一种XLPE材料热老化动态过程多相联合检测方法技术

本发明专利技术公开了一种XLPE材料热老化动态过程多相联合检测方法，包括步骤：S1、制取老化的XLPE试片及气体；S2、冷却至室温后对XLPE试样进行傅里叶红外光谱分析得到傅里叶红外光谱曲线；S3、绘制C、O以及H元素元素强度随老化时间的变化曲线；S4、通过气相色谱分析确定其老化过程释放的气体种类，得到气体含量随老化时间的变化曲线；S5、确定各老化阶段材料中结晶区含量的变化曲线；S6、确定材料结晶熔融焓以及熔融起始温度随老化时间的变化曲线；S7、根据所得变化曲线推测XLPE材料的老化机理。本发明专利技术包括老化过程的气相分析、固相分析以及晶相分析，能够全面的反映XLPE老化过程的材料分解机理。

【技术实现步骤摘要】
一种XLPE材料热老化动态过程多相联合检测方法
本专利技术涉及XLPE老化状态监测以及老化发展动态过程，具体为一种XLPE材料热老化动态过程多相联合检测方法。
技术介绍
交联聚乙烯（XLPE）材料由于具有良好的耐热性能、电气性能、机械强度，被广泛应用在超高压电力电缆绝缘部分。随着我国电缆敷设环境复杂程度的增加，复杂条件下XLPE绝缘材料老化过程的动态监测变得尤为重要。长期运行后电缆绝缘材料的老化是造成XLPE电缆损坏的主要原因之一。XLPE电缆绝缘材料的热老化过程，是热对材料分子的作用导致化学键的断裂，导致XLPE材料的分子量以及交联度降低，从而造成XLPE的老化乃至绝缘失效。目前对XLPE老化动态过程的描述都是XLPE材料性能随着老化时间的变化规律，鲜有从材料的元素变化以及分解物质方面入手分析老化过程。因此，XLPE材料热老化动态过程多相联合检测方法可以为XLPE的老化机理分析提供新思路。
技术实现思路
本专利技术为了克服现有技术存在的缺点与不足，提出一种XLPE材料热老化动态过程多相联合检测方法。该方法包括老化过程的气相分析、固相分析以及晶相分析，能够全面的反映XLPE老化过程的材料分解机理。本专利技术通过下述技术方案实现：一种XLPE材料热老化动态过程多相联合检测方法，包括如下步骤：S1、按照电缆常用配方制取XLPE试片，在温度范围160～200℃的封闭小型老化箱内按设定时间进行老化，每隔一定时间取出一组XLPE试样以及一包气体，每组XLPE试样包含若干片XLPE试片；S2、冷却至室温，24h后对XLPE试样进行傅里叶红外光谱分析，得到反映材料中有机官能团的变化以及氧化程度的傅里叶红外光谱曲线；S3、通过对XLPE试样进行LIBS分析，提取C元素、O元素以及H元素的特征频谱峰强度，绘制不同元素强度随老化时间的变化曲线；S4、通过对每隔一定时间收集的气体进行气相色谱分析，确定其老化过程释放的气体种类，得到气体含量随老化时间的变化曲线；S5、对XLPE老化样品进行XRD分析，确定各老化阶段材料中结晶区含量的变化曲线；S6、对XLPE老化样品进行DSC分析，确定材料结晶熔融焓以及熔融起始温度随老化时间的变化曲线；S7、对所述步骤S2、S3、S4、S5、S6中得到曲线进行归一化处理，得到各参数随老化时间的变化规律，从而推测XLPE材料的老化机理。进一步地，步骤S1中，老化时间分别为0h、6h、12h、18h、24h以及30h，每隔6h取出一组XLPE试样以及一包气体，每组XLPE试样包含3片XLPE试片。进一步地，所述的XLPE试片的长宽厚分别为30mm*10mm*1mm。进一步地，步骤S2中，获得材料中有机官能团的变化时具体是计算与氧化老化特征有关的羰基谱带1720cm-1与不会因为热养老化而改变的谱带2010cm-1的吸光度的比值。进一步地，步骤S2中对XLPE样品进行红外光谱分析采用日本岛津公司的IRAffinity-1S型傅里叶变换红外光谱仪对试样进行理化分析，按衰减全反射模式测量，扫描次数为20次，分辨率为2cm-1，扫描范围为500～4000cm-1。