[发明专利]一种绝缘材料聚合物活化能的计算方法

说明书

本发明属于绝缘材料领域，涉及一种基于指数式温度积分算法下聚合物活化能的计算方法，包括如下几个步骤：围绕统一的反应机理函数，由传统的积分近似表征形式出发，构造表征改进型指数式积分模型；进一步结合非等温条件下的反应速率方程，引入指数式积分近似表达式，提出适应于聚合物材料的改进活化能计算方法；最后构造指数式积分变化模型误差计算方程，校验方法的有效性。本发明可以较好的实现对现有聚合物活化能的计算，具有良好的适用性和结果准确性，能够通过计算中间变化量活化能参数来表征材料的老化进程，并为聚合物的活化能计算方法以及评估能力提供了基础的研究方法。

技术领域

本发明属于绝缘材料领域，尤其是一种绝缘材料聚合物活化能的计算方法。

背景技术

随着我国电力能源的需求量与日俱增，性能优异的SF6及其混合气体、替代气体成为主要的绝缘和灭弧介质，气体绝缘技术得以迅速发展，而气体封闭式输电线路已广泛应用于电力生产、输送以及工业供电与城市输电系统中。其中在结构绝缘材料方面，高分子绝缘材料由于具有良好的绝缘、耐热、便于加工等优点，在电力设备绝缘中得到了广泛的应用。但由于电、磁、热等多种因素的影响，导致高分子绝缘材料的老化和退化，严重时会发生安全事故。我国很多电力设备投入使用已经超过十年，乃至数十年，迫切需要对其进行科学的维护战略。因此，对高分子绝缘材料的老化机制及寿命的估算方法的研究在工程应用中有很大的意义。

目前在材料的老化、变质过程中，不可避免地会发生化学变化，形成或排出物质，从而引起材料的内部变形和内应力。这一转变主要表现在固相反应时，在反应产物的界面上会出现一个活性的位点，也就是结晶的晶核。晶核在各种作用力下不断生长、发展、扩散，最终对材料的性能产生劣化作用。反应机理函数常作为研究原油高温裂解以及煤的高温裂解、聚合反应、脱水分解等反应过程的手段，易于揭示材料裂化过程的产物生成及分解特性，进而确定其稳定性及使用寿命。近几年，许多学者利用反应机理函数及反应速率等热力学参数对绝缘材料的老化进行了研究，并取得了一定的成果，但是围绕活化能的求解方法与求解精度方面的研究还较为欠缺。

并且传统的聚合物活化能参数求解，建立在反应机理函数的先行解的前提下，尽管已针对复杂反应过程给出了许多固态物质的反应机理，但由于其本身的复杂性，以及实际样品的几何形状和堆栈的不规则性，以及其物理和化学性质的多样性，因此，所得到的反应机理函数往往是不能够对材料的成核等过程进行有效表征。因此亟需对当前活化能参数计算方法进行补充和修订，以建立一种基于指数式温度积分算法下聚合物活化能的计算方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种绝缘材料聚合物活化能的计算方法，具有良好的适用性和结果准确性，能够通过计算中间变化量活化能参数来表征材料的老化进程，并为聚合物的活化能计算方法以及评估能力提供了基础的研究方法。

实现本发明目的的技术方案为：

一种绝缘材料聚合物活化能的计算方法，包括以下步骤：

(1)构造表征改进型指数式积分模型，其具体表达式如下：

式(1-1)中P(u)表示阿伦尼乌斯方程的积分形式，u＝E/RT；E表示当前反应物的活化能；R为气体摩尔常数；T为开尔文温度；

(2)结合非等温条件下的反应速率方程，引入指数式积分近似表达式，提出适应于聚合物材料的改进活化能计算模型，其具体表达式如下：

式(1-2)中A表示频率因子；β表示实验所用的升温速率参数，G(α)为反应机理函数；

针对式(1-2)，在获取升温速率下的聚合物热失重变化曲线图后，以等转化率下的反应机理函数G(α)恒定原则，建立ln(β/T^1.868479)与1/T的线性拟合曲线，依据曲线的斜率求解活化能参量。