CN115201055A - 一种核电厂用防火封堵材料使用寿命的评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种核电厂用防火封堵材料使用寿命的评估方法，包括：获取若干份预定重量和形状的目标防火封堵材料样品，将所述样品分别采用不同预设升温速率进行热重法分析，得到对应的热重分析曲线，获取当样品达到预定条件时的绝对温度，根据该绝对温度、预设升温速率和活化能公式计算得到每一份样品的活化能和所有样品的平均活化能，获取预设升温速率的中值和当所述样品的预设升温速率为中值且失重率为5％时的温度，参考标准ASTM E1877并根据目标防火封堵材料的性能确定参数，并获得最优的寿命预测公式，计算得到目标防火封堵材料的寿命。本发明摆脱了对标准中繁琐数据表格的依赖，更节约成本、操作更简单、评估效率更高、评估结果更准确、适用性更强。
Description
技术领域
本发明涉及防火封堵材料的寿命评估技术领域，尤其涉及一种核电厂用防火封堵材料使用寿命的评估方法。
背景技术
核电厂中存在电缆、燃料油等大量可燃物，若遇到突发事故或人为操作失误等问题极易引发火灾。为了防止灾情扩大、提高核电厂防火性能，除了进风口等特殊功能的孔洞外，在防火分区及人员疏散分区内，必须使用具有优异防火性能的防火封堵材料进行孔洞填充。鉴于核电厂的特殊性，与传统火电厂相比，应用在核电厂中的防火封堵材料需具有更为优异的性能，特别是耐射线辐照能力。为了避免因防火封堵材料失效而使核电厂产生安全隐患、影响安全工作，对其进行合理的寿命预测便成为了一个十分重要的环节。在应用于核电厂的各类防火封堵材料中，相较于各类无机材料而言，硅酮材料的使用性能更容易受到环境因素的影响，如高温、紫外线、射线辐照、臭氧等，针对核电厂用防火封堵材料的老化行为研究和使用寿命预测具有重要意义。但目前，大量科研工作均只针对硅酮材料的合成、改性及施工方法等方面展开，而其老化问题虽然属于核电厂安全运行与日常维护工作中必须考虑的问题之一，却并未受到广泛关注，一旦因硅酮材料老化引起失效，必将造成安全隐患。另一方面，当前的材料使用寿命评估方法，过程繁琐复杂，评估效率较低，并且寿命评估不够准确，缺乏针对于核电厂用防火封堵材料的老化行为研究和使用寿命评估方法。
基于以上，本发明公开了一种核电厂用防火封堵材料使用寿命的评估方法，实现防火封堵材料使用寿命简单、高效、准确的评估。
发明内容
本发明提供了一种核电厂用防火封堵材料使用寿命的评估方法，包括：获取若干份预定重量和形状的目标防火封堵材料样品，将所述样品分别采用不同预设升温速率进行热重法分析，得到对应的热重分析曲线，获取当样品失重率为5％时的绝对温度，根据该绝对温度、预设升温速率和活化能公式计算得到每一份样品的活化能和平均活化能，获取预设升温速率的中值，并获取当所述样品的预设升温速率为中值且失重率为5％时的温度，参考标准ASTME1877并根据目标防火封堵材料的性能确定参数，并获得最优的寿命预测公式，计算得到目标防火封堵材料的寿命。本发明摆脱了对标准中繁琐数据表格的依赖，更加节约成本、操作更简单、评估效率更高、评估结果更准确、适用性更强。
本发明具体包含如下步骤：
步骤10、获取若干份预定重量和预定形状的目标防火封堵材料样品；
步骤20、分别对所述样品采用若干种不同的预设升温速率k进行热重法分析，并生成对应的热重分析曲线；
步骤30、获取当所述样品达到预定失重率或者预定失重速率时所述热重分析曲线上的绝对温度T，根据所述绝对温度T、所述预设升温速率k和如下公式分别计算得到所述样品的表现活化能E：
并计算所述若干份样品的平均表现活化能
其中，所述表现活化能E的单位为kJ/mol，所述预设升温速率k的单位为K/min，所述绝对温度T的单位为K，R为摩尔气体常数，值为8.314J/mol·K；
步骤40、获取所述预设升温速率k的中值k’，并获取当所述样品的预设升温速率为所述中值k’且失重率为5％时的温度Tc，根据所述平均表现活化能
所述中值k’、所述温度Tc和如下公式计算得到所述目标材料在目标使用温度Tf下的使用寿命tf：。
