、ath含量的熱分析法
【專利摘要】一種測定硅橡膠復合絕緣子中PDMS、SiO2、ATH含量的熱分析法：S1用熱失重-差熱分析聯用的綜合熱分析儀分別測量三次PDMS、ATH、SiO2的熱失重(TG)曲線，取平均；S2對硅橡膠絕緣子隨機切取三個部位，大小為1cm×1cm，質量在5～50mg內，經預處理后，測得三次硅橡膠絕緣子熱失重(TG)曲線，取平均；S3根據熱失重曲線計算出20～360℃和360～700℃范圍內PDMS、ATH、SiO2、硅橡膠絕緣子的熱失重率；S4根據所得數值代入公式△M＝(mATH×△mATH+mPDMS×△mPDMS+mSiO2×△mSiO2)/(mATH+mPDMS+mSiO2)；S5求解步驟S4的方程式，算出ATH、SiO2相對于PDMS的相對含量。本發明利用三種組分在各自特定熱分解溫度區間內的熱失重率，算出硅橡膠復合絕緣子三種組分的含量，并給出了具體的計算方法。
【專利說明】測定硅橡膠復合絕緣子中PDMS、Si02、ATH含量的熱分析法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種測定硅橡膠復合絕緣子中聚二甲基硅氧烷、白炭黑粉末、氫氧化 鋁粉末（PDMS、Si02、ATH)含量的熱分析方法。
【背景技術】
[0002] 在高壓輸電線路中，復合絕緣子串的使用壽命決定著整條輸電線路的運行壽命， 因此，如何篩選出質量優異、性能良好的復合絕緣子并投入應用顯得至關重要。
[0003] 然而，對于電力行業相關部門來說，目前在對復合絕緣子中各組分含量的檢測，特 別是對白炭黑、鋁粉含量的檢測上存在著一定的技術難題。對于白炭黑、鋁粉含量稍有偏多 的復合絕緣子，其價格相對于其他種類的絕緣子占有很大的優勢，并且在各方面的性能檢 測中都能達標通過，這樣的復合絕緣子短期來看沒有任何問題，但在長期的掛網運行中，就 有可能出現使用壽命提前終結的情況，若發現不及時，那么將會給國家造成不可挽回的經 濟損失。因此，在眾多的競標公司中選出價格低廉、質量又能達標的復合絕緣子生產廠商， 無疑需要設立一套行業檢測標準來評判各廠商產品質量的好壞。
[0004] 目前，電力行業對硅橡膠絕緣子組分含量的檢測還缺乏系統有效的表征手段。
【發明內容】
[0005] 本發明所要解決的技術問題，就是提供一種測定硅橡膠復合絕緣子中PDMS、Si02、 ATH含量的熱分析法，
[0006] 解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：
[0007] -種測定硅橡膠復合絕緣子中PDMS、Si02、ATH含量的熱分析法，其特征是包括以 下步驟：
[0008] Sl用熱失重-差熱分析聯用的綜合熱分析儀分別測量三次PDMS、ATH、SiO2的熱 失重（TG)曲線，對三次測量的數據取平均值；
[0009] S2對硅橡膠絕緣子隨機切取三個部位，每個部位大小為IcmX Icm，質量在5? 50mg內，經預處理后，測得三次硅橡膠絕緣子熱失重（TG)曲線，對三次測量的數據取平均 值；
[0010] S3根據熱失重（TG)曲線用分析軟件計算出20?360°C和360?700°C范圍內 PDMS、ATH、SiO2、硅橡膠絕緣子的熱失重率；
[0011] S4根據步驟S3所得數值代入硅橡膠絕緣子的熱失重率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為硅橡膠絕緣子的熱失重率，為已知值；
[0014] Λ mATH，Λ mPDMS，Λ mSiQ2分別為ATH、PDMS和SiO2在相應溫度范圍的熱失重率，也為 已知值；
[0015] mATH，mPDMS，mSiQ2分別為硅橡膠絕緣子內ATH、PDMS和SiO 2的質量，為未知數；
[0016] S5求解步驟S4的方程式，算出ATH、SiO2相對于PDMS的相對含量。
[0017] 所述的步驟Sl的綜合熱分析儀的升溫速率為10k/min，工作氣氛為空氣，工作溫 度在20?700°C。
