CN110297014B - 一种表征核电站环氧树脂绝缘材料受酸碱侵蚀程度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种表征核电站环氧树脂绝缘材料受酸碱侵蚀程度的方法，首先将待检测的环氧树脂绝缘材料试样置于干燥箱中干燥；将干燥后的环氧试样用高压直流充电装置以电晕充电方式施加到环氧树脂试样表面，并检测表面电位U随时间t的变化并记录数据；进行体陷阱能级分布曲线绘制并分析碱侵蚀程度。本发明基于体陷阱分布表征核电站用环氧树脂绝缘材料受酸碱侵蚀的程度的方法，不会对材料造成损伤，操作流程简单，数据准确可靠，根据体陷阱中心能级密度和体陷阱能级深度变小情况可以有效判断核电站用环氧树脂绝缘材料遭受酸碱侵蚀的程度。

Description

一种表征核电站环氧树脂绝缘材料受酸碱侵蚀程度的方法

技术领域

本发明涉及核电站用环氧树脂绝缘材料耐受酸碱侵蚀程度的表征领域，尤其涉及一种基于体陷阱分布表征核电站用环氧树脂绝缘材料受酸碱侵蚀程度的方法。

背景技术

核电厂的安全运行离不开其电力系统的安全，聚合物绝缘材料是核电站中必不可少的材料之一，几乎所有的电气设备之间都要做好良好的电气绝缘。环氧树脂是一种典型的热固性材料，因其固化后不仅有优异的热性能、机械性能和电气性能，还具有良好的耐化学药品性、耐湿热性及耐腐蚀性，已广泛用于表面涂料、电子绝缘材料及先进复合材料等。我国田湾核电站壳内电缆通道连接件的密封材料就是环氧树脂。核电厂在运行过程中可能会因一回路压力边界处开裂或中、高能管道破裂致使冷却剂等化学溶液泄露，导致运行事故的发生。在事故发生时，核电站用绝缘材料无法避免的会受到冷却剂溶液的化学腐蚀，其微观物理结构和化学结构在酸碱溶液的侵蚀作用下发生改变，随着侵蚀程度的加深，绝缘材料电气性能逐渐劣化，但绝缘材料的宏观结构并不一定发生明显变化，因此在这种背景下，如何更好的表征绝缘材料遭受酸碱侵蚀的程度成为需要解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种表征核电站环氧树脂绝缘材料受酸碱侵蚀程度的方法，解决现有技术中绝缘材料遭受酸碱侵蚀的程度难以表征的问题。

本发明的技术方案为：

一种表征核电站环氧树脂绝缘材料受酸碱侵蚀程度的方法,包括以下步骤：

(1)试样干燥：

将待检测的环氧树脂绝缘材料试样置于干燥箱中干燥；

(2)表面电位测量：

将干燥后的环氧试样用高压直流充电装置以电晕充电方式施加到环氧树脂试样表面，并检测表面电位U随时间t的变化并记录数据；

(3)体陷阱能级分布曲线绘制：

表面电位U，衰减时间t与陷阱能级分布存在如下关系：

利用上式表面电位U与衰减时间t的关系绘制陷阱能级分布曲线，其中ε₀和ε_r分别为真空介电常数和聚合物材料的相对介电常数；U为试样表面电位；q为电子的电荷量；k为玻尔兹曼常数；T为材料所处的绝对温度值；L为试样的厚度；t为表面电位衰减时间；根据式:

ΔE＝kT ln(vt)

可以计算陷阱能级的深度，其中ν为逃逸频率；

(4)结果分析：与未经腐蚀的环氧树脂绝缘材料相比，试样体陷阱能级-密度曲线左移即体陷阱中心能级值越小，环氧树脂材料受腐蚀程度越深，绝缘材料电气性能劣化越严重。

步骤(2)表面电位测量具体包括如下步骤：

a.将干燥后的环氧试样背面贴上铜箔电极，此面作为接地电极与高压直流充电装置中的接地电极连接，并用酒精擦拭环氧试样未贴铜箔的一面，晾干；

b.将a中晾干后的环氧试样置于已有的高压直流充电装置电极下，未贴铜箔的一面正对高压电极，将正极性和负极性电压以电晕充电方式施加到环氧树脂试样表面，电晕充电时间为5分钟，充电时试样所处环境温度为室温，相对湿度18％-25％；

c.将b中充电完毕的环氧试样迅速移至已有的表面电位测量装置下，检测表面电位U随时间t的变化并记录数据。

所述试样为薄板状，厚度不超过2mm。

本发明有益效果：

本发明基于体陷阱分布表征核电站用环氧树脂材料受酸碱腐蚀的程度的方法，不会对材料造成损伤，操作流程简单，数据准确可靠，根据体陷阱中心能级密度和体陷阱能级深度变小情况可以有效判断核电站用环氧树脂绝缘材料遭受酸碱侵蚀的程度。研究表明，环氧树脂材料受到酸液或碱液腐蚀后，陷阱能级-密度曲线左移，即陷阱中心能级值变小，腐蚀程度越深，陷阱中心能级值越小；陷阱中心能级对应的陷阱密度变小。因此，基于体陷阱分布表征环氧树脂绝缘材料受酸碱腐蚀的程度具有重要的理论研究和工程实用价值。

