一种基于导电复合材料的老化传感器及其制作方法技术

技术编号:24754040 阅读:57 留言:0更新日期:2020-07-04 08:43
本发明专利技术涉及一种基于导电复合材料的老化传感器的制作方法。本发明专利技术制作方法采用的步骤如下:1)将与被监测的电缆绝缘材料相同种类的绝缘树脂、导电填料和助剂在加热条件下机械搅拌混合,得到均匀的固态混合物,所述加热条件采用的温度低于绝缘树脂的交联温度;2)将均匀的固态混合物热压成型,得到基于导电复合材料的老化传感器。本发明专利技术制得的老化传感器可通过传感器电阻率的变化实时监测老化的状况,无需破坏样品取样,无需断电测试,可实现无损、实时监测电缆绝缘层的老化程度;无需复杂的仪器和专门训练的人员,省时省力,减少监测投入。

An aging sensor based on conductive composite material and its fabrication method

【技术实现步骤摘要】
一种基于导电复合材料的老化传感器及其制作方法
本专利技术涉及传感器领域,具体地说是一种基于导电复合材料的老化传感器及其制作方法。
技术介绍
正常的负载电流在电缆中会引起电阻损耗,产生热量,由于周围绝缘层导热性较差,热量不能及时消散;覆土电缆由于周围的土壤环境,其导热性能会更差。同时介电损失也会带来热损耗,严重导致电缆绝缘层热氧化老化。电缆老化失效前的有效监测是电力系统面对的一个重要问题。老化的监测和剩余寿命的预测一般通过监测电缆某个特征量的变化趋势,通常监测的特征包括电学性能(绝缘电阻、泄露电流、介质损耗角正切值)、机械性能(拉伸破坏时的伸长率)、聚合物的交联密度、密度测试、氧化诱导时间(OIT)、氧诱导温度(OITP)和化学结构变化等。然而现有的一些方法一般采用的是定期停电,然后对待测电缆进行监测,不能实现实时原位监测,并且大多数方法都需要破坏电缆,取样带回实验室监测,或者需要复杂的电学仪器和专门训练的人员进行测量,费时费力,监测费用高。因此,研制一种能够实现无损、实时监测电缆老化程度的传感器具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷,提供一种基于导电复合材料的老化传感器的制作方法,通过制作方法得到的传感器电阻率的实时变化来量化电缆老化程度,从而可实现无损、实时监测电缆的老化情况。为此,本专利技术采用如下的技术方案:一种基于导电复合材料的老化传感器的制作方法,其包括步骤:1)将与被监测的电缆绝缘材料相同种类的绝缘树脂、导电填料和助剂在加热条件下机械搅拌混合,得到均匀的固态混合物,所述加热条件采用的温度低于绝缘树脂的交联温度;2)将均匀的固态混合物热压成型,得到基于导电复合材料的老化传感器。本专利技术制得的老化传感器基于一种导电复合材料,其基体与被监测的电缆绝缘的材料种类相同,以保证与所监测的材料具有同样的老化机理和老化速度。该传感器需与所监测的材料处于同一老化环境中,可以嵌入、黏贴、悬挂等多种方式放在所监测电缆周边,以保证传感器和所监测电缆经受同样的老化环境。由于传感器和所监测电缆的基体相同,环境相同,可近似认为传感器自身的老化情况可以代表所监测电缆的老化情况。聚合物材料在老化过程中由于链段的降解和交联,会出现微小的体积收缩,通过加入导电填料形成导电复合材料,尤其是具有电子隧穿效应的导电填料,这一微小的体积收缩会带来电阻率呈现数量级下降,从而通过电阻率的变化,可以推导所监测电缆材料的老化状况。为了使老化传感器具有一定的电阻信号,在基体中加入导电填料。在老化的过程中传感器的基体材料不断收缩,使得填料的质量分数上升,电阻率下降。通过选择合适的导电填料浓度(该浓度与基体材料的种类、形状、大小有关)即使老化造成收缩很小,电阻率的变化依然可以达到几个数量级。进一步地,步骤1)中,所述的绝缘树脂为热固性树脂、热塑性树脂、橡胶中的一种。更进一步地,步骤1)中,所述的绝缘树脂为聚乙烯、聚氯乙烯、EPR橡胶、氯丁橡胶、硅橡胶、氟橡胶、环氧树脂、酚醛树脂、PET树脂中的一种。进一步地,步骤1)中,所述的导电填料为金属颗粒、金属纳米线、金属纳米片、金属纳米颗粒、碳纳米管、炭黑、石墨烯、Mxene材料、导电高分子中的一种或多种的混合物。更进一步地,步骤1)中,所述的导电填料选用带刺状结构的填料。由于带刺小球在同样的状况下电阻变化更大,可以增加老化传感器的灵敏度。刺状结构的电子隧穿效应可大大加强在同样体积收缩情况下电阻率的变化,减小达到同样电导率时所需的填料含量。再进一步地,步骤1)中,所述的导电填料为带刺的金属球或带刺的碳球。进一步地,步骤1)中,所述导电填料的质量分数为0.1~40%;根据导电填料的不同,质量分数的含量有所不同,如果是金属颗粒、炭黑颗粒等颗粒状填料,则质量分数为25~40%;如果是碳纳米管、金属纳米线等一维填料,则质量分数为0.1~10%;如果是金属纳米片、石墨烯、Mxene等片状二维材料,则质量分数为0.1~15%。进一步地,步骤1)中,所述的助剂为交联剂、抗氧化剂、稳定剂中的一种或多种的混合物,助剂的质量分数为0.1~5%。