[0018] 所述的步驟S2中的預處理指：取樣3份清洗干凈后，置于電熱干燥箱中，50? KKTC下烘干10?14小時，取出后轉移到干燥柜中放置；試驗時將樣品取出，將其剪切至粒 度小于2mm
[0019] 有益效果：本發明根據物質在加熱或冷卻時會發生物理變化和化學變化的原理， 采用熱重法與差熱分析法聯用技術，測定了各種已知組分硅橡膠絕緣子的組分含量，并給 出了具體的操作過程與計算方法。
[0020] 熱重法（TG)是在程序控制溫度下，測量物質的質量與溫度關系的一種技術；差熱 分析法（DTA)是在程序控制溫度下，測量物質和參比物的溫度差隨時間或溫度變化的一種 技術。熱重法與差熱分析法聯用可以準確的測定硅橡膠絕緣子內各組分的熱失重率隨溫度 的變化關系，根據不同物質熱失重行為不同，推導出硅橡膠絕緣子內PDMS、Si0 2、ATH的含 量。
[0021] 實驗數據表明，同一樣品，三次測量TG曲線，同一溫度下的熱失重率誤差不超過 2 %，可重現性好，計算結果準確可靠。
[0022] 對比實施例的ATH、Si02、PDMS的TG曲線，其中，SiO2在測試溫度范圍內沒有熱分 解，無明顯質量損失，ATH和PDMS發生熱分解失重的溫度區間互不重疊，因此，三種組分的 含量在求解過程中相互干擾性少，計算出的結果誤差小。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023] 圖1為氫氧化鋁粉末（ATH)的三次測量重現性TG曲線；
[0024] 圖2為白炭黑粉末（Si02)的三次測量重現性TG曲線；
[0025] 圖3為聚二甲基硅氧烷（PDMS)的三次測量重現性TG曲線；
[0026] 圖4為SiO2含量為20份的硅橡膠絕緣子三次測量重現性TG曲線；
[0027] 圖5為ATH含量為160份的硅橡膠絕緣子三次測量重現性TG曲線；
[0028] 圖6為不同ATH含量的硅橡膠絕緣子的TG曲線；
[0029] 圖7為不同SiO2含量的硅橡膠絕緣子的TG曲線；
[0030] 圖8為合在一起的ATH、Si02、PDMS的TG曲線圖。
【具體實施方式】
[0031] 以下結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步的闡述。
[0032] 本發明的測定硅橡膠復合絕緣子中TOMS、Si02、ATH含量的熱分析法，包括以下步 驟：
[0033] Sl用熱失重-差熱分析聯用的德國耐馳STA449綜合熱分析儀分別測量三次 PDMS、ATH、SiO2的熱失重（TG)曲線，對三次測量的數據取平均值；測量時綜合熱分析儀的 升溫速率為l〇k/min，工作氣氛為空氣，工作溫度在20?700°C。
[0034] S2具體包括以下子步驟
[0035] S2-1從絕緣子的傘裙或護套部位任取樣3份（切取中間干凈的部分），規格為 IcmX lcm，質量在5?50mg內，清洗干凈后，置于電熱干燥箱中，50?100°C下烘干10?14 小時，取出后轉移到干燥柜中放置。試驗時將樣品取出，將其剪切成至粒度小于2_ ;
[0036] S2-2打開電腦，打開綜合熱分析儀，依次打開各個測試部分的開關；
[0037] 打開德國耐馳STA449測量軟件，置爐體上的出氣口為Open ;
[0038] 打開氮氣鋼瓶，調壓強為5?50kpa，觀察流量計，是Protective為5?30mL/ min ；
[0039] 將 Purge2 (爐體左側）調至 5 ?30mT,/mi η ；
[0040] 在"文件"欄點擊"打開"，選中一個相應的升溫速率下的基線，點擊"繼續"，在"測 量模式"中選擇"樣品+修正"，填寫樣品編號、材料種類及名稱；
[0041] 在接受欄，選擇"溫度校正"、"靈敏度校正"，保持界面；
[0042] S2-3升起右邊高溫爐體，放入空坩堝，降下高溫爐體，使蓋子復原，穩定后，置零；
[0043] 升起高溫爐體，取出坩堝，放樣品，將坩堝放在支架上，降爐體，顯示樣品質量，待 顯示數字小數點后第三位穩定后，記下樣品質量，在上面打開的界面中輸入該數據；
