CN111351814B - 用于环氧材料的抗开裂性能评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于环氧材料的抗开裂性能评价方法，属于高压绝缘技术领域，包括：步骤一：制备抗开裂试样；步骤二：将至少一个抗开裂试样在温度箱内，进行快速降温，获得预计开裂温度；步骤三：以高于预计开裂温度的至少20℃的温度作为起始温度，使抗开裂试样在起始温度下静置不少于20分钟；步骤四：以0.05～0.1K/min的速度对步骤三中抗开裂试样进行降温，观察所述抗开裂试样、并记录所述抗开裂试样出现开裂时的温度为最终开裂温度，根据所述最终开裂温度来评价所述抗开裂试样的抗开裂性能。本发明对抗开裂试样进行温变试验，更贴近环氧绝缘材料在高压设备中在实际使用工况，对其性能的评价更加全面可靠。

Description

用于环氧材料的抗开裂性能评价方法

技术领域

本发明涉及高压绝缘技术领域，具体涉及用于环氧材料的抗开裂性能评价方法。

背景技术

环氧树脂及其复合材料以其良好的机械强度、绝缘性能、耐热性能和优异的加工性能被广泛应用于航空航天、电力电子、轨道交通等领域。环氧材料本身的脆性一直是导致其运行失效的主要原因之一，直接体现就是环氧材料在冷热环境、机械疲劳下出现的应力开裂，这种开裂甚至是微裂纹对于综合性能要求较高的高压绝缘领域是致命的，会导致绝缘件的绝缘击穿失效。绝缘件是高压设备中的薄弱环节，其性能将直接决定高压设备的运行可靠性。

随着我国电力系统向超特高压、大容量和电气设备的高性能化发展，其绝缘件所承受的电场强度增大，运行温升逐渐升高，同时还要承受高的机械强度，运行环境复杂严苛，对绝缘件特别是绝缘材料性能提出了更高的要求。

目前，对于环氧材料抗开裂性能的测试并没有明确的方法，通常只停留在以材料的冲击强度高低来比较不同材料的抗开裂性能，但此方法较为片面，通过对环氧材料的大量试验测试表明，材料的抗开裂性能不仅仅与材料的冲击强度有关，至少还与材料的线膨胀系数等有很大关系，即仅用材料的冲击强度不足以实现材料间抗开裂性能的对比，且冲击形式与材料在实际运行工况下的开裂情形并不相同。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中，对于环氧材料抗开裂性能的测试仅采用根据冲击强度高低来判断较为片面的缺陷，从而提供一种新的较为全面的抗开裂性能评价方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供的用于环氧材料的抗开裂性能评价方法，包括：

步骤一：制备抗开裂试样；

步骤二：将至少一个所述抗开裂试样在温度箱内，以30℃为起点、以1K/min的速度进行降温，观察所述抗开裂试样、并记录所述抗开裂试样出现开裂时的温度为预计开裂温度；

步骤三：将至少两个所述抗开裂试样放置在温度箱内，以高于所述预计开裂温度的至少20℃的温度作为起始温度，使所述抗开裂试样在所述起始温度下静置不少于20分钟；

步骤四：以0.05～0.1K/min的速度对步骤三中所述抗开裂试样进行降温，观察所述抗开裂试样、并记录所述抗开裂试样出现开裂时的温度为最终开裂温度，根据所述最终开裂温度来评价所述抗开裂试样的抗开裂性能。

