、ath含量的热分析法
【专利摘要】一种测定硅橡胶复合绝缘子中PDMS、SiO2、ATH含量的热分析法：S1用热失重-差热分析联用的综合热分析仪分别测量三次PDMS、ATH、SiO2的热失重(TG)曲线，取平均；S2对硅橡胶绝缘子随机切取三个部位，大小为1cm×1cm，质量在5～50mg内，经预处理后，测得三次硅橡胶绝缘子热失重(TG)曲线，取平均；S3根据热失重曲线计算出20～360℃和360～700℃范围内PDMS、ATH、SiO2、硅橡胶绝缘子的热失重率；S4根据所得数值代入公式△M＝(mATH×△mATH+mPDMS×△mPDMS+mSiO2×△mSiO2)/(mATH+mPDMS+mSiO2)；S5求解步骤S4的方程式，算出ATH、SiO2相对于PDMS的相对含量。本发明利用三种组分在各自特定热分解温度区间内的热失重率，算出硅橡胶复合绝缘子三种组分的含量，并给出了具体的计算方法。
【专利说明】测定硅橡胶复合绝缘子中PDMS、Si02、ATH含量的热分析法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种测定硅橡胶复合绝缘子中聚二甲基硅氧烷、白炭黑粉末、氢氧化 铝粉末（PDMS、Si02、ATH)含量的热分析方法。
【背景技术】
[0002] 在高压输电线路中，复合绝缘子串的使用寿命决定着整条输电线路的运行寿命， 因此，如何筛选出质量优异、性能良好的复合绝缘子并投入应用显得至关重要。
[0003] 然而，对于电力行业相关部门来说，目前在对复合绝缘子中各组分含量的检测，特 别是对白炭黑、铝粉含量的检测上存在着一定的技术难题。对于白炭黑、铝粉含量稍有偏多 的复合绝缘子，其价格相对于其他种类的绝缘子占有很大的优势，并且在各方面的性能检 测中都能达标通过，这样的复合绝缘子短期来看没有任何问题，但在长期的挂网运行中，就 有可能出现使用寿命提前终结的情况，若发现不及时，那么将会给国家造成不可挽回的经 济损失。因此，在众多的竞标公司中选出价格低廉、质量又能达标的复合绝缘子生产厂商， 无疑需要设立一套行业检测标准来评判各厂商产品质量的好坏。
[0004] 目前，电力行业对硅橡胶绝缘子组分含量的检测还缺乏系统有效的表征手段。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题，就是提供一种测定硅橡胶复合绝缘子中PDMS、Si02、 ATH含量的热分析法，
[0006] 解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
[0007] -种测定硅橡胶复合绝缘子中PDMS、Si02、ATH含量的热分析法，其特征是包括以 下步骤：
[0008] Sl用热失重-差热分析联用的综合热分析仪分别测量三次PDMS、ATH、SiO2的热 失重（TG)曲线，对三次测量的数据取平均值；
[0009] S2对硅橡胶绝缘子随机切取三个部位，每个部位大小为IcmX Icm，质量在5? 50mg内，经预处理后，测得三次硅橡胶绝缘子热失重（TG)曲线，对三次测量的数据取平均 值；
[0010] S3根据热失重（TG)曲线用分析软件计算出20?360°C和360?700°C范围内 PDMS、ATH、SiO2、硅橡胶绝缘子的热失重率；
[0011] S4根据步骤S3所得数值代入硅橡胶绝缘子的热失重率Λ M公式（1):
[0012] Δ M - (mATHX AmATH+mPDMSX Δ mPDMS+mSi02 X Δ mSi02) / (mATH+mPDMS+mSi02) ---(I)；
[0013] 其中：Λ M为硅橡胶绝缘子的热失重率，为已知值；
[0014] Λ mATH，Λ mPDMS，Λ mSiQ2分别为ATH、PDMS和SiO2在相应温度范围的热失重率，也为 已知值；
[0015] mATH，mPDMS，mSiQ2分别为硅橡胶绝缘子内ATH、PDMS和SiO 2的质量，为未知数；
[0016] S5求解步骤S4的方程式，算出ATH、SiO2相对于PDMS的相对含量。
[0017] 所述的步骤Sl的综合热分析仪的升温速率为10k/min，工作气氛为空气，工作温 度在20?700°C。
[0018] 所述的步骤S2中的预处理指：取样3份清洗干净后，置于电热干燥箱中，50? KKTC下烘干10?14小时，取出后转移到干燥柜中放置；试验时将样品取出，将其剪切至粒 度小于2mm
[0019] 有益效果：本发明根据物质在加热或冷却时会发生物理变化和化学变化的原理， 采用热重法与差热分析法联用技术，测定了各种已知组分硅橡胶绝缘子的组分含量，并给 出了具体的操作过程与计算方法。