进一步地，所述热重分析曲线包括：热重曲线TG和微商热重曲线DTG；计算得到所述目标材料在目标使用温度Tf下的使用寿命tf包括：分别根据所述热重曲线TG和所述微商热重曲线DTG计算得到所述目标材料在目标使用温度Tf下的使用寿命tf1和tf2，选取所述使用寿命tf1和tf2中较小的值作为最终评估值。
进一步地，所述样品的份数为至少五份。
进一步地，分别对所述样品采用热重法进行分析，得到对应的热重分析曲线包括如下步骤：
步骤21、对所述样品采用热重法进行分析，分别得到至少五条不同预设升温速率的热重曲线TG和对应的至少五条微商热重曲线DTG；
步骤22、记录所述热重曲线TG上所述样品达到所述预定失重率时的绝对温度T，并将所述绝对温度的倒数1/T与对应预设升温速率的自然对数lnk制作关系曲线图，获取所述关系曲线图中的至少五个数据点，所述预定失重率为5％；
步骤23、对所述至少五个数据点进行线性拟合，并判断拟合优度是否达到0.9；
步骤24、若判断为否，则剔除偏离度最大的数据点，并对所述预设升温速率下的样品重新采样并采用热重法进行分析，直到拟合优度达到0.9；
步骤25、记录所述微商热重曲线DTG上所述样品达到所述预定失重速率时的绝对温度T，并将所述绝对温度的倒数1/T与对应预设升温速率同所述绝对温度平方之商的自然对数
制作关系曲线图，获取所述关系曲线图中的至少五个数据点，重复步骤23和步骤24，所述预定失重速率为所述样品在所述预设升温速率下的首个最大失重速率。
进一步地，所述若干份样品的预定重量和所述预定形状相同，所述预定重量的范围为5～10mg，所述预定形状采用长、宽、高任意一项不超过5mm的长方体。
进一步地，所述预设升温速率最大不超过50℃/min，且至少一个预设升温速率的范围位于10～20℃/min，所述热重法的升温范围为20～600℃。
进一步地，所述目标材料为硅酮材料。
进一步地，分别对所述样品采用热重法进行分析包括：在静态空气气氛中对所述样品进行分析。
进一步地，还包括以下步骤：
将若干不同批次的所述样品进行不同辐射剂量的放射性照射；
将所述不同批次的样品进行寿命评估，并将所述样品的评估寿命与辐射剂量进行线性分析。
本发明的技术方案至少带来以下有益技术效果：
本发明提供了一种核电厂用防火封堵材料使用寿命的评估方法，与现有技术相比，只需用到热重分析仪即可完成全部试验，避免了传统的长期热老化试验时间长、费用高的问题，对传统的寿命预测模型进行了简化，摆脱了对标准中繁琐数据表格的依赖，更加节约成本、操作更简单、评估效率更高、评估结果更准确、适用性更强。
附图说明
图1是根据本发明实施例提供的一种核电厂用防火封堵材料使用寿命的评估方法流程图；
图2是根据本发明实施例提供的一种热重曲线TG的示意图；
图3是根据本发明实施例提供的一种针对温度倒数与对应预设升温速率自然对数的关系曲线图；
图4是根据本发明实施例提供的一种微商热重曲线DTG的示意图；
图5是根据本发明实施例提供的一种针对温度倒数与对应预设升温速率同所述绝对温度平方之商的自然对数
制作关系曲线图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例以及实施例中的特征可以相互组合。本发明的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如包含了一系列步骤S或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚的列出的那些步骤S或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤S和单元。
为使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例一
以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。
图1为一种核电厂用防火封堵材料使用寿命的评估方法流程图。本发明实施例提供的一种核电厂用防火封堵材料使用寿命的评估方法，如图1所示，包括：
步骤S10、获取若干份预定重量和预定形状的目标防火封堵材料样品。
优选的，首先获取整块目标防火封堵材料样品，再将整块样品平均分割为若干份预定重量和预定形状的小样品，其中每一份的重量和形状都相同。
优选的，所述防火封堵材料为核电厂用防火封堵材料。