[0044] S2-4點"繼續"，填入吹掃氣、保護氣信息，在"繼續"，點擊"溫度程序"，確認或修改 需要測量的終止溫度，選擇吹掃氣2、保護氣，點"繼續"，填入文件，保存；
[0045] 依次點擊確定、初始化工作條件、清零、開始，測量運行；
[0046] S3根據熱失重（TG)曲線用綜合熱分析儀自帶的分析軟件，測出20?360°C和 360?700°C范圍內PDMS、ATH、Si0 2、硅橡膠絕緣子的熱失重率；
[0047] S4根據步驟S3所得數值代入硅橡膠絕緣子的熱失重率Λ M公式（1)中進行計算；
[0048] Δ M - (mATHX AmATH+mPDMSX Δ mPDMS+mSi02 X Δ mSi02) / (mATH+mPDMS+mSi02) -(I)；
[0049] 式中，Λ M為硅橡膠絕緣子的失重率，
[0050] Λ mATH，Λ mPDMS，Λ mSiQ2分別為ATH、PDMS和SiO2在相應溫度范圍的熱失重率，
[0051] mATH, mPDMS，mSiQ2分別為娃橡膠絕緣子內ATH、PDMS和SiO2的質量；
[0052] S5選取兩組不同的Λ Μ、Λ ι?ατη、Λ mPDMS、A mSiQ2，即可算出ATH、Si02相對于PDMS的 質量。
[0053] 以下的實施例參見圖1至圖7.
[0054] 實施例1某種組分（PDMS為120份，ATH為80份，白炭黑為25份）的硅橡膠絕緣 子，其組分含量的計算方法，包括以下步驟：
[0055] (1)、用分析軟件測出在20?360°C內硅橡膠熱失重率為12. 63%，在360?700°C 內硅橡膠熱失重率為43. 65%。
[0056] (2)、用分析軟件測出在20?360°C PDMS、ATH、SiO2的熱失重率分別為 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)、用分析軟件測出在360?700°C PDMS、ATH、SiO2的熱失重率分別為 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)、求解方程組①②得：mATH = 66. 18, mSi02 = 18. 87。
[0059] (5)、計算得各組分質量分數：
[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)、各組分理論質量分數：mATH(% ) = 80+ (80+120+25) = 35. 6%，mSiQ2(% )= 25+(80+120+25) = 11.1%，mPDMS(%) = 120+(80+120+25) = 53.3%。
[0062] 實施例2某種組分（PDMS為120份，ATH為110份，白炭黑為25份）的硅橡膠絕 緣子，其組分含量的計算方法，包括以下步驟：
[0063] (1)、用分析軟件測出在20?360°C內硅橡膠熱失重率為15%，在360?700°C內 硅橡膠熱失重率為38.68%。
[0064] (2)、用分析軟件測出在20?360°C PDMS、ATH、SiO2的熱失重率分別為 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)、用分析軟件測出在360?700 °C PDMS、ATH、SiO2的熱失重率分別為 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)、求解方程組①②得：mATH = 94. 11，mSi02 = 18. 43。
[0067] (5)、計算得各組分質量分數：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)、各組分理論質量分數：mATH(% ) = 110+(110+120+25) = 43. 2%，mSi02(% ) = 25+(110+120+25) = 9.7%，mPDMS(%) = 120+(110+120+25) = 47.1%。