[0020] 热重法（TG)是在程序控制温度下，测量物质的质量与温度关系的一种技术；差热 分析法（DTA)是在程序控制温度下，测量物质和参比物的温度差随时间或温度变化的一种 技术。热重法与差热分析法联用可以准确的测定硅橡胶绝缘子内各组分的热失重率随温度 的变化关系，根据不同物质热失重行为不同，推导出硅橡胶绝缘子内PDMS、Si0 2、ATH的含 量。
[0021] 实验数据表明，同一样品，三次测量TG曲线，同一温度下的热失重率误差不超过 2 %，可重现性好，计算结果准确可靠。
[0022] 对比实施例的ATH、Si02、PDMS的TG曲线，其中，SiO2在测试温度范围内没有热分 解，无明显质量损失，ATH和PDMS发生热分解失重的温度区间互不重叠，因此，三种组分的 含量在求解过程中相互干扰性少，计算出的结果误差小。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1为氢氧化铝粉末（ATH)的三次测量重现性TG曲线；
[0024] 图2为白炭黑粉末（Si02)的三次测量重现性TG曲线；
[0025] 图3为聚二甲基硅氧烷（PDMS)的三次测量重现性TG曲线；
[0026] 图4为SiO2含量为20份的硅橡胶绝缘子三次测量重现性TG曲线；
[0027] 图5为ATH含量为160份的硅橡胶绝缘子三次测量重现性TG曲线；
[0028] 图6为不同ATH含量的硅橡胶绝缘子的TG曲线；
[0029] 图7为不同SiO2含量的硅橡胶绝缘子的TG曲线；
[0030] 图8为合在一起的ATH、Si02、PDMS的TG曲线图。
【具体实施方式】
[0031] 以下结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步的阐述。
[0032] 本发明的测定硅橡胶复合绝缘子中TOMS、Si02、ATH含量的热分析法，包括以下步 骤：
[0033] Sl用热失重-差热分析联用的德国耐驰STA449综合热分析仪分别测量三次 PDMS、ATH、SiO2的热失重（TG)曲线，对三次测量的数据取平均值；测量时综合热分析仪的 升温速率为l〇k/min，工作气氛为空气，工作温度在20?700°C。
[0034] S2具体包括以下子步骤
[0035] S2-1从绝缘子的伞裙或护套部位任取样3份（切取中间干净的部分），规格为 IcmX lcm，质量在5?50mg内，清洗干净后，置于电热干燥箱中，50?100°C下烘干10?14 小时，取出后转移到干燥柜中放置。试验时将样品取出，将其剪切成至粒度小于2_ ;
[0036] S2-2打开电脑，打开综合热分析仪，依次打开各个测试部分的开关；
[0037] 打开德国耐驰STA449测量软件，置炉体上的出气口为Open ;
[0038] 打开氮气钢瓶，调压强为5?50kpa，观察流量计，是Protective为5?30mL/ min ；
[0039] 将 Purge2 (炉体左侧）调至 5 ?30mT,/mi η ；
[0040] 在"文件"栏点击"打开"，选中一个相应的升温速率下的基线，点击"继续"，在"测 量模式"中选择"样品+修正"，填写样品编号、材料种类及名称；
[0041] 在接受栏，选择"温度校正"、"灵敏度校正"，保持界面；
[0042] S2-3升起右边高温炉体，放入空坩埚，降下高温炉体，使盖子复原，稳定后，置零；
[0043] 升起高温炉体，取出坩埚，放样品，将坩埚放在支架上，降炉体，显示样品质量，待 显示数字小数点后第三位稳定后，记下样品质量，在上面打开的界面中输入该数据；
[0044] S2-4点"继续"，填入吹扫气、保护气信息，在"继续"，点击"温度程序"，确认或修改 需要测量的终止温度，选择吹扫气2、保护气，点"继续"，填入文件，保存；
[0045] 依次点击确定、初始化工作条件、清零、开始，测量运行；
[0046] S3根据热失重（TG)曲线用综合热分析仪自带的分析软件，测出20?360°C和 360?700°C范围内PDMS、ATH、Si0 2、硅橡胶绝缘子的热失重率；
[0047] S4根据步骤S3所得数值代入硅橡胶绝缘子的热失重率Λ M公式（1)中进行计算；
[0048] Δ M - (mATHX AmATH+mPDMSX Δ mPDMS+mSi02 X Δ mSi02) / (mATH+mPDMS+mSi02) -(I)；
[0049] 式中，Λ M为硅橡胶绝缘子的失重率，
[0050] Λ mATH，Λ mPDMS，Λ mSiQ2分别为ATH、PDMS和SiO2在相应温度范围的热失重率，
[0051] mATH, mPDMS，mSiQ2分别为娃橡胶绝缘子内ATH、PDMS和SiO2的质量；
[0052] S5选取两组不同的Λ Μ、Λ ι?ατη、Λ mPDMS、A mSiQ2，即可算出ATH、Si02相对于PDMS的 质量。
[0053] 以下的实施例参见图1至图7.
