料自愈合性能的评价方法。本发明提供的电缆护套材料自愈合性能的评价方法，通过对电缆护套材料进行切割处理，并经过拉伸试验计算出材料的自愈合效率，评价方法简单易行、易于推广且评价结果准确度较高，可以有效的判断该种材料的自愈能力，有利于建立自愈合电缆护套材料的拉伸力学性能评价试验规范；从而可以根据自愈合电缆评价结果对自愈合材料进行优化和改进，使自愈合性能与机械、电气性能达到相互益彰的效果；进一步的，通过了解绝缘护套材料的自愈合性能有利于延长材料的使用寿命，有效地控制了成本和减少了资源流失。

Description

一种电缆护套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，涉及一种电缆护套材料自愈合性能的评价方法。

背景技术

自愈合电缆护套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。电缆护套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护套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护套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护套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：取一段电缆护套材料，将其制成若干个具有一定形状的试样；(2)损伤前试样拉伸应力测定；将各所述试样分成两部分后，对第一部分所述试样进行拉伸试验，测定该部分所述试样拉伸断裂时的拉伸应力δ₀；(3)自愈合后试样拉伸应力的测定：将剩下的第二部分试样进行破坏处理后，待其自愈合后再次测试各剩余的试样的拉伸应力，这个过程反复进行多次，将各第二部分试样每次自愈合后测试的拉伸应力记为δ_i，其中，i为大于等于1的正整数；例如可以得到δ₁、δ₂、δ₃……，δ₁为各试样第一次愈合后的拉伸应力的算术平均值、δ₂为各试样第二次愈合后的拉伸应力的算术平均值……，往后依次类推；(4)自愈合效率的确定：将各所述第二部分试样自愈合之后的拉伸应力与各所述第一部分试样断裂前的拉伸应力δ₀的百分比确定为电缆护套材料的自愈合效率η_j，其中，j为大于等于1的正整数；并根据预设条件确定所述电缆护套材料的自愈合性能是否合格，例如可以得到η₁、η₂、η₃……，具体的，即：可以得到每次断裂愈合后的自愈合效率。

进一步地，上述评价方法中，所述步骤(1)中，将所述电缆护套材料制成3个长条状的试样。具体的，可以将电缆护套材料制成3个30×5×1mm长条形结构。

进一步地，上述评价方法中，所述步骤(2)中，将各所述第一部分试样的拉伸应力测试值的算术平均值作为拉伸应力δ₀的最终测定值。

如图3所示，所述步骤(3)中，对各所述第二部分试样进行破坏处理的过程如下：将各所述第二部分试样分别切成两段，然后将伤口两段相互接触，在室温下等待2-8h，待各试样完全自愈合后利用万能拉伸试验机测试各试样的拉伸应力δ_i。

进一步地，上述评价方法中，所述万能拉伸试验机的拉伸速度为(5-10)mm/min，为了适应材料本身的尺寸及为了获得较准确的测试结构，可以将拉伸速度优选为5mm/min。

进一步地，上述评价方法中，所述步骤(4)中的预设条件为：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。

所述万能拉伸试验机在每次对拉伸应力值δ进行获取时，试样采用万能拉伸试验获取拉伸应力值δ，在每次获取拉伸应力值δ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，万能拉伸试验机记录相应的试样的每次试验的实时拉伸应力值δ，通过三维矩阵记录(m,n,δ)，其中，m表示试样，第一、第二、第三试样；n表示试验次数，其值为1-N之间的整数；δ表示对应的试样的第n次试验的实时拉伸应力值。

进一步地，万能拉伸试验机内设置有一运算模块，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：

式中，P₂₁表示第一试样、第二试样的拉伸应力的比较值，δ_1n表示第一试样的第n次试验的实时拉伸应力值，δ_2n表示第二试样的第n次试验的实时拉伸应力值；δ_3n表示的第n次试验的实时拉伸应力值；T表示均方差运算，I表示积分运算；

其中I表示基于二次函数的任意积分运算，上述公式为获取积分的比值信息，下述两公式相同，如基于函数y＝ax²，在x取值为(a,b)内，a<b为任意数值。

进一步地，所述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：

式中，P₃₁表示第一试样、第三试样的拉伸应力的比较值，δ_1n表示第一试样的第n次试验的实时拉伸应力值，δ_2n表示第二试样的第n次试验的实时拉伸应力值；δ_3n表示的第n次试验的实时拉伸应力值；T表示均方差运算，I表示积分运算。

进一步地，所述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：

式中，P₃₂表示第二试样、第二试样的比较值，δ_1n表示第一试样的第n次试验的实时拉伸应力值，δ_2n表示第二试样的第n次试验的实时拉伸应力值；δ_3n表示的第n次试验的实时拉伸应力值；T表示均方差运算，I表示积分运算。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明提供的电缆护套材料自愈合性能的评价方法，通过对自愈合材料进行切割处理，并经过拉伸试验计算出材料的自愈合效率，评价方法简单易行、易于推广且评价结果准确度较高，可以有效的判断该种材料的自愈能力，有利于建立自愈合电缆护套材料的拉伸力学性能评价试验规范；从而可以根据自愈合电缆评价结果对自愈合材料进行优化和改进，使自愈合性能与机械、电气性能达到相互益彰的效果；进一步的，通过了解绝缘护套材料的自愈合性能有利于延长材料的使用寿命，有效地控制了成本和减少了资源流失。

