机械拉伸对复合材料非线性电导性能影响的判定方法技术

本发明专利技术公开一种机械拉伸对复合材料非线性电导性能影响的判定方法,利用基于三电极法的电导率测量装置，得到不同拉伸应变作用下碳化硅/硅橡胶复合材料的非线性电导特性，进而研究机械拉伸对碳化硅/硅橡胶复合材料非线性电导性能影响。本发明专利技术有效的模拟了高压直流电力电缆的实际运行工况，实验装置内的拉伸应变准确、可控。可以测量直流电缆附件绝缘在机械应力等复杂条件作用下的电导率特性。

【技术实现步骤摘要】
机械拉伸对复合材料非线性电导性能影响的判定方法
本专利技术属于高压设备领域，特别涉及机械拉伸对复合材料非线性电导性能影响的判定方法。
技术介绍
电缆附件是电缆系统中用以连接电缆或其它设备的部件，是电缆系统的重要组成部分。高压直流电缆的附件对高压直流输电系统的可靠运行具有重要意义。与高压直流输电系统的其他部分相比,电缆附件的故障风险更高。在直流电缆附件内部存在着主绝缘和增强绝缘，在直流电场的作用下，电场按照绝缘电导的反比分布，而不同材料的电导率随应力、温度、场强变化的趋势又各不相同，因此直流电缆附件内部电场分布十分复杂。另外，主绝缘和增强绝缘之间存在界面，电缆附件内部的轴向场强可能会导致沿面的破坏。与高压交流电缆附件相比，高压直流电缆附件的研究起步晚，设计、制造和检测等不完善，并且对于在机械应力、温度、电场等复杂条件作用下直流电缆附件绝缘的电导特性和电荷特性研究很少。对于预制式电缆附件，要求在主绝缘和附件绝缘之间设置界面压力，以避免表面闪络引起的绝缘失效。因此，预制电缆接头绝缘在实际应用中处于扩张状态。预制式电缆附件承受的机械应力过大时将致使其环向机械应力增加，极端情况下可能导致电缆附件绝缘介质内部发生结构损伤和破坏，即使在较低电场强度下也可诱发电树枝，最终导致电缆附件绝缘介质本体击穿；而电缆附件预制件承受的机械应力较小时，会导致电缆附件预制件与电缆绝缘表面界面压力过小，进而会在界面处产生微小气隙等缺陷，引发界面放电。因此设计机械拉伸对复合材料非线性电导性能影响的判定方法，展开机械应力场下直流电缆附件绝缘的研究，对于开发新型直流电缆绝缘材料、进一步改善直流电缆附件设计具有非常重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种机械拉伸对复合材料非线性电导性能影响的判定方法，提供机械拉伸变化环境下的复合材料拉伸装置和电导率测量装置，进而通过对不同拉伸应变下碳化硅/硅橡胶复合材料电导率的观测得到其非线性电导特性，研究机械拉伸对碳化硅/硅橡胶复合材料非线性电导性能影响。本专利技术为所要解决的技术问题提供的技术方案是机械拉伸对复合材料非线性电导性能影响的判定方法。利用基于三电极法的电导率测量装置，得到不同拉伸应变作用下碳化硅/硅橡胶复合材料的非线性电导特性，进而研究机械拉伸对碳化硅/硅橡胶复合材料非线性电导性能影响。具体步骤如下：步骤1)将试样用无水酒精轻轻擦拭，自然风干后放入干燥箱内，在60℃的环境下干燥3h，充分去除水分。步骤2)将干燥完成的试样放置在应变可调的拉伸装置中，该装置全部由绝缘材料制成，保证了电导率测量过程不受干扰。样品的两端分别固定在环氧支架和环氧拉杆上，通过改变环氧拉杆的位置可以调节试样的拉伸应变，拉伸应变ζ可以表示为：其中L是拉伸前样品的初始长度；Δl是拉伸前和拉伸后的长度之差。这里采用的拉伸应变为0-60％。步骤3)为保证试样与电极良好接触，试样两侧均经导电银胶涂抹处理。将试样放置于恒温箱中以屏蔽外部信号干扰，温度保持为30℃，待箱内温度稳定后开始测量。步骤4)打开直流电源，从较小的电场测起。调节高压直流电源并将电压稳定在某一数值，启动皮安表开始记录。测量30min后，关闭皮安表。将电源缓慢调至更高的电场，重复上述步骤。步骤5)重复上述步骤测量不同拉伸应变下的电导率。同一组数据重复3次实验以确保数据的准确性。本方法所采用的实验装置主要由两部分组成：电导率测量装置和试样拉伸装置。所述电导率测量装置包括DW-P303-5ACDE负极性直流电源，Keithley6517B型皮安表，恒温箱，双向稳压管，电容C，保护电阻R，测量电极，高压电极和环形保护电极。所述DW-P303-5ACDE负极性直流电源的输出电压范围为0-20kV，额定输出电流为5mA。所述Keithley6517B型皮安表的测量范围为1fA-20mA。所述双向稳压管的额定电压为150V，其作用为避免测量过程中试样和电极边缘随机发生的局部放电产生的高暂态电压对皮安表的影响。所述电容C和所述保护电阻R可以形成低通滤波电路，一方面通过R限制短路电流，另一方面限制高频电流流入皮安表支路。所述测量电极直径为2.5cm，所述测量电极与所述环形保护电极间间隙宽度为2.5mm。所述试样拉伸装置包括环氧支架，环氧拉杆，环氧压杆。所述环氧支架和所述环氧拉杆用于固定试样的两端。通过改变所述环氧拉杆的位置可以调节试样的拉伸应变。拉伸完成后，用尼龙螺母固定所述环氧支架和环氧拉杆。所述环氧压杆通过其水平移动可以将试样压平，使试样在加入电极后受力更加均匀。通过配合使用电导率测量装置和试样拉伸装置，可以获得绝缘材料在不同拉伸应变下的非线性电导特性，进而研究机械拉伸对绝缘材料非线性电导性能的影响。有益效果本专利技术有效的模拟了高压直流电力电缆的实际运行工况，实验装置内的拉伸应变准确、可控。可以测量直流电缆附件绝缘在机械应力等复杂条件作用下的电导率特性。在直流条件下，电缆附件中电场与绝缘材料的电导率成反比分布，且电缆附件内各绝缘材料的电导率差距较大，这也在一定程度上使直流电缆附件绝缘内部的空间电荷和电场分布情况更加复杂。因此本专利技术对研究新型电缆附件绝缘、探索电缆附件绝缘改性方法有重要的工程意义。附图说明图1是本专利技术的试样拉伸装置结构图；图2是本专利技术的电导率测量装置结构图；图3是本专利技术的复合电源装置的结构图；图4是不同温度下直流电压叠加同极脉冲下硅橡胶/SiC复合材料的初始表面电位；图5是不同温度下在前15s内施加直流电压叠加同极脉冲的硅橡胶/SiC复合材料的衰减率。具体实施方式下面给出具体实例，进一步说明本专利技术的机械拉伸对复合材料非线性电导性能影响的判定方法是如何实现的。选取的试样为硅橡胶/SiC复合材料，由高温硫化硅橡胶基体和作为非线性填料的SiC颗粒组成。硅橡胶的分子量为550000，α-SiC颗粒的大小为8μm。硅橡胶由20phr的SiO2增强，以获得更好的机械性能。同时，将旨在修饰SiO2表面的六甲基二硅氮烷与SiO2颗粒掺杂，以确保均匀共混。然后，在室温下，用双辊混合机将用乙醇洗涤并干燥12h的SiC颗粒以0、30、60和90phr的填料含量掺杂在基体中。最后，将复合材料在厚度为0.3mm的不锈钢模具中，在10MPa下，在433K下硫化20min，在相同压力下冷却1h，得到M0、M30、M60和M90四组试样。其中，SiC颗粒的高含量不会导致冷凝，且分布均匀。需要注意的是，皮安表所测得的电流并非完全是电导电流。在测量的初始阶段，试样中存在大量快速衰减的极化电流，这是由于试样中杂质、极性基团在电场作用下发生极化引起的。当这部分电流衰减后，试样才表现出稳定的电导电流。因此，试样电导率的计算当选取电流随时间变化曲线末端的数值。电导率σ可通过下面的公式计算：其中，I为电导电流，U为对应的外施电压；L为试样厚度；d为主电极直径；g为主电极与环形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.机械拉伸对复合材料非线性电导性能影响的判定方法,其特征在于,利用基于三电极法的电导率测量装置，得到不同拉伸应变作用下碳化硅/硅橡胶复合材料的非线性电导特性，进而研究机械拉伸对碳化硅/硅橡胶复合材料非线性电导性能影响；/n具体步骤如下：/n步骤1)将试样用无水酒精轻轻擦拭，自然风干后放入干燥箱内，充分去除水分；/n步骤2)将干燥完成的试样放置在应变可调的拉伸装置中：/n样品的两端分别固定在环氧支架和环氧拉杆上，通过改变环氧拉杆的位置可以调节试样的拉伸应变，拉伸应变ζ可以表示为：/n