[0054] 实施例1某种组分（PDMS为120份，ATH为80份，白炭黑为25份）的硅橡胶绝缘 子，其组分含量的计算方法，包括以下步骤：
[0055] (1)、用分析软件测出在20?360°C内硅橡胶热失重率为12. 63%，在360?700°C 内硅橡胶热失重率为43. 65%。
[0056] (2)、用分析软件测出在20?360°C PDMS、ATH、SiO2的热失重率分别为 2.85 %、30.49 %、1.81 %，可以得到方程①：12.63 % = (mATHX30.49 % +100X2.85 % +msi〇2 X 1· 81 % ) / (mATH+100+mSiO2) 〇
[0057] (3)、用分析软件测出在360?700°C PDMS、ATH、SiO2的热失重率分别为 77. 22 %、5· 17 %、0· 67 %，可以得到方程②：43· 65 % = (mATHX5. 17 % +100X77. 22 % +mSiO2X0. 67% )/(mATH+100+mSiO2)。
[0058] (4)、求解方程组①②得：mATH = 66. 18, mSi02 = 18. 87。
[0059] (5)、计算得各组分质量分数：
[0060] mATH( % ) = 66.18^-(66.18 + 100 + 18.87) = 35.8 %, mSi02 ( % )= 18. 87^- (66. 18+100+18. 87) = 10. 2%, mPDMS = 100^- (66. 18+100+18. 87) = 54. 0% ；
[0061] (6)、各组分理论质量分数：mATH(% ) = 80+ (80+120+25) = 35. 6%，mSiQ2(% )= 25+(80+120+25) = 11.1%，mPDMS(%) = 120+(80+120+25) = 53.3%。
[0062] 实施例2某种组分（PDMS为120份，ATH为110份，白炭黑为25份）的硅橡胶绝 缘子，其组分含量的计算方法，包括以下步骤：
[0063] (1)、用分析软件测出在20?360°C内硅橡胶热失重率为15%，在360?700°C内 硅橡胶热失重率为38.68%。
[0064] (2)、用分析软件测出在20?360°C PDMS、ATH、SiO2的热失重率分别为 2.85 %、30.49 %、1.81 %，可以得到方程①：12.63 % = (mATHX30.49 % +100X2.85 % +msi〇2 X 1· 81 % ) / (mATH+100+mSiO2) 〇
[0065] (3)、用分析软件测出在360?700 °C PDMS、ATH、SiO2的热失重率分别为 77. 22 %、5· 17 %、0· 67 %，可以得到方程②：43· 65 % = (mATHX5. 17 % +100X77. 22 % +mSiO2X0. 67% )/(mATH+100+mSiO2)。
[0066] (4)、求解方程组①②得：mATH = 94. 11，mSi02 = 18. 43。
[0067] (5)、计算得各组分质量分数：mATH(% ) = 94. 11+ (94. 11+100+18. 43) = 44. 3%， mSi02( % ) = 18. 43+ (94. 11+100+18. 43) = 8. 7 %，mPDMS = 100+ (94. 11+100+18. 43)= 47. 0%。
[0068] (6)、各组分理论质量分数：mATH(% ) = 110+(110+120+25) = 43. 2%，mSi02(% ) = 25+(110+120+25) = 9.7%，mPDMS(%) = 120+(110+120+25) = 47.1%。
[0069] 实施例3某种组分（PDMS为120份，ATH为160份，白炭黑为25份）的硅橡胶绝 缘子，其组分的计算方法，包括以下步骤：
[0070] (1)、用分析软件测出在20?360°C内硅橡胶热失重率为17. 35%，在360?700°C 内硅橡胶热失重率为32. 81%。