作为优选方案，所述抗开裂试样包括：

试样本体；

试样应力模块，嵌于所述试样本体的中心处，所述试样应力模块与所述试样本体的嵌接处形成有应力角。

作为优选方案，所述试样应力模块为具有一个尖角作为所述应力角的多边形金属板，所述多边形金属板的其他角为圆角。

作为优选方案，所述试样应力模块为矩形。

作为优选方案，所述步骤一中，所述抗开裂试样为圆柱形结构。

作为优选方案，所述步骤一中，还包括：对所述抗开裂试样的外表面进行打磨处理。

作为优选方案，所述抗开裂试样的外表面的打磨包括：首先采用400-600目的砂纸进行初步打磨，然后采用1000-1200目的砂纸进行精细打磨。

作为优选方案，其特征在于，所述步骤二中，以一个所述抗开裂试样进行试验，获得所述预计开裂温度。

作为优选方案，所述步骤三中，以至少三个所述抗开裂试样进行试验。

作为优选方案，还包括：

步骤五，根据多个所述抗开裂试样的最终开裂温度，计算抗开裂指数，根据所述抗开裂指数评价抗开裂试样的抗开裂性能；所述抗开裂指数的计算方法为：

τ80＝Sn/N，

Sn＝Σ(25-Tn)；

式中：τ80为抗开裂指数，Tn为测得的所述抗开裂试样的最终开裂温度，N为抗开裂试样的数量。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的用于环氧材料的抗开裂性能评价方法，通过对抗开裂试样进行温变试验，并以记录的最终开裂温度来评价所述抗开裂试样的抗开裂性能，以达到模拟高压设备中环氧绝缘材料的失效形式，高压设备在运行过程中温度变化较大，对抗开裂试样进行温变试验更贴近实际使用工况，对其性能的评价更加全面可靠；在进行正式的降温试验之前，首先对至少一个抗开裂试样进行快速降温，以获得预计开裂温度，然后以高于预计开裂温度至少20℃的温度作为起始温度，在起始温度下对抗开裂试样保持至少20分钟的静置，从而保证抗开裂试样在进行正式的降温试验之前，其内、外部的温度均匀，减小试验结果的误差；另外，在进行正式的降温试验之前，获取抗开裂试样的预计开裂温度，可避免进行降温试验时起始温度设置过高或过低，可提高试验效率；通过确定相对较为精准的起始温度，在进行降温试验过程中，可以以较小的降温速度进行试验，从而提高试验精度，具体的，在进行正式的降温试验时，以0.05～0.1K/min的速度对静置后的抗开裂试样进行降温观测，该速度相对较小，因此提高了抗开裂试样进行降温试验获得的数据的精度度。

2.本发明提供的用于环氧材料的抗开裂性能评价方法，试样本体、以及嵌于试样本体中心处的试样应力模块来模拟环氧包覆金属件的设计形式；试样应力模块与试样本体的嵌接处形成的应力角，所述应力角处为最容易产生开裂的位置，有利于缩短试验时间、提高试验效率；当多个抗开裂试样同时进行试验时，便于统一观测。

3.本发明提供的用于环氧材料的抗开裂性能评价方法，应力角由试样应力模块的尖角边构成，工艺简单；试样应力模块的其他边角为圆角，与尖角形成对比，突出应力角位置。

4.本发明提供的用于环氧材料的抗开裂性能评价方法，抗开裂试样为圆柱形结构，各部位无多余棱角存在、无其他多余应力存在，排出结构因素影响抗开裂试样的最终抗开裂温度。

5.本发明提供的用于环氧材料的抗开裂性能评价方法，对抗开裂试样边角处的毛边、毛刺进行去除，恢复所述抗开裂试样的原形，避免外表面的存在多余应力影响其最终开裂温度。

6.本发明提供的用于环氧材料的抗开裂性能评价方法，抗开裂指数的给出，便于进行定量化的对比评价，更加直观、规范。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中提供的抗开裂试样的主视图。

图2为成型模具的侧视图。

图3为成型模具内型腔层的主视图。

图4为成型模具的盖板层的主视图。

图5为将试样应力模块放置在成型模具内的型腔层的主视结构示意图。

附图标记说明：

1、试样本体；2、试样应力模块；3、浇注腔；4、浇注口；5、第一定位孔；6、第二定位孔；7、应力角；8、型腔层；9、盖板层。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种用于环氧树脂及其复合材料的抗开裂试样，如图1所示，本实施例提供的抗开裂试样为模拟环氧包覆金属件的形式，其整体为圆柱形结构，包括：试样本体1和试样应力模块2，所述试样应力模块2为横截面为四边形的金属板，所述试样应力模块2嵌于所述试样本体1的中心处，所述试样本体1与所述试样应力模块2的厚度相等，在将试样应力模块2嵌入试样本体1的中心处后，试样应力模块2的前后两侧面与试样本体1平齐；所述试样应力模块2的周围被所述试样本体1包覆，所述试样本体1的外轮廓为圆柱状。