所述的交联剂选用过氧化物,例如过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、过氧苯甲酸叔丁脂等,抗氧化剂选用受阻酚类、受阻胺类、硫酯类、亚磷酸盐类、金属钝化剂类等(如4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、硫代二丙酸二月桂酯、亚磷酸三(2,4-二特丁基苯基)酯等),稳定剂选用芳香酮电压稳定剂、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮光稳定剂等。进一步地,步骤1)中,所述加热条件采用的温度为100~250℃,具体的温度取决于所采用的绝缘树脂,但仍要低于相应绝缘树脂的交联温度。本专利技术还提供一种上述制作方法得到的老化传感器。为了不影响电缆的运行,老化传感器的直径或边长最好不要超过5mm。在本专利技术老化传感器的基础上,再配备一些远程监测的辅助设备,就可以实现远程监测。本专利技术具有的有益效果是:本专利技术制备了一种基于导电复合材料的老化传感器,可通过传感器电阻率的变化实时监测电缆老化的状况,无需破坏电缆取样,无需断电测试,可以实现无损、实时监测电缆绝缘层的老化程度;无需复杂的仪器和专门训练的人员,省时省力,减少监测投入。附图说明图1为本专利技术实施例1中CB/EPDM老化传感器在不同老化温度下随老化时间产生的电阻变化图;图2是对图1中的曲线做水平移动后获得三条曲线重合图;图3是利用图2中移动常数的线性拟合求得老化过程的活化能示意图;图4是本专利技术实施例1中CB/EPDM复合材料在不同老化温度下随老化时间拉伸伸长率的变化图;图5是对图4中的曲线作水平移动后获得的三条曲线重合图;图6是利用图5中移动常数的线性拟合求得老化过程的活化能示意图;图7是本专利技术基于带刺导电小球和不带刺导电小球在受压过程中电阻的变化图。具体实施方式下面结合实施例详细说明本专利技术,应当理解,此处所描述的举例仅仅用以解释本专利技术,并不用于限定本专利技术。本专利技术提供一种基于导电复合材料的老化传感器的制作方法,其包括步骤:1)将与被监测的电缆绝缘材料相同种类的绝缘树脂、导电填料和助剂在加热条件下机械搅拌混合,得到均匀的固态混合物,所述加热条件采用的温度低于绝缘树脂的交联温度;2)将均匀的固态混合物热压成型,得到基于导电复合材料的老化传感器。步骤1)中,所述的绝缘树脂为热固性树脂、热塑性树脂、橡胶中的一种,优选为聚乙烯、聚氯乙烯、EPR橡胶、氯丁橡胶、硅橡胶、氟橡胶、环氧树脂、酚醛树脂、PET树脂中的一种。步骤1)中,所述的导电填料为金属颗粒、金属纳米线、金属纳米片、金属纳米颗粒、碳纳米管、炭黑、石墨烯、Mxene材料、导电高分子中的一种或多种的混合物。步骤1)中,所述的导电填料优选为带刺状结构的填料,更优选为带刺的金属球或带刺的碳球。由于带刺小球在同样的状况下电阻变化更大,可见带刺小球可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于导电复合材料的老化传感器的制作方法,其特征在于,包括步骤:/n1)将与被监测的电缆绝缘材料相同种类的绝缘树脂、导电填料和助剂在加热条件下机械搅拌混合,得到均匀的固态混合物,所述加热条件采用的温度低于绝缘树脂的交联温度;/n2)将均匀的固态混合物热压成型,得到基于导电复合材料的老化传感器。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于导电复合材料的老化传感器的制作方法,其特征在于,包括步骤:
1)将与被监测的电缆绝缘材料相同种类的绝缘树脂、导电填料和助剂在加热条件下机械搅拌混合,得到均匀的固态混合物,所述加热条件采用的温度低于绝缘树脂的交联温度;
2)将均匀的固态混合物热压成型,得到基于导电复合材料的老化传感器。


2.根据权利要求1所述的一种基于导电复合材料的老化传感器的制作方法,其特征在于,步骤1)中,所述的绝缘树脂为热固性树脂、热塑性树脂、橡胶中的一种。


3.根据权利要求2所述的一种基于导电复合材料的老化传感器的制作方法,其特征在于,步骤1)中,所述的绝缘树脂为聚乙烯、聚氯乙烯、EPR橡胶、氯丁橡胶、硅橡胶、氟橡胶、环氧树脂、酚醛树脂、PET树脂中的一种。


4.根据权利要求1所述的一种基于导电复合材料的老化传感器的制作方法,其特征在于,步骤1)中,所述的导电填料为金属颗粒、金属纳米线、金属纳米片、金属纳米颗粒、碳纳米管、炭黑、石墨烯、Mxene材料、导电高分子中的一种或多种的混合物。


5.根据权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员:吕洪坤李卓汪明军郑翔高应明良熊灵奇
申请(专利权)人:国网浙江省电力有限公司电力科学研究院复旦大学杭州意能电力技术有限公司
类型:发明
国别省市:浙江;33

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