[0071] (2)、用分析软件测出在20?360°C PDMS、ATH、SiO2的热失重率分别为 2. 85 %、30· 49 %、1· 81 %，可以得到方程①：17· 35 % = (mATHX30. 49 % +100X2. 85 % +msi〇2 X 1· 81 % ) / (mATH+100+mSiO2) 〇
[0072] (3)、用分析软件测出在360?700°C PDMS、ATH、SiO2的热失重率分别为 77. 22 %、5· 17 %、0· 67 %，可以得到方程②：32· 81 % = (mATHX5. 17 % +100X77. 22 % +mSiO2X0. 67% )/(mATH+100+mSiO2)。
[0073] (4)、求解方程组①②得：mATH = 135. 71，mSi02 = 21. 47。
[0074] (5)、计算得各组分质量分数：mATH( % ) = 135. 71+ (135. 71+100+21. 47) = 52.7 %,mSi02( % ) = 18.87^-(135.71 + 100+21.47) = 8.4 %, mPDMS = 100+ (135. 71+100+21. 47) = 38. 9%。
[0075] (6)、各组分理论质量分数：mATH(% ) = 160+ (160+120+25) = 52. 4%，mSi02(% ) = 25+(160+120+25) = 8.3%，mPDMS(%) = 120+(160+120+25) = 39.3%。
[0076] 表1不同组分硅橡胶绝缘子组分含量计算值。
[0077]
【权利要求】
1. 一种测定硅橡胶复合绝缘子中PDMS、Si02、ATH含量的热分析法，其特征是包括以下 步骤： S1用热失重-差热分析联用的综合热分析仪分别测量三次PDMS、ATH、Si02的热失重 (TG)曲线，对三次测量的数据取平均值； S2对硅橡胶绝缘子随机切取三个部位，每个部位大小为lcmX lcm，质量在5?50mg 内，经预处理后，测得三次硅橡胶绝缘子热失重（TG)曲线，对三次测量的数据取平均值； S3根据热失重（TG)曲线用分析软件计算出20?360°C和360?700°C范围内PDMS、 ATH、Si02、硅橡胶绝缘子的热失重率； S4根据步骤S3所得数值代入硅橡胶绝缘子的热失重率Λ Μ公式（1): ΔΜ - (mATHX AmATH+mPDMSX Δ mPDMS+mSi02 X Δ mSi02) / (mATH+mPDMS+mSi02) ( 1); 其中：Λ M为硅橡胶绝缘子的热失重率，为已知值； Λ mATH，Λ mPDMS，Λ mSiQ2分别为ATH、PDMS和Si02在相应温度范围的热失重率，也为已知 值； mATH，mPDMS，mSiQ2分别为硅橡胶绝缘子内ATH、PDMS和Si0 2的质量，为未知数； S5求解步骤S4的方程式，算出ATH、Si02相对于PDMS的相对含量。
2. 根据权利要求1所述的测定硅橡胶复合绝缘子中PDMS、Si02、ATH含量的热分析法， 其特征是：所述的步骤S1的综合热分析仪的升温速率为10k/min，工作气氛为空气，工作温 度在20?700°C。
3. 根据权利要求1或2所述的测定硅橡胶复合绝缘子中PDMS、Si02、ATH含量的热分 析法，其特征是： 所述的步骤S2中的预处理指：取样3份清洗干净后，置于电热干燥箱中，50?KKTC下 烘干10?14小时，取出后转移到干燥柜中放置；试验时将样品取出，将其剪切至粒度小于 2mm 〇
【文档编号】G01N25/20GK104237299SQ201410392736
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年8月11日 优先权日:2014年8月11日
【发明者】许志海, 余欣, 王锐, 彭向阳, 方鹏飞, 王建国, 汪政 申请人:广东电网公司电力科学研究院, 武汉大学
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