如图1所示，所述试样应力模块2的嵌入到所述试样本体1的四个角中，其中一个角为尖角，另外的三个角均为圆角；所述尖角处构成所述试样本体1的应力角7，在进行降温过程中，所述应力角7处为最容易产生开裂的位置，所述应力角7的设置有利于缩短降温试验时间、提高试验效率；当多个抗开裂试样同时进行试验时，便于统一观测。

作为一种可替代的实施方式，所述试样应力模块2还可以设置为其他的多边形金属板，例如其横截面为三角形、五边形、水滴形等。

本实施例提供的抗开裂试样可以采用如下方法进行制作：

如图2所示，采用成型模具对抗开裂试样进行注塑成型，所述成型模具包括：中间的型腔层8和两侧的盖板层9，所述型腔层8和所述盖板层9之间可进行合模与开模。

如图3所示，所述型腔层的中心处具有与所述抗开裂试样外轮廓形状一致的浇注腔3，所述浇注腔3的正上方设有“V”形的浇注口4，所述浇注口4与所述浇注腔3连通。

如图4所示，所述盖板层9的中间处对称地设有两个第一定位孔5，所述第一定位孔5与试样应力模块2的中心处的两个第二定位孔6一一对应。

如图5所示，制备抗开裂试样前，先将试样应力模块2放置在成型模具的浇注腔3内；在浇注腔3内，使所述试样应力模块2的第二定位孔6与所述盖板层9的第一定位孔5对应，然后通过销钉依次穿过所述第一定位孔5和所述第二定位孔6，以将所述试样应力模块2固定在所述浇注腔3内。

然后，将两个所述盖板层9分别与所述型腔层8的两侧通过螺钉固定，通过两个盖板层9对所述试样应力模块2进行夹紧。其中，本实施例采用的成型模具可以依次并列设置多个，具体的，可将所述盖板层9和所述型腔层8依次交替贴合安装，安装完成后具有多个依次并列的型腔层8。

最后，将所述成型模具组装完成后，在成型模具内打好脱模剂，从所述浇注口4将需要进行试验的环氧材料浇注到所述浇注腔3内，待所述环氧材料冷却成型后，进行脱模处理。

实施例2

本实施例提供一种用于环氧材料的抗开裂性能评价方法，其中，所述环氧材料包括环氧树脂及其复合材料，本实施例以一种型号为HW428的环氧浇注料为例，对该方法进行说明。该方法，包括以下步骤：

步骤一：制备抗开裂试样，并对所述抗开裂试样的外表面进行打磨处理；其中，所述抗开裂试样采用实施例1所述的抗开裂试样。对脱模后的抗开裂试样的外表面进行打磨处理，用于对所述抗开裂试样的边角处的毛边、毛刺去除，打磨原则是将抗开裂试样的毛边、毛刺去除恢复其原形即可；打磨步骤如下：首先采用600目的砂纸进行初步打磨，然后采用1200目的砂纸进行精细打磨。另外，作为一种可替代的实施方式，初步打磨的砂纸的目数可采用400-600目，精细打磨的砂纸的目数可采用1000-1200目。

步骤二：将一个所述抗开裂试样在交变温度箱内，以30℃为起点、以1K/min的速度进行降温，观察所述抗开裂试样、并记录所述抗开裂试样出现开裂时的温度为预计开裂温度；所述预计开裂温度为在较快降温速度下得到的较为粗糙的预估温度，例如，本实施例的HW428氧浇注料，其测得的预计开裂温度为-30.5℃。在本步骤中，作为一种可替换实施方式，可采用多个抗开裂试样进行；另外，所采用的温度箱还可以是除了交变温度箱以外的其他温度箱。

步骤三：将四个所述抗开裂试样放置在温度箱内，以高于所述预计开裂温度的至少20℃的温度作为起始温度，使所述抗开裂试样在所述起始温度下静置不少于20分钟；例如，本实施例的HW428氧浇注料，由于在上一步中测得的预计开裂温度为-30.5℃，因此，在本步骤中起始温度至少为-10.5℃，为了避免误差，在本实施例中，将四个HW428氧浇注料的抗开裂试样放置于温度箱内，设置初始温度5℃，并在此温度下静置30分钟。