需要说明的是，每一份样品的重量相同且都不应过大，取值优选为30mg以内，以便在进行热重法分析时容易观测其重量的变化率。每一份样品的形状也相同，以便在进行热重法分析时，不会因为样品的形状不同而导致热失重效率不同。例如在同样的热重分析条件下，分别采用长方体和采用球体形状的样品因为受热不均可能会导致长方体热失重效率相对较低，球体形状的样品热失重效率相对较高。
优选的，所述目标防火封堵材料样品的份数至少为三份，通过至少三份目标防火封堵材料样品进行热重法分析，便于将不同样品的实验结果数据进行对比。
优选的，所述目标防火封堵材料样品的份数采用五份，通过至少五份目标防火封堵材料样品进行热重法分析，便于将不同样品的实验结果数据进行对比，同时便于将实验结果数据生成的数据点进行拟合分析，剔除偏离度最大的数据点，降低偶然误差，提高估算准确性。
步骤S20、分别对所述样品采用若干种不同的预设升温速率k进行热重法分析，并生成对应的热重分析曲线。
具体的，通过在程序控制温度下，测量样品质量与温度关系，并得到热重分析曲线。
需要说明的是，热重分析曲线为通过热重分析的得到各种关系曲线。优选的，所述热重分析曲线包括热重曲线TG和微商热重曲线DTG，并分别根据所述热重曲线TG和所述微商热重曲线DTG计算得到所述目标材料在目标使用温度Tf下的使用寿命tf1和tf2，选取所述使用寿命tf1和tf2中较小的值作为最终评估值。TG曲线以质量作纵坐标，从上向下表示质量减少，以温度或时间作横坐标，自左至右表示温度或时间增加。TG曲线作完后，根据原始试样用量及各温度区间的失重量，可以计算各温度区间的失重百分率。微商热重曲线DTG的纵坐标为质量随时间的变化率，横坐标为温度或时间。峰的起止点对应TG曲线台阶的起止点，峰的数目和TG曲线的台阶数相等，峰位为失重或增重速率的最大值。峰面积与失重量成正比，因此可从DTG的峰面积算出失重量。微商热重法DTG又称导数热重法，是记录TG曲线对温度或时间的一阶导数的一种方法，即质量变化速率作为温度或时间的函数被连续记录下来。热重法的主要特点是定量性强，能准确地测量物质的质量变化及变化的速率。
步骤S30、获取当所述样品达到预定失重率或者预定失重速率时所述热重分析曲线上的绝对温度T，根据所述绝对温度T、所述预设升温速率k和如下公式分别计算得到所述样品的表现活化能E：
并计算所述若干份样品的平均表现活化能
其中，所述表现活化能E的单位为kJ/mol，所述预设升温速率k的单位为K/min，所述绝对温度T的单位为K，R为摩尔气体常数，值为8.314J/mol·K。
具体实施过程中，获取当所述样品失重率为5％时所述热重分析曲线上的绝对温度T，将所述绝对温度的倒数1/T与所述预设升温速率的自然对数lnk制作关系曲线图；获取所述关系曲线图中的若干个数据点，将该数据点进行线性拟合并达到预定的拟合优度，得到拟合直线的斜率
将所述斜率
乘以负的摩尔气体常数R得到表现活化能E：
再重复上述步骤分别计算出每一份样品表现活化能，并计算得到平均表现活化能
其中，所述表现活化能E的单位为kJ/mol，所述预设升温速率k的单位为K/min，所述绝对温度T的单位为K，R为摩尔气体常数，值为8.314J/mol·K。
具体的，化学反应速率与其表现活化能的大小密切相关，表现活化能越低，反应速率越快，因此降表现低活化能会有效地促进反应的进行。表现活化能E应是温度的函数，考虑到温度对E的影响，根据阿伦尼乌斯方程，其定义式为：
即等于lnk-1/T曲线斜率的负值乘以R，其中R通常取8.314J/mol·K。通过计算所述样品的平均表现活化能
能够模拟出目标防火封堵材料在不同升温条件下由预设升温速率因素导致的化学反应速率的差异，并降低偶然因素导致的误差，提高寿命估算准确性。
步骤S40、获取所述预设升温速率k的中值k’，并获取当所述样品的预设升温速率为所述中值k’且失重率为5％时的温度Tc，根据所述平均表现活化能
所述中值k’、所述温度Tc和如下公式计算得到所述目标材料在目标使用温度Tf下的使用寿命tf：。
具体的，计算所述若干种预设升温速率的中值k’，本发明实施例优选为5种预设升温速率，并找到预设升温速率为中值的样品，再通过热重分析曲线求得样品失重率为5％时的温度Tc。
在标准ASTME1877中通过寿命预测公式：
简化得到：