尤其，本发明通过采用上述冗余判定的方法来确定每次拉伸试验机的拉伸应力值，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，得最终的拉伸应力值δ。

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电缆护套材料自愈合性能的评价方法的流程图；

图2a为本发明实施例提供的电缆护套材料自愈合前的受力分析图；

图2b为本发明实施例提供的电缆护套材料自愈合后的受力分析图；

图3为本发明实施例提供的电缆护套材料自愈合的状态示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

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护套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护套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：取一段电缆护套材料，将其制成若干个具有一定形状的试样；(2)损伤前试样拉伸应力测定；将各所述试样分成两部分后，对第一部分所述试样进行拉伸试验，测定该部分所述试样拉伸断裂时的拉伸应力δ₀；(3)自愈合后试样拉伸应力的测定：将剩下的第二部分试样进行破坏处理后，待其自愈合后再次测试各剩余的试样的拉伸应力，这个过程反复进行多次，将各第二部分试样每次自愈合后测试的拉伸应力记为δ_i，其中，i为大于等于1的正整数；例如可以得到δ₁、δ₂、δ₃……，δ₁为各试样第一次愈合后的拉伸应力的算术平均值、δ₂为各试样第二次愈合后的拉伸应力的算术平均值……，往后依次类推；(4)自愈合效率的确定：将各所述第二部分试样自愈合之后的拉伸应力与各所述第一部分试样断裂前的拉伸应力δ₀的百分比确定为电缆护套材料的自愈合效率η_j，其中，j为大于等于1的正整数；并根据预设条件确定所述电缆护套材料的自愈合性能是否合格，例如可以得到η₁、η₂、η₃……，具体的， 即：可以得到每次断裂愈合后的自愈合效率。

所述步骤(1)中，将所述电缆护套材料制成3个长条状的试样。具体的，可以将电缆护套材料制成3个30×5×1mm长条形结构。

所述步骤(2)中，将各所述第一部分试样的拉伸应力测试值的算术平均值作为拉伸应力δ₀的最终测定值。

如图3所示，所述步骤(3)中，对各所述第二部分试样进行破坏处理的过程如下：将各所述第二部分试样分别切成两段，然后将伤口两段相互接触，在室温下等待2-8h，待各试样完全自愈合后利用万能拉伸试验机测试各试样的拉伸应力δ_i。

上述评价方法中，所述万能拉伸试验机的拉伸速度为(5-10)mm/min，为了适应材料本身的尺寸及为了获得较准确的测试结构，可以将拉伸速度优选为5mm/min。

上述评价方法中，所述步骤(4)中的预设条件为：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。

由于本实施例测定三个试样选取均值进行拉伸应力值δ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，在每次对拉伸应力值δ进行获取时，试样采用万能拉伸试验获取拉伸应力值δ，在每次获取拉伸应力值δ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，万能拉伸试验机记录相应的试样的每次试验的实时拉伸应力值δ，通过三维矩阵记录(m,n,δ)，其中，m表示试样，第一、第二、第三试样；n表示试验次数，其值为1-N之间的整数；δ表示对应的试样的第n次试验的实时拉伸应力值。

万能拉伸试验机内设置有一运算模块，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：

式中，P₂₁表示第一试样、第二试样的拉伸应力的比较值，δ_1n表示第一试样的第n次试验的实时拉伸应力值，δ_2n表示第二试样的第n次试验的实时拉伸应力值；δ_3n表示的第n次试验的实时拉伸应力值；T表示均方差运算，I表示积分运算。

其中I表示基于二次函数的任意积分运算，上述公式为获取积分的比值信息，下述两公式相同，如基于函数y＝ax²，在x取值为(a,b)内，a<b为任意数值。

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：

式中，P₃₁表示第一试样、第三试样的拉伸应力的比较值，δ_1n表示第一试样的第n次试验的实时拉伸应力值，δ_2n表示第二试样的第n次试验的实时拉伸应力值；δ_3n表示的第n次试验的实时拉伸应力值；T表示均方差运算，I表示积分运算。

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：

式中，P₃₂表示第二试样、第二试样的比较值，δ_1n表示第一试样的第n次试验的实时拉伸应力值，δ_2n表示第二试样的第n次试验的实时拉伸应力值；δ_3n表示的第n次试验的实时拉伸应力值；T表示均方差运算，I表示积分运算。

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，则说明书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，应排除该试样的拉伸应力值。在确定好三个差值绝对值均在运算模块的阈值P内时，取所有实时拉伸应力值的算术平均值获得最终的拉伸应力值δ。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拉伸试验机的拉伸应力值，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，得最终的拉伸应力值δ。