步骤四：以0.05～0.1K/min的速度对步骤三中所述抗开裂试样进行降温，观察所述抗开裂试样、并记录所述抗开裂试样出现开裂时的温度为最终开裂温度，根据所述最终开裂温度来评价所述抗开裂试样的抗开裂性能；在本实施例中，将交变温度箱的降温速率设定为0.1K/min进行降温，采用全程录像的方式进行监测，直至所有试样均出现开裂停止试验，依次记录试样应力角出现开裂时的开裂温度T1＝-25.3℃，T2＝-25.9℃，T3＝-26.7℃，T4＝-28.8℃。

步骤五：根据多个所述抗开裂试样的最终开裂温度，计算抗开裂指数，根据所述抗开裂指数评价抗开裂试样的抗开裂性能；所述抗开裂指数的计算方法为：

τ₈₀＝Sn/N，

Sn＝Σ(25-Tn)；

式中：τ₈₀为抗开裂指数，Tn为测得的所述抗开裂试样的最终开裂温度，N为抗开裂试样的数量。

具体的，在本实施例中，将测得的T1，T2，T3，T4代入所述抗开裂指数的计算公式中，得到Sn＝50.3+50.9+51.7+53.8＝211.7，τ₈₀＝51.7；根据具体工况，选择抗开裂指数适用的环氧材料。

由于高压设备在运行过程中温度变化较大，对抗开裂试样进行温变试验更贴近实际使用工况，模拟高压设备中环氧绝缘材料的失效形式，对其性能的评价更加全面可靠。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (5)

1.用于环氧材料的抗开裂性能评价方法，其特征在于，包括：

步骤一：制备抗开裂试样，所述抗开裂试样为圆柱形结构；

所述抗开裂试样包括：试样本体(1)和试样应力模块(2)，所述试样应力模块(2)嵌于所述试样本体(1)的中心处，所述试样应力模块(2)与所述试样本体(1)的嵌接处形成有应力角(7)，所述试样应力模块(2)为具有一个尖角作为所述应力角的多边形金属板，所述多边形金属板的其他角为圆角，所述试样应力模块(2)的横截面为四边形；

步骤二：将至少一个所述抗开裂试样在温度箱内，以30℃为起点、以1K/min的速度进行降温，观察所述抗开裂试样、并记录所述抗开裂试样出现开裂时的温度为预计开裂温度；

步骤三：将至少两个所述抗开裂试样放置在温度箱内，以高于所述预计开裂温度的至少20℃的温度作为起始温度，使所述抗开裂试样在所述起始温度下静置不少于20分钟；

步骤四：以0.05～0.1K/min的速度对步骤三中所述抗开裂试样进行降温，观察所述抗开裂试样、并记录所述抗开裂试样出现开裂时的温度为最终开裂温度，根据所述最终开裂温度来评价所述抗开裂试样的抗开裂性能；

步骤五，根据多个所述抗开裂试样的最终开裂温度，计算抗开裂指数，根据所述抗开裂指数评价抗开裂试样的抗开裂性能；所述抗开裂指数的计算方法为：

τ₈₀＝Sn/N，

Sn＝Σ(25-Tn)；

式中：τ₈₀为抗开裂指数，Tn为测得的所述抗开裂试样的最终开裂温度，N为抗开裂试样的数量。

2.根据权利要求1所述的用于环氧材料的抗开裂性能评价方法，其特征在于，所述步骤一中，还包括：对所述抗开裂试样的边角处的毛边、毛刺进行打磨处理。

3.根据权利要求2所述的用于环氧材料的抗开裂性能评价方法，其特征在于，所述抗开裂试样的边角处的毛边、毛刺的打磨包括：首先采用400-600目的砂纸进行初步打磨，然后采用1000-1200目的砂纸进行精细打磨。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的用于环氧材料的抗开裂性能评价方法，其特征在于，所述步骤二中，以一个所述抗开裂试样进行试验，获得所述预计开裂温度。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的用于环氧材料的抗开裂性能评价方法，其特征在于，所述步骤三中，以至少三个所述抗开裂试样进行试验。

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