基于标准ASTME1877中表1，并且根据防火封堵材料耐热氧老化性很好的特点，将
与a的比值定义为1.75，由此得到，以此不需要频繁地比对标准中数据表格，计算更加高效。
本发明实施例中，通过将不同预设升温速率的若干样品分别采用热重法进行分析，得到热重分析曲线，再通过数据的统计剔除不符合要求的数据，计算得到所述若干样品失重率为5％时的平均活化能，再计算预设升温速率的中值，并求出位于中值预设升温速率的样品失重率为5％时的温度，最后通过标准ASTME1877并定义的
与a的比值，得到最优的寿命预测公式计算得到目标防火封堵材料的寿命。
由此可见，本发明实施例中，所述核电厂用防火封堵材料使用寿命的评估方法，与现有技术相比，至少具备以下技术效果：只需用到热重分析仪即可完成全部试验，避免了传统的长期热老化试验时间长、费用高的问题，对传统的寿命预测模型进行了简化，摆脱了对标准中繁琐数据表格的依赖，更加节约成本、操作更简单、评估效率更高、评估结果更准确、适用性更强。
在一个优选的实施例中，所述热重分析曲线包括：热重曲线TG和微商热重曲线DTG；
计算得到所述目标材料在目标使用温度Tf下的使用寿命tf包括：分别根据所述热重曲线TG和所述微商热重曲线DTG计算得到所述目标材料在目标使用温度Tf下的使用寿命tf1和tf2，选取所述使用寿命tf1和tf2中较小的值作为最终评估值。图2是根据本发明实施例提供的一种热重曲线TG的示意图，图4是根据本发明实施例提供的一种微商热重曲线DTG的示意图，如图2和图4所示。
具体的，TG曲线以质量作纵坐标，从上向下表示质量减少，以温度或时间作横坐标，自左至右表示温度或时间增加。TG曲线作完后，根据原始试样用量及各温度区间的失重量，可以计算各温度区间的失重百分率。微商热重曲线DTG的纵坐标为质量随时间的变化率，横坐标为温度或时间。峰的起止点对应TG曲线台阶的起止点，峰的数目和TG曲线的台阶数相等，峰位为失重或增重速率的最大值。峰面积与失重量成正比，因此可从DTG的峰面积算出失重量。微商热重法DTG又称导数热重法，是记录TG曲线对温度或时间的一阶导数的一种方法，即质量变化速率作为温度或时间的函数被连续记录下来。热重法的主要特点是定量性强，能准确地测量物质的质量变化及变化的速率。热重曲线TG反映了样品质量与温度的变化关系，而微商热重曲线DTG的数据更直观地反映失重率与温度的变化关系。进一步，分别根据所述热重曲线TG和所述微商热重曲线DTG计算得到所述目标材料在目标使用温度Tf下的使用寿命tf1和tf2，选取所述使用寿命tf1和tf2中较小的值作为最终评估值。通过两种分析曲线可以更快速地得出分析结果，提高寿命评估的效率。
在一个优选的实施例中，所述样品的份数为至少五份。
通过采用至少五份的目标防火封堵材料样本，便于将不同样品的实验结果数据进行对比，同时便于将实验结果数据生成的数据点进行拟合分析，剔除偏离度最大的数据点，降低偶然误差，提高估算准确性。
在一个优选的实施例中，分别对所述样品采用热重法进行分析，得到对应的热重分析曲线包括如下步骤：
步骤S210、对所述样品采用热重法进行分析，分别得到至少五条不同预设升温速率的热重曲线TG和对应的至少五条微商热重曲线DTG；
步骤S220、记录所述热重曲线TG上所述样品达到所述预定失重率时的绝对温度T，并将所述绝对温度的倒数1/T与对应预设升温速率的自然对数lnk制作关系曲线图，获取所述关系曲线图中的至少五个数据点，所述预定失重率为5％；
步骤S230、对所述至少五个数据点进行线性拟合，并判断拟合优度是否达到0.9；
步骤S240、若判断为否，则剔除偏离度最大的数据点，并对所述预设升温速率下的样品重新采样并采用热重法进行分析，直到拟合优度达到0.9；
步骤S250、记录所述微商热重曲线DTG上所述样品达到所述预定失重速率时的绝对温度T，并将所述绝对温度的倒数1/T与对应预设升温速率同所述绝对温度平方之商的自然对数
制作关系曲线图，获取所述关系曲线图中的至少五个数据点，重复步骤S230和步骤S240，所述预定失重速率为所述样品在所述预设升温速率下的首个最大失重速率；图3是根据本发明实施例提供的一种针对温度倒数与对应预设升温速率自然对数的关系曲线图，图5是根据本发明实施例提供的一种针对温度倒数与对应预设升温速率同所述绝对温度平方之商的自然对数