实施例1

将电缆护套材料分成3个试样，损伤前测试各试样拉伸应力的算术平均值为1.1452MP1804997a，将试样切断后，将伤口两端相互接触，在室温下等待2h后，再用万能拉伸试验机测定第一次愈合后各试样的拉伸应力的算术平均值δ₁为1.0956MP1804997a，最终计算得出试样的自愈合效率η₁为95.66％。

实施例2

将实施例1中的试样从原来位置断开，重新愈合，测定第二次愈合的拉伸应力δ₂为1.0064MP1804997a，最终计算得出试样的自愈合效率η₂为87.87％。

实施例3

将实施例1中的试样再次从原来位置断开，重新愈合，测定第三次愈合的拉伸应力δ₃为0.9468MP1804997a，最终计算得出试样的自愈合效率η₃为82.67％。

由上述实施例可知，本发明提供的自愈合评价方法通过对电缆护套材料进行多次破坏处理，以便于得到准确的拉伸应力，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 (10)

1.一种电缆护套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

取一段电缆护套材料，将其制成若干个具有一定形状的试样；

(2)损伤前试样拉伸应力测定

将各所述试样分成两部分后，对第一部分所述试样进行拉伸试验，测定该部分所述试样拉伸断裂时的拉伸应力δ₀；

(3)自愈合后试样拉伸应力的测定

将剩下的第二部分试样进行破坏处理后，待其自愈合后再次测试各剩余的试样的拉伸应力，这个过程反复进行多次，将各第二部分试样每次自愈合后测试的拉伸应力记为δ_i，其中，i为大于等于1的正整数；

(4)自愈合效率的确定

将各所述第二部分试样自愈合之后的拉伸应力与各所述第一部分试样断裂前的拉伸应力δ₀的百分比确定为电缆护套材料的自愈合效率η_j，其中，j为大于等于1的正整数，并根据预设条件确定所述电缆护套材料的自愈合性能是否合格。

2.根据权利要求1所述的电缆护套材料自愈合性能的评价方法，其特征在于，所述步骤(1)中，将所述电缆护套材料制成3个长条状的试样。

3.根据权利要求1所述的电缆护套材料自愈合性能的评价方法，其特征在于，所述步骤(2)中，将各所述第一部分试样的拉伸应力测试值的算术平均值作为拉伸应力δ₀的最终测定值。

4.根据权利要求1所述的电缆护套材料自愈合性能的评价方法，其特征在于，所述步骤(3)中，对各所述第二部分试样进行破坏处理的过程如下：将各所述第二部分试样分别切成两段，然后将伤口两端相互接触，在室温下等待2-8h，待各试样完全自愈合后利用万能拉伸试验机测试各试样的拉伸应力δ_i。

5.根据权利要求4所述的电缆护套材料自愈合性能的评价方法，其特征在于，所述万能拉伸试验机的拉伸速度为5mm/min-10mm/min。

6.根据权利要求1所述的电缆护套材料自愈合性能的评价方法，其特征在于，所述步骤(4)中的预设条件为：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。

7.根据权利要求4所述的电缆护套材料自愈合性能的评价方法，其特征在于，所述万能拉伸试验机在每次对拉伸应力值δ进行获取时，试样采用万能拉伸试验获取拉伸应力值δ，在每次获取拉伸应力值δ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，万能拉伸试验机记录相应的试样的每次试验的实时拉伸应力值δ，通过三维矩阵记录(m,n,δ)，其中，m表示试样，第一、第二、第三试样；n表示试验次数，其值为1-N之间的整数；δ表示对应的试样的第n次试验的实时拉伸应力值。

8.根据权利要求7所述的电缆护套材料自愈合性能的评价方法，其特征在于，万能拉伸试验机内设置有一运算模块，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：

式中，P₂₁表示第一试样、第二试样的拉伸应力的比较值，δ_1n表示第一试样的第n次试验的实时拉伸应力值，δ_2n表示第二试样的第n次试验的实时拉伸应力值；δ_3n表示的第n次试验的实时拉伸应力值；T表示均方差运算，I表示积分运算；

其中I表示基于二次函数的任意积分运算，上述公式为获取积分的比值信息，下述两公式相同，如基于函数y＝ax²，在x取值为(a,b)内，a<b为任意数值。

9.根据权利要求8所述的电缆护套材料自愈合性能的评价方法，其特征在于，所述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：

式中，P₃₁表示第一试样、第三试样的拉伸应力的比较值，δ_1n表示第一试样的第n次试验的实时拉伸应力值，δ_2n表示第二试样的第n次试验的实时拉伸应力值；δ_3n表示的第n次试验的实时拉伸应力值；T表示均方差运算，I表示积分运算。

10.根据权利要求9所述的电缆护套材料自愈合性能的评价方法，其特征在于，所述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：

式中，P₃₂表示第二试样、第二试样的比较值，δ_1n表示第一试样的第n次试验的实时拉伸应力值，δ_2n表示第二试样的第n次试验的实时拉伸应力值；δ_3n表示的第n次试验的实时拉伸应力值；T表示均方差运算，I表示积分运算。