【技术特征摘要】
1.机械拉伸对复合材料非线性电导性能影响的判定方法,其特征在于,利用基于三电极法的电导率测量装置，得到不同拉伸应变作用下碳化硅/硅橡胶复合材料的非线性电导特性，进而研究机械拉伸对碳化硅/硅橡胶复合材料非线性电导性能影响；
具体步骤如下：
步骤1)将试样用无水酒精轻轻擦拭，自然风干后放入干燥箱内，充分去除水分；
步骤2)将干燥完成的试样放置在应变可调的拉伸装置中：
样品的两端分别固定在环氧支架和环氧拉杆上，通过改变环氧拉杆的位置可以调节试样的拉伸应变，拉伸应变ζ可以表示为：



其中,L是拉伸前样品的初始长度；Δl是拉伸前和拉伸后的长度之差,这里采用的拉伸应变为0-60％；
步骤3)试样两侧均经导电银胶涂抹处理,将试样放置于恒温箱中以屏蔽外部信号干扰，待箱内温度稳定后开始测量；
步骤4)打开直流电源，从较小的电场测起，调节高压直流电源并将电压稳定在某一数值，启动皮安表开始记录；
测量后，关闭皮安表；
将电源缓慢调至更高的电场，重复上述步骤。


2.根据权利要求1所述的机械拉伸对复合材料非线性电导性能影响的判定方法,其特征在于,测量不同拉伸应变下的电导率,同一组数据重复3次实验以确保数据的准确性。


3.根据权利要求1所述的机械拉伸对复合材料非线性电导性能影响的判定方法,其特征在于,采用的实验装置主要由两部分组成：电导率测量装置和...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜伯学，韩冲，李忠磊，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12