制作关系曲线图，如图3和图5所示。
具体的，利用经典的Kissinger方法的公式：，将温度的倒数1/T与对应预设升温速率的自然对数lnk制作关系曲线图，通过建立1/T与lnk的关系曲线图，可以得到材料的活化能E，以此得到至少五条不同预设升温速率的热重曲线TG，以及曲线上至少五个数据点。该数据点为失重率为5％时绝对温度的倒数1/T与对应预设升温速率的自然对数lnk形成的二位坐标。
进一步，将所述至少五个数据点进行拟合。优选的，本发明实施例采用最小二乘法原理，通常用Origin或者MATLAB软件内置的方法进行线性拟合，通过最小二乘法求解出拟合直线。具体的，判定系数R2衡量的是回归方程整体的拟合度，是表达因变量与所有自变量之间的总体关系。R2等于回归平方和在总平方和中所占的比率，即回归方程所能解释的因变量变异性的百分比，在MATLAB中，R2＝1-"回归平方和在总平方和中所占的比率"。实际值与平均值的总误差中，回归误差与剩余误差是此消彼长的关系。因而回归误差从正面测定线性模型的拟合优度，剩余误差则从反面来判定线性模型的拟合优度。
进一步，对所述至少五个数据点进行线性拟合，并判断拟合优度是否达到0.9，若判断为否，则剔除偏离度最大的数据点，并对所述预设升温速率下的样品重新采样并采用热重法进行分析，直到拟合优度达到0.9。
进一步，记录对应所述微商热重曲线DTG上所述样品为首个最大失重速率时的绝对温度T，并将所述绝对温度的倒数1/T与对应预设升温速率同所述绝对温度平方之商的自然对数
制作关系曲线图，获取所述关系曲线图中的至少五个数据点，重复本发明实施例中的步骤S230和步骤S240。本发明实施例可进一步降低偶然误差，提高寿命评估精度。
在一个优选的实施例中，所述若干份样品的预定重量和所述预定形状相同，所述预定重量的范围为5～10mg，所述预定形状采用长、宽、高任意一项不超过5mm的长方体。
其中，目标防火封堵材料样品的选取对应热重法分析的结果精确度有较大影响，由于重量不同、形状不同会导致在相同的预设升温速率下样品的失重率不同，对实验结果会产生较大影响，因此需要获取相同预定重量和所述预定形状的样品。另一方面，由于实验设备要求和成本等原因，样品的重量和体积都不宜选择过大，否则可能产生受热不均导致误差增加影响测量结果的情况发生。本发明实施例中，采用范围为5～10mg的预定重量和长、宽、高任意一项不超过5mm长方体的预定形状可以有效降低风险，提高准确性。
在一个优选的实施例中，所述预设升温速率最大不超过50℃/min，且至少一个预设升温速率的范围位于10～20℃/min，所述热重法的升温范围为20～600℃。
具体的，由于预设升温速率越大，测试测得的温度滞后现象越严重，起始失重温度和终止温度测定值变得越高，分解温度范围也会变得更宽。对于对分解失重不太敏感的样品的TG测试，如果预设升温速率太快，样品来不及作出充分响应，失重台阶就会测不准或测不出。热重分析中预设升温速率缓慢能够使实验的温度记录更准确。但会使某些化学反应或物理变化的反应速率也变得缓慢，导致出现失重台阶钝化，从而又影响到解析时读取失重温度和失重量的准确读值。再过分缓慢，则会增加许多倍的测试占机时间，从而增加了测试成本和测试费用。10～20℃/min，是较好的缓慢预设升温速率。因此，本发明实施例采用最大不超过50℃/min的预设升温速率且至少一个预设升温速率的范围位于10～20℃/min。
其中，升温范围20～600℃在热重法分析中最有利于判断有机物挥发和失重情况，有利于获得样品失重率与温度的关系曲线，便于读取数据。
在一个优选的实施例中，所述目标材料为硅酮材料。
具体的，由于硅酮材料具有适用范围广范、耐老化性能优良、不受极端温度影响、阻燃、抗开裂、抗收缩及拉伸、抗老化变色、耐水等功效，核电厂通常采用硅酮材料作为防火封堵材料。硅酮材料的防火封堵可采用硅酮胶，其一旦接触空气中的水分就会固化成一种坚韧的橡胶类固体，便于使用和样品的获取，操作简单、使用成本和寿命评估成本较低。
在一个优选的实施例中，分别对所述样品采用热重法进行分析包括：在静态空气气氛中对所述样品进行分析。