进一步地，步骤S3中，所示绘制不同元素强度随老化时间的变化曲线图时包括排除明显误差点再对剩余点的光谱强度求平均的步骤。进一步地，步骤S4中，对气体含量随老化时间的变化作图前，先计算不同气体占总气体含量的比值，再绘制比值随老化时间的变化曲线。进一步地，步骤S5中，确定各老化阶段材料中结晶区含量的变化时，先对XRD曲线进行Guass分峰拟合，计算两个尖锐峰面积占谱线总面积的比值得到结晶度，最后绘制结晶度随老化时间的变化曲线。进一步地，所述步骤S6中确定材料结晶熔融焓以及熔融起始温度随老化时间的变化规律时先对材料进行消除热历史操作，具体包括：先升温至测定最高温保持一定时间后以相同速度降温至室温在保持一定时间，接着以之前的升温速度再次得到熔融曲线、熔融焓以及熔融温度，最后分别绘制熔融焓以及熔融温度随老化时间的变化曲线。进一步地，所述步骤S6中，需先加热材料至150℃，并保持恒温5min后再以10℃/min降温至室温，最后以10℃/min的速度升温得到熔融曲线。相比现有技术，本专利技术提供的XLPE材料热老化动态过程多相联合检测方法包括了老化过程的气相分析、固相分析以及晶相分析，能够全面的反映XLPE老化过程的材料分解机理，为XLPE的老化机理分析提供新思路。附图说明图1是本专利技术的动态过程多相联合检测方法流程图。图2是本次专利技术的XLPE试样随老化时间变化的傅里叶红外光谱曲线。图3是本次专利技术的试样C元素含量随老化时间的变化曲线。图4是本次专利技术的试样O元素含量随老化时间的变化曲线。图5是本次专利技术的试样H元素含量随老化时间的变化曲线。图6是本次专利技术的试样不同热老化时间下产生异丁烯含量的变化曲线。图7是本次专利技术的试样结晶区含量的变化曲线。图8分别是本次专利技术的试样结晶熔融焓和熔融起始温度随老化时间的变化曲线。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。如图1所示，一种XLPE材料的热老化动态过程多相联合检测方法，包括以下步骤：S1、按照电缆常用配方制取XLPE试片，为加速热老化进程，在温度160℃-200℃内进行老化，老化时间分别为0h、6h、12h、18h、24h以及30h，每隔6h取出一组XLPE试样以及一包气体，每组XLPE试样包含3片XLPE试片；保持试样大小相同，所述XLPE试样的长宽厚分别为30mm×30mm×1mm；S2、冷却至室温24h后，对各热老化时间下XLPE试样进行傅里叶红外光谱分析，检测得到XLPE材料表面1-10μm处化学基团的变化曲线；为了描述其老化程度的动态变化过程，主要对各个不同热老化时间下的羰基峰的出现与增强作为老化程度的衡量指标之一，如图2所示；S3、对XLPE试样进行LIBS分析，通过多次脉冲激光轰击XLPE试样表面同一位置，得到了前30次轰击后的不同热老化时间下的XLPE试样元素谱图，采用熵权法对30个元素谱图进行均值分析，提取不同热老化时间下C元素、O元素以及H元素的特征频谱峰强度，绘制出不同元素特征峰强度随热老化时间的变化曲线，如图3所示，绘制不同元素强度随老化时间的变化曲线图时包括排除明显误差点再对剩余点的光谱强度求平均；S4、通过对XLPE试样在不同热老化阶段下产生的气体进行气相色谱分析，为了确定各个峰可能代表的有机气体，需分析并比较色谱图中各个特征峰，最终联合交联聚乙烯本身的交联结构，提取气相色谱图的最高峰-异丁烯进行分析，绘制不同热老化时间下的异丁烯含量变化曲线，如图6所示，对气体含量随老化时间的变化作图前，先计算不同气体占总气体含量的比值，再绘制比值随老化时间的变化曲线；S5、通过对不同热老化时间下的XLPE试样进行XRD分析，为了定量分析XLPE材料结晶度的变化，通过Gauss分峰拟合，计算出XLPE材料中晶体不同晶面衍射峰面积占比，得到随老化时间XLPE材料晶体的变化规