附图说明

图1是本发明实施例整体流程示意图；

图2为碱性溶液侵蚀后环氧树脂绝缘材料的体陷阱能级-密度关系曲线，横坐标为陷阱能级，纵坐标为陷阱密度；

图3为酸性溶液侵蚀后环氧树脂绝缘材料的体陷阱能级-密度关系曲线，横坐标为陷阱能级，纵坐标为陷阱密度；

图4为碱性溶液和酸性溶液侵蚀后环氧树脂绝缘材料的体陷阱中心能级深度条形图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案作进一步详细说明。

实施例：

本发明是一种基于体陷阱分布表征核电厂用环氧树脂绝缘材料受酸碱腐蚀程度的方法，使用的环氧树脂绝缘材料是由天津燕海化学有限公司生产的型号511#双酚A环氧树脂与651#低分子量聚酰胺树脂按100：30比例固化制得；所使用的酸性溶液为PH＝4.2的硼酸溶液，碱性溶液为PH＝9.2的磷酸三钠与硼酸的混合盐溶液。

1.将已有的直径为10mm，厚度为1.7mm(<2mm)的圆形薄板状环氧树脂绝缘材料试样分为A-E 5组，A组作为对照组不经溶液浸泡处理；将B、C两组试样分别置于不同温度碱性溶液中，碱性溶液PH＝9.2，溶液温度分别为60℃，100℃，浸泡时间48小时；将D、E两组试样分别置于不同温度酸性溶液中，酸性溶液PH＝4.2，溶液温度分别为60℃，100℃，浸泡时间48小时。

2.将碱性溶液浸泡处理后的B、C两组环氧树脂绝缘材料试样及未经处理的A组环氧树脂绝缘材料试样同时置于干燥箱中在40℃环境温度下干燥24小时。然后将干燥后的A、B、C三组试样背面贴上铜箔作为接地电极与高压直流充电装置中的接地电极连接，并用酒精擦拭环氧试样未贴铜箔的一面，晾干5分钟。

3.高压直流充电装置电极为针-栅电极，依次将晾干后的环氧树脂绝缘材料试样置于高压直流充电装置栅电极正下方5mm处，将负极性6.5kV电压加到针电极以电晕充电的方式向试样表面充电，充电时间为5分钟，充电结束后迅速将试样移至表面电位测量装置中测量试样表面电位U随时间t的变化，并记录相应的数据。利用测得的数据绘制试样的陷阱能级分布曲线图并计算出试样的陷阱能级深度,如图2和3所示。

4.体陷阱能级-密度曲线左移即体陷阱中心能级值越小，环氧树脂材料受腐蚀程度越深，绝缘材料电气性能劣化越严重。

本发明基于体陷阱能级-密度曲线很好的表征了环氧树脂绝缘材料遭受酸碱溶液侵蚀的程度，体陷阱能级-密度曲线左移即体陷阱中心能级值越低，表明遭受了更严重的侵蚀。图2可知，环氧树脂绝缘材料在100℃碱性溶液中遭受到更严重的侵蚀。图3可知，环氧树脂绝缘材料在100℃酸性溶液中遭受到更严重的侵蚀。

本发明基于体陷阱能级深度很好的表征了环氧树脂绝缘材料遭受酸碱侵蚀的程度。图4所示为碱性溶液和酸性溶液侵蚀后环氧树脂绝缘材料的体陷阱中心能级深度条形图，遭受腐蚀程度越深，体陷阱中心能级值越小。由图可知，环氧树脂绝缘材料在100℃碱液和酸液中遭受更严重侵蚀。

本发明并不局限于实施例中所描述的技术，它的描述是说明性的，并非限制性的。本发明的权限由权利要求所限定，基于本技术领域人员依据本发明所能够变化、重组等方法得到的与本发明相关的技术，都在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种表征核电站环氧树脂绝缘材料受酸碱侵蚀程度的方法， 其特征在于，包括以下步骤：

(1)试样干燥：

将待检测的环氧树脂绝缘材料试样置于干燥箱中干燥；

(2)表面电位测量：

将干燥后的环氧试样用高压直流充电装置以电晕充电方式施加到环氧树脂试样表面，并检测表面电位U随时间t的变化并记录数据；

(3)体陷阱能级分布曲线绘制：

表面电位U，衰减时间t与陷阱能级分布存在如下关系：

利用上式表面电位U与衰减时间t的关系绘制陷阱能级分布曲线，其中ε₀和ε_r分别为真空介电常数和聚合物材料的相对介电常数；U为试样表面电位；q为电子的电荷量；k为玻尔兹曼常数；T为材料所处的绝对温度值；L为试样的厚度；t为表面电位衰减时间；根据式:

ΔE＝kTln(vt)

可以计算陷阱能级的深度，其中ν为逃逸频率；

(4)结果分析：与未经腐蚀的环氧树脂绝缘材料相比，试样体陷阱能级-密度曲线左移即体陷阱中心能级值越小，环氧树脂材料受腐蚀程度越深，绝缘材料电气性能劣化越严重；

步骤(2)表面电位测量具体包括如下步骤：

a.将干燥后的环氧试样背面贴上铜箔电极，此面作为接地电极与高压直流充电装置中的接地电极连接，并用酒精擦拭环氧试样未贴铜箔的一面，晾干；

b.将a中晾干后的环氧试样置于已有的高压直流充电装置电极下，未贴铜箔的一面正对高压电极，将正极性和负极性电压以电晕充电方式施加到环氧树脂试样表面，电晕充电时间为5分钟，充电时试样所处环境温度为室温，相对湿度18％-25％；

c.将b中充电完毕的环氧试样迅速移至已有的表面电位测量装置下，检测表面电位U随时间t的变化并记录数据；

所述试样为薄板状，厚度不超过2mm。

Images