具体的，在热重分析测试中，与试样相接触的气氛十分重要，不同的实验气氛条件下得到的热分析曲线不尽相同。并且对于特殊气氛的测试，还需注意其特殊配置的选择，并充分评估其对仪器的安全性，以防对仪器造成不可逆的损害。由于寿命评估模拟的是核电厂内部环境，其气体成分主要是空气，并且采用空气气氛进行测试的成本低且安全性高。
在一个优选的实施例中，还包括以下步骤：
将若干不同批次的所述样品进行不同辐射剂量的放射性照射；
将所述不同批次的样品进行寿命评估，并将所述样品的评估寿命与辐射剂量进行线性分析。
具体的，由于核电厂中放射性极强，目标防火封堵材料在经过不同剂量的放射性照射后，结构和防火性能会有不同的变化，进一步对防火封堵材料的使用寿命也会产生较大影响。因此，有必要通过对不同辐射剂量的放射性照射的不同批次的样品进行寿命评估，并将样品的评估寿命与辐射剂量进行线性分析，建立评估寿命与辐射剂量的对应关系。本发明实施例提高了应用于核电厂的防火封堵材料使用寿命的评估，更具有针对性，适用性更强。
由此可见，本发明实施例中，所述核电厂用防火封堵材料使用寿命的评估方法，与现有技术相比，至少具备以下技术效果：只需用到热重分析仪即可完成全部试验，避免了传统的长期热老化试验时间长、费用高的问题，对传统的寿命预测模型进行了简化，摆脱了对标准中繁琐数据表格的依赖，更加节约成本、操作更简单、评估效率更高、评估结果更准确、适用性更强。
实施例二
在上述实施例一的基础上，本发明还提供了另一种核电厂用防火封堵材料使用寿命的评估方法的实施例，如图2至图5所示，包括如下步骤：
步骤一：获取一种大型先进压水堆核电站使用的某国产防火封堵硅酮材料，按步骤分割为5个质量为5～10mg且长、宽、高任意一项不超过5mm的相同形状的长方体样品；
步骤二：将每个样品分别选取2、5、10、15、20℃/min共五种预设升温速率进行热失重试验，试验温度范围从20℃升至600℃；
步骤三：将第一样品根据热重法分析，得到一种热重曲线TG，如图2所示，从图2中选取所需的数据点，见表1。
表1不同预设升温速率对应的热失重曲线数据表
步骤四：将表1中的1/T与lnk作图并进行线性拟合，拟合优度0.998，符合要求；图3是根据本发明实施例提供的一种针对温度倒数与对应预设升温速率自然对数的关系曲线图，如图3所示。
步骤五：通过公式
计算得到所述第一样品的表观活化能为110.762kJ/mol，通过上述步骤分别计算第二样品、第三样品、第四样品和第五样品的表现活化能，并计算得到所述5个样品的平均表现活化能
为105.218kJ/mol。
步骤六：将得到的材料表观活化能，以及预设升温速率为10℃/min的热失重曲线上5％失重率时的温度655.5K，按，求出a值，得到11.03；
步骤七：根据式，求出材料在目标使用温度70℃下的使用寿命约230.86年。
步骤八：根据本发明实施例的步骤三，将所述第一样品进行热重法分析，还得到一种微商热重曲线DTG，如图4所示，从中选取所需的数据点，见表2。
表2不同预设升温速率对应的微商热重曲线数据表
步骤九：将表2中的1/T与
作图并进行线性拟合，拟合优度0.990，符合要求，如图5所示。
步骤十：计算得到所述第一样品的表观活化能E为97.459kJ/mol，，通过上述步骤分别计算第二样品、第三样品、第四样品和第五样品的表现活化能，并计算得到所述5个样品的平均表现活化能
为94.312kJ/mol。
步骤十一：将得到的材料表观活化能，以及预设升温速率为10℃/min的微商热重曲线上首个最大失重速率时的温度670.30K，按，求出a值，9.67。
步骤十二：根据式，求出材料在目标使用温度70℃下的使用寿命约104.18年。
需要说明的是，由于测试过程存在偶然因素，例如材料样品的成分差异、温度控制、数据采集时间误差等偶然因素将会导致通过热重曲线和微商热重曲线两种方式计算的使用寿命有较大差异。具体实施过程中，选取更为保守的结果，即选取寿命较小的更接近理论值。
综上，评估该防火封堵硅酮材料在70℃下的使用寿命至少为104.18年。
本发明实施例中，通过将不同预设升温速率的若干样品分别采用热重法进行分析，得到热重分析曲线，再通过数据的统计剔除不符合要求的数据，计算得到所述若干样品失重率为5％时的平均活化能，再计算预设升温速率的中值，并求出位于中值预设升温速率的样品失重率为5％时的温度，最后通过标准ASTME1877并定义的
与a的比值，得到最优的寿命预测公式计算得到目标防火封堵材料的寿命。