律，具体变化曲线如图7所示；S6、通过对不同热老化时间下的XLPE做DSC分析，先加热材料至150℃并保持恒温5min消除热历史，再以10℃/min的速度降温结晶至室温再次升温至150℃，得到XLPE材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种XLPE材料热老化动态过程多相联合检测方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、按照电缆常用配方制取XLPE试片，在温度范围160～200℃的封闭小型老化箱内按设定时间进行老化，每隔一定时间取出一组XLPE试样以及一包气体，每组XLPE试样包含若干片XLPE试片；S2、冷却至室温，24h后对XLPE试样进行傅里叶红外光谱分析，得到反映材料中有机官能团的变化以及氧化程度的傅里叶红外光谱曲线；S3、通过对XLPE试样进行LIBS分析，提取C元素、O元素以及H元素的特征频谱峰强度，绘制不同元素强度随老化时间的变化曲线；S4、通过对每隔一定时间收集的气体进行气相色谱分析，确定其老化过程释放的气体种类，得到气体含量随老化时间的变化曲线；S5、对XLPE老化样品进行XRD分析，确定各老化阶段材料中结晶区含量的变化曲线；S6、对XLPE老化样品进行DSC分析，确定材料结晶熔融焓以及熔融起始温度随老化时间的变化曲线；S7、对所述步骤S2、S3、S4、S5、S6中得到曲线进行归一化处理，得到各参数随老化时间的变化规律，从而推测XLPE材料的老化机理。

【技术特征摘要】
1.一种XLPE材料热老化动态过程多相联合检测方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、按照电缆常用配方制取XLPE试片，在温度范围160～200℃的封闭小型老化箱内按设定时间进行老化，每隔一定时间取出一组XLPE试样以及一包气体，每组XLPE试样包含若干片XLPE试片；S2、冷却至室温，24h后对XLPE试样进行傅里叶红外光谱分析，得到反映材料中有机官能团的变化以及氧化程度的傅里叶红外光谱曲线；S3、通过对XLPE试样进行LIBS分析，提取C元素、O元素以及H元素的特征频谱峰强度，绘制不同元素强度随老化时间的变化曲线；S4、通过对每隔一定时间收集的气体进行气相色谱分析，确定其老化过程释放的气体种类，得到气体含量随老化时间的变化曲线；S5、对XLPE老化样品进行XRD分析，确定各老化阶段材料中结晶区含量的变化曲线；S6、对XLPE老化样品进行DSC分析，确定材料结晶熔融焓以及熔融起始温度随老化时间的变化曲线；S7、对所述步骤S2、S3、S4、S5、S6中得到曲线进行归一化处理，得到各参数随老化时间的变化规律，从而推测XLPE材料的老化机理。2.根据权利要求1所述的XLPE材料热老化动态过程多相联合检测方法，其特征在于，步骤S1中，老化时间分别为0h、6h、12h、18h、24h以及30h，每隔6h取出一组XLPE试样以及一包气体，每组XLPE试样包含3片XLPE试片。3.根据权利要求1所述的XLPE材料热老化动态过程多相联合检测方法，其特征在于，所述的XLPE试片的长宽厚分别为30mm*10mm*1mm。4.根据权利要求1所述的XLPE材料热老化动态过程多相联合检测方法，其特征在于，步骤S2中，获得材料中有机官能团的变化时具体是计算与氧化老化特征有关的羰基谱带1720cm-1与不会因为热养老化而改变的谱带2010cm...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢从珍，王瑞，张福增，徐华松，王婷婷，苟彬，骆守康，
申请(专利权)人：华南理工大学，南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：广东,44