[0069] 實施例3某種組分（PDMS為120份，ATH為160份，白炭黑為25份）的硅橡膠絕 緣子，其組分的計算方法，包括以下步驟：
[0070] (1)、用分析軟件測出在20?360°C內硅橡膠熱失重率為17. 35%，在360?700°C 內硅橡膠熱失重率為32. 81%。
[0071] (2)、用分析軟件測出在20?360°C PDMS、ATH、SiO2的熱失重率分別為 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)、用分析軟件測出在360?700°C PDMS、ATH、SiO2的熱失重率分別為 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)、求解方程組①②得：mATH = 135. 71，mSi02 = 21. 47。
[0074] (5)、計算得各組分質量分數：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)、各組分理論質量分數：mATH(% ) = 160+ (160+120+25) = 52. 4%，mSi02(% ) = 25+(160+120+25) = 8.3%，mPDMS(%) = 120+(160+120+25) = 39.3%。
[0076] 表1不同組分硅橡膠絕緣子組分含量計算值。
[0077]
【權利要求】
1. 一種測定硅橡膠復合絕緣子中PDMS、Si02、ATH含量的熱分析法，其特征是包括以下 步驟： S1用熱失重-差熱分析聯用的綜合熱分析儀分別測量三次PDMS、ATH、Si02的熱失重 (TG)曲線，對三次測量的數據取平均值； S2對硅橡膠絕緣子隨機切取三個部位，每個部位大小為lcmX lcm，質量在5?50mg 內，經預處理后，測得三次硅橡膠絕緣子熱失重（TG)曲線，對三次測量的數據取平均值； S3根據熱失重（TG)曲線用分析軟件計算出20?360°C和360?700°C范圍內PDMS、 ATH、Si02、硅橡膠絕緣子的熱失重率； S4根據步驟S3所得數值代入硅橡膠絕緣子的熱失重率Λ Μ公式（1): ΔΜ - (mATHX AmATH+mPDMSX Δ mPDMS+mSi02 X Δ mSi02) / (mATH+mPDMS+mSi02) ( 1); 其中：Λ M為硅橡膠絕緣子的熱失重率，為已知值； Λ mATH，Λ mPDMS，Λ mSiQ2分別為ATH、PDMS和Si02在相應溫度范圍的熱失重率，也為已知 值； mATH，mPDMS，mSiQ2分別為硅橡膠絕緣子內ATH、PDMS和Si0 2的質量，為未知數； S5求解步驟S4的方程式，算出ATH、Si02相對于PDMS的相對含量。
2. 根據權利要求1所述的測定硅橡膠復合絕緣子中PDMS、Si02、ATH含量的熱分析法， 其特征是：所述的步驟S1的綜合熱分析儀的升溫速率為10k/min，工作氣氛為空氣，工作溫 度在20?700°C。
3. 根據權利要求1或2所述的測定硅橡膠復合絕緣子中PDMS、Si02、ATH含量的熱分 析法，其特征是： 所述的步驟S2中的預處理指：取樣3份清洗干凈后，置于電熱干燥箱中，50?KKTC下 烘干10?14小時，取出后轉移到干燥柜中放置；試驗時將樣品取出，將其剪切至粒度小于 2mm 〇
【文檔編號】G01N25/20GK104237299SQ201410392736
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年8月11日 優先權日:2014年8月11日
【發明者】許志海, 余欣, 王銳, 彭向陽, 方鵬飛, 王建國, 汪政 申請人:廣東電網公司電力科學研究院, 武漢大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