由此可见，本发明实施例中，所述核电厂用防火封堵材料使用寿命的评估方法，与现有技术相比，至少具备以下技术效果：只需用到热重分析仪即可完成全部试验，避免了传统的长期热老化试验时间长、费用高的问题，对传统的寿命预测模型进行了简化，摆脱了对标准中繁琐数据表格的依赖，更加节约成本、操作更简单、评估效率更高、评估结果更准确、适用性更强。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种核电厂用防火封堵材料使用寿命的评估方法，其特征在于，包括：
步骤10、获取若干份预定重量和预定形状的目标防火封堵材料样品；
步骤20、分别对所述样品采用若干种不同的预设升温速率k进行热重法分析，并生成对应的热重分析曲线；
步骤30、获取当所述样品达到预定失重率或者预定失重速率时所述热重分析曲线上的绝对温度T，根据所述绝对温度T、所述预设升温速率k和如下公式分别计算得到所述样品的表现活化能E：
并计算所述若干份样品的平均表现活化能
其中，所述表现活化能E的单位为kJ/mol，所述预设升温速率k的单位为K/min，所述绝对温度T的单位为K，R为摩尔气体常数，值为8.314J/mol·K；
步骤40、获取所述预设升温速率k的中值k’，并获取当所述样品的预设升温速率为所述中值k’且失重率为5％时的温度Tc，根据所述平均表现活化能
所述中值k’、所述温度Tc和如下公式计算得到所述目标材料在目标使用温度Tf下的使用寿命tf：。
2.如权利要求1所述的一种核电厂用防火封堵材料使用寿命的评估方法，其特征在于，所述热重分析曲线包括：热重曲线TG和微商热重曲线DTG；
计算得到所述目标材料在目标使用温度Tf下的使用寿命tf包括：分别根据所述热重曲线TG和所述微商热重曲线DTG计算得到所述目标材料在目标使用温度Tf下的使用寿命tf1和tf2，选取所述使用寿命tf1和tf2中较小的值作为最终评估值。
3.如权利要求2所述的一种核电厂用防火封堵材料使用寿命的评估方法，其特征在于，所述样品的份数为至少五份。
4.如权利要求3所述的一种核电厂用防火封堵材料使用寿命的评估方法，其特征在于，分别对所述样品采用热重法进行分析，得到对应的热重分析曲线包括如下步骤：
步骤21、对所述样品采用热重法进行分析，分别得到至少五条不同预设升温速率的热重曲线TG和对应的至少五条微商热重曲线DTG；
步骤22、记录所述热重曲线TG上所述样品达到所述预定失重率时的绝对温度T，并将所述绝对温度的倒数1/T与对应预设升温速率的自然对数lnk制作关系曲线图，获取所述关系曲线图中的至少五个数据点，所述预定失重率为5％；
步骤23、对所述至少五个数据点进行线性拟合，并判断拟合优度是否达到0.9；
步骤24、若判断为否，则剔除偏离度最大的数据点，并对所述预设升温速率下的样品重新采样并采用热重法进行分析，直到拟合优度达到0.9；
步骤25、记录所述微商热重曲线DTG上所述样品达到所述预定失重速率时的绝对温度T，并将所述绝对温度的倒数1/T与对应预设升温速率同所述绝对温度平方之商的自然对数
制作关系曲线图，获取所述关系曲线图中的至少五个数据点，重复步骤23和步骤24，所述预定失重速率为所述样品在所述预设升温速率下的首个最大失重速率。
5.如权利要求1所述的一种核电厂用防火封堵材料使用寿命的评估方法，其特征在于，所述若干份样品的预定重量和所述预定形状相同，所述预定重量的范围为5～10mg，所述预定形状采用长、宽、高任意一项不超过5mm的长方体。
6.如权利要求1所述的一种核电厂用防火封堵材料使用寿命的评估方法，其特征在于，所述预设升温速率最大不超过50℃/min，且至少一个预设升温速率的范围位于10～20℃/min，所述热重法的升温范围为20～600℃。
7.如权利要求1所述的一种核电厂用防火封堵材料使用寿命的评估方法，其特征在于，所述目标材料为硅酮材料。
8.如权利要求1所述的一种核电厂用防火封堵材料使用寿命的评估方法，其特征在于，分别对所述样品采用热重法进行分析包括：在静态空气气氛中对所述样品进行分析。
9.如权利要求1所述的一种核电厂用防火封堵材料使用寿命的评估方法，其特征在于，还包括以下步骤：
将若干不同批次的所述样品进行不同辐射剂量的放射性照射；
将所述不同批次的样品进行寿命评估，并将所述样品的评估寿命与辐射剂量进行线性分析。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115790897A (zh) * | 2022-11-15 | 2023-03-14 | 中国矿业大学 | 一种气流床气化炉操作温度的预测方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016054762A1 (zh) * | 2014-10-10 | 2016-04-14 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 用于确定光学材料激光辐照老化寿命的加速实验方法 |
| CN110455698A (zh) * | 2019-08-01 | 2019-11-15 | 复旦大学 | 一种定量评价核级电缆老化程度的综合方法 |
| CN112763541A (zh) * | 2020-12-23 | 2021-05-07 | 上海交通大学 | 一种电缆绝缘材料的热寿命评估方法 |
-
2022
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016054762A1 (zh) * | 2014-10-10 | 2016-04-14 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 用于确定光学材料激光辐照老化寿命的加速实验方法 |
| CN110455698A (zh) * | 2019-08-01 | 2019-11-15 | 复旦大学 | 一种定量评价核级电缆老化程度的综合方法 |
| CN112763541A (zh) * | 2020-12-23 | 2021-05-07 | 上海交通大学 | 一种电缆绝缘材料的热寿命评估方法 |
Non-Patent Citations (6)
| Title |
|---|
| "ASTME1877 Standard Practice for Calculating Thermal Endurance of Materials from Thermogravimetric Decomposition Date", 标准ASTME1877, 31 December 2007 (2007-12-31) * |
| 李荣博 等: "新燃料运输容器聚氨酯泡沫填充材料性能研究", 包装工程, vol. 38, no. 21, 30 November 2017 (2017-11-30), pages 10 - 14 * |
| 李荣博;刘晓强;龚嶷;沈勇坚;沈光耀;苏有学;: "新燃料运输容器聚氨酯泡沫填充材料性能研究", 包装工程, no. 21, 10 November 2017 (2017-11-10) * |
| 汤晓英;舒文华;李博;左延田;杨振国;: "模拟受火损伤对高密度聚乙烯管材热性能的影响", 化工设备与管道, no. 03, 15 June 2017 (2017-06-15) * |
| 胡诗萌;杨振国;: "射线辐照对核电用乙丙橡胶绝缘材料的性能影响及损伤机理研究", 复旦学报(自然科学版), no. 04, 15 August 2016 (2016-08-15) * |
| 龚 嶷 ，杨振国: "核级电缆热老化活化能测定方法比较研究", 金属热处理, vol. 44, 30 September 2019 (2019-09-30), pages 409 - 412 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115790897A (zh) * | 2022-11-15 | 2023-03-14 | 中国矿业大学 | 一种气流床气化炉操作温度的预测方法 |
| CN115790897B (zh) * | 2022-11-15 | 2023-08-18 | 中国矿业大学 | 一种气流床气化炉操作温度的预测方法 |
Also Published As
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